污水深度處理 | 瑞典污水廠的大型盤式過濾器成功案例
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(fā)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。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(zhèn)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(qū)最大的污水處理廠之一。
▲安裝盤式過濾器和MBBR前的Rya污水廠鳥瞰圖
▲ 厭氧消化反應器
▲ 盤式過濾器車間外觀
▲ 滴濾池
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(shù)據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)。
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。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。
▲ Rya污水廠使用的盤式過濾器的外觀
根據二沉池和MBBR的出水水質和水量的具體情況，盤式過濾器的運行參數(shù)進行相應調整，具體細節(jié)請參照下表。
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。
2016年，負責Rya污水廠運營的Gryaab公司聯(lián)合瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)和隆德大學的研究員發(fā)布了盤式過濾器在過去幾年的運行表現(xiàn)。
實驗方案
實驗團隊對盤式過濾器出水的懸浮固體、總氮和總磷的濃度進行每日分析。并在下圖的點1、2、4設有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。2011年他們對幾種過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(guī)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。
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。
結果討論
實驗結果顯示，在60%的試驗運行天數(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�？讖蕉酁�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。
下圖顯示由于MBBR出水的懸浮固體粒徑更大，所以過濾效果更好。但盤式過濾器的總磷去除極限約為0.1 mg Ptot /L。同時10和15μm濾布的除磷效果沒有明顯差別，這個超前的評估結果吻合。
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(shù)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(shù)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%。
運行經驗
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：
1. 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。
2. 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。
但當懸浮固體濃度相當?shù)臅r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(shù)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。
MBBR出水的粒徑分布受COD的負荷等工藝參數(shù)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。
總的來說，盤式過濾器自運行投產以來，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(shù)據顯示了大型盤式過濾器系統(tǒng)能夠成功地應對進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
