VERTREAT污水处理工艺几点优势

VERTREAT污水处理工艺几点优势

冯生华 郑道才 蒋惠敏
(深圳市中兴环境工程技术有限公司)

　　摘要:　本文着重介绍了加拿大诺曼(NORAM)公司在污水处理方面的一项专利技术--VERTREAT污水处理工艺及其同传统污水处理工艺相比的几点优势，该工艺利用潜置于地下的竖向反应器对城市污水或工业废水进行超深水好氧生物处理，从普通深井曝气工艺的基础上进行了进一步的革新和优化改造，使反应池体积更小、氧的利用率更高。同传统污水处理工艺相比，具有运行费用低、耐冲击负荷能力强、较小的占地面积、对环境的影响小等优点。
　　关键字：VERTREAT污水处理工艺 污水处理 氧转移率 异味控制

1．VERTREAT工艺

　　VERTREAT（简称VT）污水处理工艺是一种高效好氧活性污泥法，适用于城市污水处理和工业废水处理，加拿大Deep Shaft Technology Inc.公司对深井曝气工艺进行了多年的研究，并申请了专利。二十世纪末，加拿大NORAM公司收购了Deep Shaft Technology Inc.公司，并在此基础上进行进一步开发和研究，VERTREAT污水处理工艺就是NORAM公司在深井曝气工艺基础上开发的专利技术，目前在北美开始运用推广并取得了良好的效果， VERTREAT污水处理工艺是目前先进的高效好氧活性污泥处理技术之一。它利用潜置于地下的竖向反应器对污水进行超深水好氧生物处理。其主要特点是将普通深井曝气工艺中的三个分离处理区合并，使反应池体积更小，氧的利用率更高，从而有效地降低了工程投资和运行费用。
　　如图1－1所示，井式生化反应器从上而下分为一级处理区和二级处理区二个部分。在生物一级处理区内设有一个同轴回流管，用来保持混合液处于循环状态，在一级处理区内包含有氧化区和混合区，占整个井式反应器长度的3/4。空气由混合区注入，一方面为一级处理区提供生物氧化所需氧气，另一方面为反应器内液体的循环提供动力。反应器的底部为二级处理区（又称深度氧化区），二级处理区溶解氧含量极高，停留时间较长， BOD得到深度去除，其出水方式采用从反应器的底部出水，出水进入气浮澄清池实现泥水分离，气浮分离过程无须加入任何药剂。
　　图1－2为美国阿拉斯加州HOMER市的城市生活污水处理厂，处理能力为4000m³/日，整个污水处理厂包括污水预处理系统，污水生化处理系统，气浮澄清池，污泥好氧消化池及栅渣焚烧系统及异味控制系统，布置非常紧凑，整个占地面积为800平方米。

