瑞典城市污水處理廠系統分析

        微過濾機(microscreens)早在1950年開始被應用在污水處理的三級過濾工藝上，第一個轉鼓式過濾機的應用案例發生在英國。自20世紀90年代末開始，因為更小的占地和更低的運行水頭損失，盤式過濾器取代了轉鼓式過濾器，成為了三級處理更常見的類型。

        但當懸浮固體濃度相當的時候，水力處理能力的差異有可能來自不同顆粒粒徑分布的差異。由于經過靜置，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行參數會影響粒徑大小的分布并最終影響盤式過濾器的處理能力。

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        MBBR出水的粒徑分布受COD的負荷等工藝參數影響。在MBBR工藝里，盤式過濾器是進行泥水分離的唯一工藝工序。通過盤式過濾器去除大粒徑固體的效果似乎更好。對濾布進行頻繁的清洗，不僅能保持理想的處理能力，而且能減少能耗。

        最近有關研究還顯示結合前置的混凝/絮凝工藝的盤式過濾器，能使出水的總磷低至0.1mg/L。今天我們將與大家分享一個瑞典污水廠的使用盤式過濾器的三級處理案例。

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市鎮約83萬人口當量的污水，日平均處理量約為350000m³，是斯堪的納維亞地區最大的污水處理廠之一。

        為了滿足新的出水標準(總氮10 mg/L ,總磷0.3 mg/L)，2010年Rya污水廠進行了擴建，新增了基于MBBR工藝的反硝化池和用于三級過濾的盤式過濾器。盤式過濾器接受來自MBBR和二沉池的出水。通過大量的中試，設計團隊選用15微米的過濾材料，數據顯示這是去除懸浮固體最合適的尺寸。

        污水廠共使用了32個盤式過濾器，總過濾面積達3,584 ㎡ (型號為Hydrotech HSF 2220-2FN)，過濾材料孔徑如上所述為15μm，通量為8 m³/s。過濾材料采用斜紋編織的聚合物單絲濾布(monofilament polymer)。正常情況下，過濾后的水有3%用于反洗。

        污水廠的工藝流程如上圖所示，污水經過格柵、沉砂池和初沉池的預處理后，進入高負荷活性污泥池進行同時前置反硝化和沉淀。他們用滴濾池作硝化反應器，新安裝的MBBR作為后置反硝化工藝。最后經盤式過濾器作三級處理后排入附近的哥德河(Göta river)。

        原本設計是讓二沉池和MBBR的出水經混合后進入盤式過濾器。但為了比較兩種出水的過濾效果，他們讓北邊的過濾單元處理MBBR的出水，而南邊的另一半處理二沉池的出水。每月進行一次氯酸清洗，每三個月作一次次氯酸清洗。通過計算自來水通過新舊濾布的時間來測量濾布積垢程度。過濾截留的污泥絮體經活性污泥池的進口回流至主流工藝中。

        研究人員收集了從2011年1月到2013年3月的數據。2011年他們對幾種過2012年，通過不同檢測方法和儀器，研究人員對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 產氣莢膜梭菌、Norovirus諾如病毒 )的去除效率進行分析。第一次采樣時(2012年3月6-8號)前他們對過濾器進行酸洗，第二次采樣(5月28-30號)則是在酸洗后的兩周進行，通過此對照試驗分析生物膜對過濾效果的影響。

        實驗結果顯示，在60%的試驗運行天數里，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。過濾器夏季出水的顆粒濃度要低于冬季。濾器的性能做了一次詳細評估，內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。同時也考察了四種不同孔徑規模的濾布(10, 15, 20 和40 μm)和兩種濾紙(1.2 和 0.45 μm)，并對MBBR和二沉池的出水的過濾情況做對比。

        MBBR出水的懸浮固體負荷比二沉池的高，分別為42+ 16 和29+ 25 g/s. 三個采樣點(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。經過盤式過濾器過濾之后，無論是二沉池還是MBBR出水中的大顆粒都有減少的趨勢，過濾器出水的顆粒孔徑多為2– 5μm，但是這些粒子沒有對懸浮固體造成影響，所以懸浮固體的過濾效果還是明顯的。具體的過濾情況請參考下表。

        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小時混合樣的MBBR出水的總大腸桿菌量經過濾器處理后有輕微減少。然而，隨機采樣(grabsample)的結果則沒有那么好，二沉池出水隨機樣品的去除率都不高，甚至還有負數的情況，唯一的例外是腸球菌(enterococci)去除率達82%。諾如病毒和SC噬菌體都得到了負數的去除率。MBBR和二沉池出水的產氣莢膜梭菌(Clostridium Perfringens)去除率分別為78 和 17%。

        盤式過濾器是從2010年開始運行的，運行策略已經得到了改進：

        從2012年起，污水廠會對濾布進行定期清洗。此前他們只是在水力阻力達到一定程度后才作清洗。

        提高了濾盤轉速和反洗頻率。這增加了盤式過濾器的處理能力，包括通量和懸浮固體的負荷，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時水力處理能力值會較低。

        總的來說，盤式過濾器自運行投產以來，表現都很好，出水的總磷和懸浮固體濃度分別能穩定維持在0.3 mg Ptot /L和5 mg/L以下。另外，盤式過濾器提高了固液分離的效率，甚至二沉池的負荷都能有所提高。Rya污水廠的數據顯示了大型盤式過濾器系統能夠成功地應對進水流量和懸浮固體含量的變化。