污水深度處理 | 瑞典污水廠的大型盤式過(guò)濾器成功案例
微過(guò)濾機(jī)(microscreens)早在1950年開始被應(yīng)用在污水處理的三級(jí)過(guò)濾工藝上，第一個(gè)轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)的應(yīng)用案例發(fā)生在英國(guó)。自20世紀(jì)90年代末開始，因?yàn)楦〉恼嫉睾透偷倪\(yùn)行水頭損失，盤式過(guò)濾器取代了轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾器，成為了三級(jí)處理更常見(jiàn)的類型。最近有關(guān)研究還顯示結(jié)合前置的混凝/絮凝工藝的盤式過(guò)濾器，能使出水的總磷低至0.1mg/L。今天我們將與大家分享一個(gè)瑞典污水廠的使用盤式過(guò)濾器的三級(jí)處理案例。
瑞典Rya污水廠
Rya污水廠位于瑞典港口城市哥德堡，處理哥德堡及周邊五個(gè)市鎮(zhèn)約83萬(wàn)人口當(dāng)量的污水，日平均處理量約為350000m³，是斯堪的納維亞地區(qū)最大的污水處理廠之一。
▲安裝盤式過(guò)濾器和MBBR前的Rya污水廠鳥瞰圖
▲ 厭氧消化反應(yīng)器
▲ 盤式過(guò)濾器車間外觀
▲ 滴濾池
為了滿足新的出水標(biāo)準(zhǔn)(總氮10 mg/L ,總磷0.3 mg/L)，2010年Rya污水廠進(jìn)行了擴(kuò)建，新增了基于MBBR工藝的反硝化池和用于三級(jí)過(guò)濾的盤式過(guò)濾器。盤式過(guò)濾器接受來(lái)自MBBR和二沉池的出水。通過(guò)大量的中試，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選用15微米的過(guò)濾材料，數(shù)據(jù)顯示這是去除懸浮固體最合適的尺寸。
▲ Rya污水廠的工藝流程圖
污水廠的工藝流程如上圖所示，污水經(jīng)過(guò)格柵、沉砂池和初沉池的預(yù)處理后，進(jìn)入高負(fù)荷活性污泥池進(jìn)行同時(shí)前置反硝化和沉淀。他們用滴濾池作硝化反應(yīng)器，新安裝的MBBR作為后置反硝化工藝。最后經(jīng)盤式過(guò)濾器作三級(jí)處理后排入附近的哥德河(Göta river)。
污水廠共使用了32個(gè)盤式過(guò)濾器，總過(guò)濾面積達(dá)3,584 ㎡ (型號(hào)為Hydrotech HSF 2220-2FN)，過(guò)濾材料孔徑如上所述為15μm，通量為8 m³/s。過(guò)濾材料采用斜紋編織的聚合物單絲濾布(monofilament polymer)。正常情況下，過(guò)濾后的水有3%用于反洗。原本設(shè)計(jì)是讓二沉池和MBBR的出水經(jīng)混合后進(jìn)入盤式過(guò)濾器。但為了比較兩種出水的過(guò)濾效果，他們讓北邊的過(guò)濾單元處理MBBR的出水，而南邊的另一半處理二沉池的出水。
▲ Rya污水廠使用的盤式過(guò)濾器的外觀
根據(jù)二沉池和MBBR的出水水質(zhì)和水量的具體情況，盤式過(guò)濾器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參照下表。
每月進(jìn)行一次氯酸清洗，每三個(gè)月作一次次氯酸清洗。通過(guò)計(jì)算自來(lái)水通過(guò)新舊濾布的時(shí)間來(lái)測(cè)量濾布積垢程度。過(guò)濾截留的污泥絮體經(jīng)活性污泥池的進(jìn)口回流至主流工藝中。
2016年，負(fù)責(zé)Rya污水廠運(yùn)營(yíng)的Gryaab公司聯(lián)合瑞典查爾姆斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)和隆德大學(xué)的研究員發(fā)布了盤式過(guò)濾器在過(guò)去幾年的運(yùn)行表現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)對(duì)盤式過(guò)濾器出水的懸浮固體、總氮和總磷的濃度進(jìn)行每日分析。并在下圖的點(diǎn)1、2、4設(shè)有SS的在線傳感器。
研究人員收集了從2011年1月到2013年3月的數(shù)據(jù)。2011年他們對(duì)幾種過(guò)濾器的性能做了一次詳細(xì)評(píng)估，內(nèi)容包括顆粒物的大小分析 (1– 400 μm)以及TOC、COD、氮磷以及致病微生物去除等指標(biāo)。同時(shí)也考察了四種不同孔徑規(guī)模的濾布(10, 15, 20 和40 μm)和兩種濾紙(1.2 和 0.45 μm)，并對(duì)MBBR和二沉池的出水的過(guò)濾情況做對(duì)比。
