摘要：介紹了加拿大諾曼(NORAM)公司在污水處理方面的一項(xiàng)專利技術(shù)--雙威污水污泥處理系統(tǒng)，包括VT污水處理工藝和VD污泥處理工藝。它利用潛置于地下的豎向反應(yīng)器對(duì)污水、污泥進(jìn)行超深好氧生物處理。其主要特點(diǎn)是將普通深井曝氣工藝中的三個(gè)分離處理區(qū)合并，使反應(yīng)池體積更小、氧的利用率更高，從而降低了工程投資和運(yùn)行費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：VT工藝 VD工藝 污水處理 污泥處理

加拿大諾曼公司在污水處理方面推出了一項(xiàng)專利技術(shù)--雙威污水污泥處理系統(tǒng)，包括VERTREATTM污水處理工藝(簡(jiǎn)稱VT工藝)和VERTADTM污泥處理工藝(簡(jiǎn)稱VD工藝)。在加拿大和美國(guó)已建有3座采用該工藝的污水處理廠投入運(yùn)行。

1　VT處理工藝

1.1　工藝概況

VT污水處理工藝?yán)脻撝糜诘叵碌呢Q向反應(yīng)器對(duì)污水進(jìn)行超深水好氧生物處理。該工藝與普通深井曝氣工藝相比，其主要特點(diǎn)是：設(shè)有3個(gè)不同功能的處理區(qū)，使反應(yīng)池體積更小、氧的利用率更高，從而有效地降低了工程投資和運(yùn)行費(fèi)用。井式生化反應(yīng)器從上而下分為氧化區(qū)、混合區(qū)及深度氧化區(qū)3個(gè)部分(見(jiàn)圖1)。該反應(yīng)器深一般為75～110 m，直徑通常為0.7～6 m。

VERTREATTM是一種高效率的生物反應(yīng)器，可以廣泛地用于高濃度 工業(yè) 廢水和生活污水的處理，與其他深井曝氣工藝相比較，其不同之處在于，VERTREATTM工藝包括3個(gè)不同的處理區(qū)。氧化區(qū)：這個(gè)區(qū)在井筒的上部，包括一個(gè)同心通風(fēng)試管和供混合液體再循環(huán)帶;混合區(qū)：這個(gè)區(qū)域直接位于氧化區(qū)的下部，恰好位于整個(gè)井深度為3/4的位置，上部區(qū)域高速率的生物氧化反應(yīng)所需的空氣注入到混合區(qū)，提供空氣提升循環(huán)的運(yùn)行動(dòng)力;深度氧化區(qū)：這部分位于井的底部。

VERTREATTM反應(yīng)器可以通過(guò)普通的井鉆和井鑿技術(shù)來(lái)安裝。反應(yīng)器深度通?？蛇_(dá)110 m，其占地面積僅相當(dāng)于傳統(tǒng)活性污泥法一個(gè)反應(yīng)池的占地;其空氣消耗量為傳統(tǒng)活性污泥法的10%。井筒的直徑一般可達(dá)3 m，其具體大小由待處理的污水的水質(zhì)和水量來(lái)決定。

1.2　工藝流程

參見(jiàn)圖1，工藝具體流程如下：

圖1　VT污水處理工藝示意

①起始階段，空氣通過(guò)入流管進(jìn)入混合區(qū)以產(chǎn)生循環(huán)。升起的氣泡產(chǎn)生一個(gè)密度坡度，從而導(dǎo)致空氣在氧化區(qū)內(nèi)循環(huán)。

②一旦這個(gè)循環(huán)建立并穩(wěn)定后，空氣注入點(diǎn)轉(zhuǎn)移到混合區(qū)的下部。未處理的污水通過(guò)入流管在混合區(qū)空氣注入點(diǎn)的同等高度進(jìn)入液體循環(huán)。

③壓力和深度導(dǎo)致了高的氧氣傳導(dǎo)速率從而保證混合區(qū)內(nèi)的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區(qū)內(nèi)高的反應(yīng)速率保證了有機(jī)物能在垂直循環(huán)圈的上部被生物氧化。

