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2017.05

五种水处理新技术概述

行业之窗

"一、高密度澄清池
1. 高密度澄清池概述
高密度澄清池是一种采用加药混凝、聚凝反应、斜管(板)沉淀及部分污泥循环方式的快速高效的澄清池,它是平流式沉淀池、斜管沉淀池和机械加速澄清池之后的新型澄清池,由法国得利满公司开发研制。其工作原理是:原始概念上的整体化混合聚凝反应;推流式反应池是沉淀池之间的慢速传输;污泥的外部在循环系统;斜管沉淀处理;合成絮凝剂+高分子助凝剂作用机理。
高密度澄清池构造有三种:RL型高密度澄清池;RP型高密度澄清池;RPL型高密度澄清池。常用的为RL型高密度澄清池,采用该池型的高密度澄清池,泥水混合物流入澄清池的斜管下部污泥在斜管下的沉淀区从水中分离出来,此时的沉淀为阻碍沉淀,剩余絮片被斜管截留,该分离作用是遵照斜管沉淀机理进行的。因此在同一构筑物内整个沉淀过程分为两个阶段进行,即深层阻碍沉淀和浅层斜管沉淀。
高密度澄清池有五个重要特点:均质絮凝体及高密度矾花;沉淀速度快(15-40m/L),采用密集型设计;有效地完成污泥浓缩;沉淀后出水质量较高,一般在10NTU以内;抗冲击负荷能力强,不易受突发性冲击负荷的变化影响,该池可在流速波动范围大的情况下运行。
高密度澄清池由三个主要部分组成:反应池;预沉池-浓缩池;斜管分离池。反应池分为两个部分:快速混凝搅拌反应池;慢速混凝推流式反应池。快速混凝搅拌反应池中原水引入到反应池底板的中央。通过来自污泥浓缩池的浓缩污泥的外部再循环系统使池中污泥浓度得以保障。反应池中获得的大量的高密度、均质的矾花,矾花慢速地从一个大的预沉区进入澄清区,是大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。矾花在澄清池下部汇集污泥并浓。浓缩区分两层,一层位于排泥斗上部,一层位于其下部。上层为再循环污泥的浓缩。下层是产生大量浓缩污泥的地方。澄清池由一个集水槽系统回收。絮凝物堆积在澄清池的下部,形成的污泥也在该部分区域浓缩。污泥通过浓缩刮泥机收集起来,循环至反应池入口处,剩余污泥排放至污泥脱水工序。
2.高密度澄清池的应用实例
乌鲁木齐市第八水厂中高密度澄清池的应用,设计规模为20万m3/d,水源为乌拉泊水库,净水厂于2002年9月进行试通水,2003年6月调试后正式运行。选择的处理流程是:得利满专利技术“DENSADEG”高密度澄清池和著名的“V”型滤池。采用先进的投加系统工艺,大部分机械、电气、自动化监控仪表设备从国外引进。
本项目设计中采用污泥浓缩(滤池反冲洗废水)RL型高密度澄清池,是目前使用范围最广的一种高密度澄清池。考虑到乌鲁木齐冬季气候寒冷,所有净水处理构筑物必须加盖围护结构,因此选用高效的澄清池节省土建投资是首选因素。
原水特性主要为低温低浊。低浊度<50NTU(10月到次年5月间),中间值<200NTU(5月到9月的雨季),峰值在6月低至7月初≤5000NTU,8月份暴雨后的该洪峰值不会持续72个小时。同样取乌拉泊水库水的五水厂在雨季及暴雨后原水浊度记录有如下变化:原水浊度的稳定值为200NTU,但会突然上升并持续几个小时,两个值的转化时间很短,最长为6至8小时。乌拉泊水库的水温度为4°C(持续5至6个月)。运行处理过程中必须考虑到混凝和絮凝的困难及速度慢的事实。原水PH值:8至8.4。
二、曝气生物滤池
1. 曝气生物滤池概述
曝气生物滤池(Biological Aeration Filtration),就是在在生物滤池中添加填料,进行人工曝气,使填料上的生物膜代谢旺盛。曝气生物滤池由滤床、布气装置、布水装置、排水装置等组成。曝气生物滤池(BAF-Biological Aerated Filters)也叫淹没式曝气生物滤池(SBAF-Submerged Biological Aerated Filters),是在普通生物滤池、高负荷生物滤池、生物滤塔、生物接触氧化法等生物膜法的基础上发展而来的,被称为第三代生物滤池(The Third Generation Filter)。
曝气生物滤池与普通活性污泥法相比,具有有机负荷高、占地面积小(是普通活性污泥法的1/3)、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点,但它对进水SS要求较严(一般要求SS≤100mg/L,最好SS≤60mg/L),因此对进水需要进行预处理。同时,它的反冲洗水量、水头损失都较大。
另外,曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体的新工艺,节省了后续沉淀池(二沉池),具有容积负荷、水力负荷大,水力停留时间短,所需基建投资少,出水水质好:运行能耗低,运行费用少的特点。