2012年，通過(guò)不同檢測(cè)方法和儀器，研究人員對(duì)一系列的指示性微生物(如大腸桿菌等)和致病性微生物(如Somaticcoliphages 噬菌體、Clostridium Perfringens 產(chǎn)氣莢膜梭菌、Norovirus諾如病毒 )的去除效率進(jìn)行分析。第一次采樣時(shí)(2012年3月6-8號(hào))前他們對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行酸洗，第二次采樣(5月28-30號(hào))則是在酸洗后的兩周進(jìn)行，通過(guò)此對(duì)照試驗(yàn)分析生物膜對(duì)過(guò)濾效果的影響。
結(jié)果討論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在60%的試驗(yàn)運(yùn)行天數(shù)里，懸浮固體的濃度總體保持在5 mg/L以下，而總磷則在0.2 mg/L左右。過(guò)濾器夏季出水的顆粒濃度要低于冬季。MBBR出水的懸浮固體負(fù)荷比二沉池的高，分別為42+ 16 和29+ 25 g/s. 三個(gè)采樣點(diǎn)(1、2和4)的粒徑分析如下圖所示：二沉池出水的小顆粒(20– 30 μm)更多。
經(jīng)過(guò)盤式過(guò)濾器過(guò)濾之后，無(wú)論是二沉池還是MBBR出水中的大顆粒都有減少的趨勢(shì)，過(guò)濾器出水的顆�？讖蕉酁�2– 5μm，但是這些粒子沒(méi)有對(duì)懸浮固體造成影響，所以懸浮固體的過(guò)濾效果還是明顯的。具體的過(guò)濾情況請(qǐng)參考下表。
下圖顯示由于MBBR出水的懸浮固體粒徑更大，所以過(guò)濾效果更好。但盤式過(guò)濾器的總磷去除極限約為0.1 mg Ptot /L。同時(shí)10和15μm濾布的除磷效果沒(méi)有明顯差別，這個(gè)超前的評(píng)估結(jié)果吻合。
總氮的去除效果不明顯。而指示性微生物則視乎微生物種類有所區(qū)別。在大部分樣品中，二沉池出水的微生物含量要高于MBBR。
24小時(shí)混合樣的MBBR出水的總大腸桿菌量經(jīng)過(guò)濾器處理后有輕微減少。然而，隨機(jī)采樣(grabsample)的結(jié)果則沒(méi)有那么好，二沉池出水隨機(jī)樣品的去除率都不高，甚至還有負(fù)數(shù)的情況，唯一的例外是腸球菌(enterococci)去除率達(dá)82%。諾如病毒和SC噬菌體都得到了負(fù)數(shù)的去除率。MBBR和二沉池出水的產(chǎn)氣莢膜梭菌(Clostridium Perfringens)去除率分別為78 和 17%。
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
盤式過(guò)濾器是從2010年開始運(yùn)行的，運(yùn)行策略已經(jīng)得到了改進(jìn)：
1. 從2012年起，污水廠會(huì)對(duì)濾布進(jìn)行定期清洗。此前他們只是在水力阻力達(dá)到一定程度后才作清洗。
2. 提高了濾盤轉(zhuǎn)速和反洗頻率。這增加了盤式過(guò)濾器的處理能力，包括通量和懸浮固體的負(fù)荷，甚至是二沉池的符合。
這里的水力處理能力表示為最大流量除以總過(guò)濾面積。如下圖所示，它隨懸浮固體濃度的增加而減少。這解釋了為什么處理MBBR時(shí)水力處理能力值會(huì)較低。
但當(dāng)懸浮固體濃度相當(dāng)?shù)臅r(shí)候，水力處理能力的差異有可能來(lái)自不同顆粒粒徑分布的差異。由于經(jīng)過(guò)靜置，活性污泥池的出水含有的大顆粒較少。但這也意味著像泥齡等運(yùn)行參數(shù)會(huì)影響粒徑大小的分布并最終影響盤式過(guò)濾器的處理能力。
MBBR出水的粒徑分布受COD的負(fù)荷等工藝參數(shù)影響。在MBBR工藝?yán)铮P式過(guò)濾器是進(jìn)行泥水分離的唯一工藝工序。通過(guò)盤式過(guò)濾器去除大粒徑固體的效果似乎更好。對(duì)濾布進(jìn)行頻繁的清洗，不僅能保持理想的處理能力，而且能減少能耗。
總的來(lái)說(shuō)，盤式過(guò)濾器自運(yùn)行投產(chǎn)以來(lái)，表現(xiàn)都很好，出水的總磷和懸浮固體濃度分別能穩(wěn)定維持在0.3 mg Ptot /L和5 mg/L以下。另外，盤式過(guò)濾器提高了固液分離的效率，甚至二沉池的負(fù)荷都能有所提高。Rya污水廠的數(shù)據(jù)顯示了大型盤式過(guò)濾器系統(tǒng)能夠成功地應(yīng)對(duì)進(jìn)水流量和懸浮固體含量的變化。
參考資料
B.-M. Wiléna, M. Cimbritz, T. Jr. Pettersson and A. Mattssona, Large scale tertiary filtration--results and experiences from the discfilter plant at the Rya WWTP in Sweden. Water Practice and Technology Vol 11 No 3, doi: 10.2166/wpt.2016.063