④再循環(huán)液體沿著井筒的豎壁到達(dá)上部箱體中，在那里含有廢氣的氣泡可以將廢氣釋放進(jìn)入大氣。去掉這些微生物呼吸作用產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物對(duì)于防止這些廢氣重新回到系統(tǒng)內(nèi)而 影響 空氣動(dòng)力效率是非常必要的。

⑤混合液體中比例較小的一部分從混合區(qū)進(jìn)入下部深度氧化區(qū)。這個(gè)區(qū)域內(nèi)溶解氧含量極高，停留時(shí)間較長(zhǎng)，因而有極高的BOD去除率。同時(shí)飽含的溶氣也有利于后續(xù)氣浮澄清池中的固液分離。

⑥深度氧化區(qū)內(nèi)的混合液體以極快的速度(2 m/s)進(jìn)入氣浮澄清池，這可保證砂粒和固體物質(zhì)不會(huì)沉積在井的底部。

⑦混合液體行至上表面過(guò)程中的快速減壓可以產(chǎn)生經(jīng)過(guò)充分充氧的低密度的懸浮物。再經(jīng)過(guò)氣浮澄清池中的有效分離，可以產(chǎn)生結(jié)合密實(shí)的生物絮體和高質(zhì)量的待消毒和排放的液體。

1.3　工藝特點(diǎn)

與其他污水生物處理工藝相比，VT技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

(1)運(yùn)行費(fèi)用低。通常只有傳統(tǒng)活性污泥法的一半以下。

(2)占地少。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊，所需占地面積通常只有傳統(tǒng)工藝的10%～20%。

(3)環(huán)境影響小。和傳統(tǒng)工藝相比，VT工藝的VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放量是最低的。由于占地小，也便于根據(jù)特定需要將系統(tǒng)置于封閉的建筑之內(nèi)。

4)維修、管理方便。并可以通過(guò)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

(5)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

1.4　主要技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)

BOD去除率≥95%;出水BOD<15 mg/L，SS<15 mg/L;去除1 kg BOD耗電≤0.8 kW·h。對(duì)城市污水而言，每處理1 m3水耗電0.1 kW·h左右;占地面積僅為傳統(tǒng)污水處理工藝的10%～20%。

2　VD處理工藝

2.1　工藝概況

VD工藝是一種高溫好氧污泥消化技術(shù)，初沉污泥及剩余活性污泥經(jīng)VD工藝處理后，可轉(zhuǎn)化成美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(USEPA)CFR?503條規(guī)定的A級(jí)生物固體。A級(jí)生物固體可直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置 問(wèn)題 。該工藝的核心是深埋于地下的井式高壓反應(yīng)器( 見(jiàn)圖2)。該反應(yīng)器深一般是110 m，井的直徑通常是0.5～3 m，所占面積僅為傳統(tǒng)污泥消化技術(shù)的一個(gè)零頭。

圖2　VD污泥處理工藝示意

VERTADTM是一個(gè)高效的高溫好氧污泥消化過(guò)程。與其他高溫消化系統(tǒng)相比，其不同之處在于將3個(gè)獨(dú)立的功能區(qū)放在1個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。井筒的最上部是第一級(jí)反應(yīng)區(qū)，包括一個(gè)同心通風(fēng)試管和用于混合液體循環(huán)的再循環(huán)帶。

混合區(qū)在第一級(jí)反應(yīng)區(qū)的下部，位于整個(gè)井筒的1/2深度處。在井筒上部區(qū)域所發(fā)生的高速率生物氧化所需的空氣注入?yún)^(qū)域，為空氣循環(huán)提升提供動(dòng)力。

第二級(jí)反應(yīng)區(qū)域在井筒的底部，井徑3 m，井深一般約100 m，是普通好氣氧化所用氣量的10%。具體由污水濃度及污泥量確定。

2.2　工藝流程

參見(jiàn)圖2，具體工藝過(guò)程如下：

①起始階段，空氣通過(guò)入流管進(jìn)入混合區(qū)以產(chǎn)生循環(huán)。升起氣泡產(chǎn)生一個(gè)密度坡度，從而導(dǎo)致空氣在氧化區(qū)內(nèi)循環(huán)。