图1－1 VT结构及工艺流程示意图

2．VERTREAT工艺特点

　　VERTREAT（简称VT）污水处理工艺同传统城市污水处理工艺相比，具有以下特点：
2.1　低的运行费用
　　 同传统工艺相比，VERTREAT工艺的运行费用要低很多，去除每公斤BOD 耗电小于0.8度，较低的运行费用主要是有以方面原因：
　　2.1.1高的氧转移率和低曝气量：传统工艺的氧转移率一般为15%左右，而VERTREAT工艺由于反应器深度达到100米左右，大大提高氧的溶解度，同时通过技术革新，污水同空气的接触时间比深井曝气工艺大为延长，所以转移效率大为提高，最高可达到86%，在CHVERON REFINERY中，通过现场测试发现，原所注入空气中含氧为21%，在反应器顶部所排放的废气中，其含氧量为3-4%，二氧化碳含量则达到18%左右，说明氧的转移率达到近90%，所需的气量为传统工艺的15%，即约1/6，而在供应同样空气量的情况下考虑压力的因素，电耗将高3倍，二者合一综合考虑，VERTREAT工艺比传统污水处理工艺节省电耗58%。此工艺不但氧转移效率高，而且高压空气的利用也是十分巧妙，压缩气体在充氧的同时，完成了溶气功能，为活性污泥气浮分离、浓缩二步一次完成；压缩空气在充氧的同时，还完成了混合液的搅拌功能，保证了混合液与原污水的充分混合，最后压缩空气在充氧的同时，还完成了混合液的推流功能，保证混合液按工艺设计要求进行环流和潜流，确保污水在反应器中的反应时间及去除效率。因此本工艺实际上是一气多用：即充氧、混合液的推流、搅拌、泥水分离、污泥浓缩及污泥回流。其节能效果是目前任何工艺无法相比的。
　　2.1.2　重力污泥回流系统：VERTREAT工艺污泥回流量同常规污水处理工艺相当，但VERTREAT工艺由于其自身的特殊结构和特征，充分利用水力学条件，VERTREAT工艺的出水重力流到气浮分离池实现泥水分离（不需填加任何药剂），分离出来的污泥回流也可以实现重力回流，从而有效降低运行费用。
　　2.1.3　较低的人工管理费用和维修费用：整个VERTREAT处理系统采用先进的自动控制技术，可以实现无人控制，在CHVERON REFINERY污水处理场中，日常操作人员仅为3人，夜班无人值班；同时整个VERTREAT系统中无活动部件和易损耗件，所需要维护的仅仅是空压机，所以大大降低日常维护和维修工作量，核心设施的使用寿命可达到20年以上或更多，从而大大降低折旧费用。
　　2.1.4　低污泥处理费用：VERTREAT工艺采用气浮分离池实现泥水分离，剩余污泥的含固率可达到4%，可直接进入污泥脱水机进行脱水；而传统工艺的剩余污泥含固率为0.8%，需要配套污泥浓缩池或预浓缩机进行浓缩后才能进行污泥脱水；同时采用VERTREAT工艺产生的污泥量较少，并且在脱水中加入的药剂较少，所以污泥处理费用较低。
2.2　较强的耐冲击负荷能力
　　VERTREAT反应器分为循环氧化处理区和深度氧化区，进水在循环区与原污水充分混合，对进水的污染因子在反应器内迅速被稀释，具有极强的耐冲击负荷能力。
　　由于反应器混合液具有很高的CO₂浓度，对进水的pH值具有很强的缓冲作用，在进水pH值达到12的情况下，系统可以在不加任何药剂的情况下正常运行，对污水处理的管理，尤其是对水质波动较大的工业废水处理能够大大简化操作管理，降低运行费用。
2.3　较小的占地面积
　　由于其反应器是潜置于地下，采用较高的污泥负荷，反应器内MLSS可在7500-12000mg/L之间调节，污泥和污水在反应器内充分混合反应，各种污染物在反应器内被迅速降解，这样整个VERTREAT工艺的反应器需要较少的占地面积，主要的占地为气浮分离池，气浮分离池的体积及面积主要有进水水量决定的，在同等条件下，VERTREAT工艺生化反应系统的占地面积是传统工艺的20%，就城市污水处理厂而言，考虑预处理区、生化处理系统、污泥处理区及公用部分，总占地面积可节省50%左右。VERTREAT工艺占地面积小的特点一方面可以大量节省占地，适用于土地面积较为紧张的水处理系统，同时也非常适用于那些现存的污水处理系统的改造或扩建项目，可以在不增加占地面积的前提下，可以将处理能力放大数倍，而公用设施、人员及总运行费用则不增加或增加很少。如在美国Alaska的一个城市污水处理场，水量为5000m³/日，包括污水处理系统、污泥消化系统及异味处理系统，总占地面积为808 m²。以100,000 m³/日已建污水处理厂生化处理反应池占地面积为例同VT工艺生化系统占地进行对比，见表2－1。

VT工艺与其他工艺占地面积比较　　　　　　　　　　表2－1

2.4　对环境影响小
　　采用传统工艺进行污水处理时，整个厂区产生很大异味，主要是在曝气池中产生的，对周边环境的影响较大，一方面造成工作环境较为恶劣，同时也影响周边环境的开发使用，所以目前很多城市污水处理厂都建在远离城市的郊区，造成管道费用大为增加；而VERTREAT污水处理工艺由于其具有很高的氧转移率，从而需要的空气量为传统工艺的15%，同时反应器的开放面积很小，为传统工艺的1/20左右，所以向大气中释放的废气比传统工艺显著下降，这样对周边环境的影响很少，不会对周边的开发造成影响，同时由于反应器的面积很小，如需进一步减少异味则可以很容易将反应器的废气收集起来进行异味处理，同时如果考虑美观或与周围环境相协调的话，可以将整个系统放置在建筑物以内。前面所提到的美国Alaska的城市污水处理场位于生活区，整个系统设置在建筑物之内，美观整洁。

3．VT工艺的适用性及经济性

　　本工艺最适用于城市污水就近处理，就近排放，就近回用，在旧城市改造中“见缝插井”就可实现污水的净化，以节省大量市政管道投资。
　　 以上只是VERTREAT污水处理工艺同传统工艺相比的主要几点优势，其他还有防止对地下水污染等优点，再此不一一列举，总之，VERTREAT工艺是一种先进的适合于处理城市污水和工业废水的新工艺，在中国当今水污染非常严重，政府和人民也意识到环保的重要性，但传统污水处理工艺的占地面积大，运行费用高等缺点从一定程度上制约了污水处理工程的建设和正常运行，而 VERTREAT污水处理工艺从原理上避免了这些缺点。
　　 另外，VERTREAT工艺可用作进行污泥好氧消化处理，在用作污泥好氧消化处理时我们将之称为VERTAD污泥消化工艺，污水处理厂的污泥经VERTAD工艺处理后可达到美国国家环保局EPA所规定的A级生物固体标准，可作为肥料无限制用于各种场所，是解决污泥最终处置问题的理想方法。
　　 以一座100,000吨/日城市污水处理厂为例，每日剩余污泥量为1680m³/d（含水率99.2%，折合干泥13.44吨/日），采用VERTAD污泥消化工艺进行污泥的处理，只需在原有污泥脱水系统的基础上增加占地260平方米，即可建成VERTAD污泥处理系统，产生的污泥可达到A级标准，从而可安全方便地进行污泥的最终处置，避免目前污泥处置中产生的二次污染等情况。其运行费用可折算为每立方米污水增加电耗0.043度，总投资2440万为人民币。