曝气生物滤池目前有三类:BIOSTYR工艺,Biofor工艺,BIOSMEDI工艺。Biofor®曝气生物滤池是一种上向流固定生物膜反应工艺,进水通过独特的Biofor® 生物滤料从底部向顶部流动。空气由Oxazur® 专用曝气头从反应器底部引入,水和空气为同向流,反应按如下两阶段交替运行:过滤和反应阶段,进行污水净化;冲洗阶段,去除前运行周期累积的生物膜和截留的悬浮物。
Biofor®曝气生物滤池主要应用:现有污水厂的升级改造,进一步去除污水中残余的可生物降解的污染物;硝化和反硝化进一步去除总氮; 去除部分悬浮物;与其它工艺结合使用达到最佳水质。
2. 曝气生物滤池在厦门市第二污水处理厂的应用
厦门市第二污水处理厂采用一级处理工艺,处理尾水深海排放,设计规模为10万吨/天,由于实际污水量(23万吨/天)远大于设计处理能力,自2004年开始对其进行改造,考虑到污水厂位于市中心地段,占地受限,故采用得利满公司的BIOFOR曝气生物滤池。
BIOFOR曝气生物滤池采用得利满公司的专利滤料Biolite。该滤料为进口火山岩,粒径为2-6mm。整个滤池采用模块化设计,结构紧凑,中央PLC控制滤池的运行,自动化程度高。设计出水指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准(见表1)。
表1 设计进出水水质
水质指标    COD    BOD5    SS    TN    NH3-N    TP
进水/(mg/L)    300    130    180    35        3.5
出水/(mg/L)    ≤60    ≤20    ≤20    ≤20    ≤8    ≤1.5
去除率/(%)    80    85    89    43        57
厦门市第二污水处理厂主要处理本岛西部的居民生活污水,兼有少量工业废水。实际污水可生化性好,B/C值约为0.3-0.6。滤池采用直接挂膜法,挂膜阶段的污水即城市生活污水。厦门市第二污水处理厂改造工程采用的整套工艺联系紧密,从试运行至今,各方面的指标均优于设计标准,只是对总氮的处理还存在一些问题。工艺总体效果见表2。
表2 工艺总体效果
水质指标    COD    BOD5    NH3-N     SS    TP    TN
进水/(mg/L)    214.7    89.0    25.9    145    3.95    35.4
出水/(mg/L)    30.1    4.7    3.8    6.2    1.42    22.9
去除率/(%)    85.98    94.72    85.33    95.72    64.05    35.31
在曝气生物滤池调试阶段,对水质指标的控制基本达到了要求,但实际运行中也出现了一些较大的问题。如反冲洗强度较大,滤料层会膨胀,由于布气不均匀,导致滤料层发生偏移。该工艺虽然采用前置反硝化,但对总氮的去除效果不佳。一方面由于进水有机物含量过低(平均只有88.9mg/L),导致反硝化碳源不足;另一方面,由于工艺在线监测NH3-N,根据NH3-N值的变化来调节生物滤池的曝气和反冲时间,这样使得CN池回流到DN池中的DO发生波动,导致DN池环境变化,抑制了反硝化菌的生长。
三、IC反应器
1. IC反应器概述
内循环厌氧处理技术是20世纪80年代中期由荷兰PAQUES公司研发成功,并推入国际废水处理工程市场,目前已成功应用于土豆加工、啤酒、食品和柠檬酸等废水处理中。实践证明,该技术去除有机物的能力远远超过普通厌氧处理技术(如UASB),而且IC反应器容积小、投资少、占地省、运行稳定,是一种值得推广的高效厌氧处理技术。它是由布水器、下三相分离器、上三相分离器、提升管、回水管、气液分离器、罐体及溢流系统组成。基本原理如下:两层三相分离器人为的将整个反应区分为上、下两个区域,下部为高负荷区域,上部为精处理区。废水在进入厌氧反应器的下部时,与从气液分离器回流的水混合,混合水在通过反应器下部的颗粒污泥层时,将废水中大部分的有机物分解,产生大量的沼气。通过下三相分离器的废水由于沼气的提升作用被提升到上部的气水分离装置,将沼气和废水分离,沼气通过管道排出,分离后的废水再回流到罐的底部,与进水混合;经过下三相分离器的废水继续进入上部的精处理区,进一步降解废水中的有机物。最后废水通过上三相分离器进入分离区将颗粒污泥、水、沼气进行分离,污泥则回流到反应器内以保持生物量,沼气由上部管道排出,处理后的水经溢流系统排出。