②一旦這個(gè)循環(huán)建立并穩(wěn)定后，空氣注入點(diǎn)轉(zhuǎn)移到混合區(qū)的下部。未處理的污泥通過(guò)入流管在混合區(qū)空氣注入點(diǎn)的同等高度進(jìn)入液體循環(huán)。

③壓力和深度導(dǎo)致了高的氧氣傳導(dǎo)速率從而保證混合區(qū)內(nèi)的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區(qū)內(nèi)高的反應(yīng)速率保證了有機(jī)物能在垂直循環(huán)圈的上部被生物氧化。

④再循環(huán)液體沿著井筒的豎壁到達(dá)上部箱體中，在那里含有廢氣的氣泡可以將廢氣釋放入大氣中。去掉這些微生物呼吸作用產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，對(duì)于防止這些廢氣重新回到系統(tǒng)內(nèi) 影響 空氣動(dòng)力效率是非常必要的。

⑤混合液體中比例較小的一部分從混合區(qū)進(jìn)入下部第二級(jí)消化區(qū)。這個(gè)區(qū)域內(nèi)溶解氧含量極高，停留時(shí)間較長(zhǎng)，所以，污泥中剩余的有機(jī)物在此被高度氧化。同時(shí)所含的溶氣也有利于后續(xù)產(chǎn)物池中的固液分離。此過(guò)程最關(guān)鍵和最重要的特點(diǎn)是在這個(gè)過(guò)程中隨著有機(jī)物的氧化，污泥溫度不斷升高，并利用周圍良好的保溫環(huán)境使反應(yīng)器的溫度得到穩(wěn)定。

⑥消化后的污泥以極快的速度到達(dá)地表的產(chǎn)物箱，這個(gè)速度可以保證砂粒和固體物質(zhì)不會(huì)沉積在井底。

⑦混合液體行至上表面過(guò)程中快速的減壓可以導(dǎo)致固體物質(zhì)從液體中分離并懸浮于表面。分離出來(lái)的高濃度生物具有不同的用處。廢液循環(huán)至二級(jí)處理以便于達(dá)標(biāo)排放。

2.3　工藝特點(diǎn)

VD污泥處理技術(shù)與傳統(tǒng)的厭氧及好氧污泥處理工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)投資省。在大多數(shù)情況下，總投資比傳統(tǒng)工藝低。

(2)占地小。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊，占地面積小。

(3)處理效果好。在處理過(guò)程中，揮發(fā)性固體要減少40%～50%。經(jīng)處理后的出廠污泥可達(dá)到US EPA污泥A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污泥經(jīng)脫水后，可以直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問(wèn)題。

(4)運(yùn)行費(fèi)用為傳統(tǒng)高溫好氧消化的一半以下。

(5)對(duì)經(jīng)消化后的污泥，只需投加少量的有機(jī)絮凝劑進(jìn)行污泥脫水，就可使污泥的含水率降至65%～70%。

(6)環(huán)境影響小。采用VD污泥處理工藝，異味氣體和揮發(fā)性有機(jī)物的排放量很低。

(7)在氣候非常惡劣的地方，或者對(duì)環(huán)境有特殊需要的情況下，便于將該系統(tǒng)置于封閉的建筑之內(nèi)。

(8)維修、管理方便。并可以通過(guò)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

(9)使用價(jià)錢不高的熱交換器，即可實(shí)現(xiàn)過(guò)程的熱量回收(收回的熱量可以用來(lái)采暖)，而不需像厭氧消化那樣配置價(jià)格昂貴的氣體凈化裝置和專用鍋爐。

2.4　主要技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)

氧傳質(zhì)效率約50%;經(jīng)VD工藝處理后，揮發(fā)性固體至少可以降低40%;經(jīng)離心機(jī)脫水可得到含水率小于70%的A級(jí)生物固體;去除每kg揮發(fā)性固體耗電小于1.4 kW ·h，對(duì)城市污水而言，相當(dāng)于每m3水耗電0.06 kW·h，如果VT和VD工藝同時(shí)使用，污水和污泥處理系統(tǒng)總耗電約0.16 kW·h/m3水;占地面積僅為傳統(tǒng)污泥消化工藝的10%～20%。

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