IC厌氧反应器的优点1.处理能力高。IC反应器的负荷是UASB反应器负荷的5-7倍,UASB反应器的容积负荷通常为3-5kgCOD/(m3·d),而IC反应器的容积负荷可达到20-30kgCOD/(m3·d)。2.运行费用低。由于IC反应器的处理效率、进水负荷比UASB反应器的处理效率高,废水的处理成本低;同时由于合理的结构设计,不需要另投酸或碱液来调节PH,可节省大量运行费用。3.污泥不易流失,容易形成颗粒污泥。由于IC独特的反应器结构和高的水利负荷和产气负荷,比UASB更能形成和保持颗粒污泥。3.投资省,占地面积少。因IC有机负荷比UASB高,因此处理同样规模的有机废水,IC反应器的容积比UASB要小,故IC反应器的建造成本比UASB要低。4.可增加二次厌氧工艺,进一步提高厌氧阶段的COD去除率,在减少好氧阶段负荷的同时,增加沼气产量,提高企业经济效益。
2.应用案例
沈阳雪花啤酒厂70m3容积IC反应器处理400m3废水,COD去除率约80%,容积负荷20-24kgCOD/(m3·d),H=16m;上海富士达酿酒公司IC反应器容积负荷15 kgCOD/(m3·d),H=20.5m。
IC厌氧反应器应用范围非常广,现在已经用于下列行业:柠檬酸废水;酒精废水;淀粉废水;造纸废水。近几年二十余座IC厌氧反应器在各个高浓度有机废水领域的成功应用充分证明,IC厌氧反应器在稳定运行负荷、去除效率等都优于国外同类技术,但是相同规模的IC投资仅为国外的1/2左右,而且还有很好的经济效益。因此,IC厌氧反应器是处理高浓度有机废水的最可靠、最经济的选择。
四、MBR-RO处理技术
1.MBR-RO处理技术概述
膜生物反应器(MBR)是污水资源化领域最先进的处理技术,该技术是将传统生物处理与膜分离技术相结合而成的一种高效污水处理新工艺,其核心部件是膜组器。膜生物反应器系列产品已经成功应用于生活污水处理、精细化工废水处理、食品废水处理、洗涤废水处理、医药废水处理、医院废水处理、垃圾渗滤液处理、焦化废水处理、纺织废水处理、印染废水处理等领域,污水厂处理和污水再生利用工程。在废水处理中应用的膜技术主要有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)。
MBR采用超滤或微滤膜作为膜组件,能几乎完全截留颗粒物和细菌,其出水水质明显优于活性污泥法。MBR出水可以直接作为RO系统的进水,通过RO膜可以进一步截留有机物质、离子、硬度、重金属等,从而将MBR与RO处理结合,形成MBR-RO处理技术,可弥补单独使用时MBR和RO技术的不足,可以形成废水深度处理的新工艺。这种“双膜法”可以实现水资源的最大化利用。
2.MBR-RO回用处理印染废水的中试研究
对江苏某大型印染企业进行MBR-RO工艺处理和回用研究。此中试以现有印染废水处理设施的中和池出水作为进水。印染废水经进水槽做短暂的调解后,进入耗氧生物池进行生化处理,生化处理后的水进入MBR池经布置在反应池中的膜组件进行膜过滤处理,MBR池内的污泥混合液回流至好氧生物池,同时向MBR池中投加聚合氯化铝(PAC);MBR处理水进入反渗透系统进行深度处理后得到可回用产水。
试验结果表明,MBR系统的水质处理效果非常好,且处理水质非常稳定。其中,MBR出水COD和BOD的平均浓度为50mg/L和8mg/L,去除率达到92.9%和94.6%,远低于排放标准,同时,往MBR池中投加一定量的PAC,使得出水的TP平均浓度为0.3mg/L。MBR对色度的去除率也达到72.7%左右。其中抗污染RO膜的脱盐率达到了99.5%以上,RO产水的总硬度小于5mg/L。远低于染色、漂洗回用指标。
该印染企业现有的用水成本主要包括自来水费用和污水处理设施的运行维护费用;而实施废水回用后,能节约70%的自来水费用,扣除MBR-RO的运行维护费用后,每年仍节约21%的用水成本,其经济效益非常显著。
五、生物活性炭纤维(BACF)处理技术
作为一种新型的水处理技术,生物活性炭纤维(BACF)有很好的应用前景。目前水环境中出现了许多新型污染物和微生物,这对水质安全性提出了挑战。采用BACF处理技术,不仅能有效的去除水中的有机物,同时也能去除水中的重金属和氮磷等物质。BACF处理效果好,运行稳定,再生周期长。BACF是以活性炭纤维(ACF)作为载体,在ACF表面形成生物膜,因此BACF具有吸附和生物降解的双重效应。BACF的联用技术能够提高污染物的去除率。因此,BACF能够保障饮用水的水质安全性,促进水的健康循环。
由于BACF优良的处理效果,BACF处理技术会得到越来越广泛的应用研究。BACF集活性炭吸附与生物降解于一体。BACF处理技术中微生物的驯化和筛选是一个很重要的过程。BACF去除有机物、氨氮和亚硝酸氮的效果好, BACF的联用技术能够提高对污染物质的去除能力,BACF的联用技术也会得到进一步的研究应用。
目前BACF处理技术所面临的问题有: BACF上的微生物会对后续的消毒产生影响;BACF处理技术受外界环境的影响,这是由于BACF上的微生物对水处理环境有着严格的要求,比如温度、PH值等;BACF处理成本高;O3-BACF的联用虽然提高了对有机物的去除能力,但是对总氮的去除效果并不好。"