一種占地小耗電少的污水污泥處理新工藝-VT/VD深井曝氣
摘要：介紹了加拿大諾曼(NORAM)公司在污水處理方面的一項專利技術--雙威污水污泥處理系統，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器對污水、污泥進行超深好氧生物處理。其主要特點是將普通深井曝氣工藝中的三個分離處理區合并，使反應池體積更小、氧的利用率更高，從而降低了工程投資和運行費用。
關鍵詞：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專利技術--雙威污水污泥處理系統，包括VERTREATTM污水處理工藝(簡稱VT工藝)和VERTADTM污泥處理工藝(簡稱VD工藝)。在加拿大和美國已建有3座采用該工藝的污水處理廠投入運行。
1 VT處理工藝
1.1 工藝概況
VT污水處理工藝利用潛置于地下的豎向反應器對污水進行超深水好氧生物處理。該工藝與普通深井曝氣工藝相比，其主要特點是：設有3個不同功能的處理區，使反應池體積更小、氧的利用率更高，從而有效地降低了工程投資和運行費用。井式生化反應器從上而下分為氧化區、混合區及深度氧化區3個部分(見圖1)。該反應器深一般為75～110 m，直徑通常為0.7～6 m。
VERTREATTM是一種高效率的生物反應器，可以廣泛地用于高濃度 工業 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個不同的處理區。氧化區：這個區在井筒的上部，包括一個同心通風試管和供混合液體再循環帶;混合區：這個區域直接位于氧化區的下部，恰好位于整個井深度為3/4的位置，上部區域高速率的生物氧化反應所需的空氣注入到混合區，提供空氣提升循環的運行動力;深度氧化區：這部分位于井的底部。
VERTREATTM反應器可以通過普通的井鉆和井鑿技術來安裝。反應器深度通常可達110 m，其占地面積僅相當于傳統活性污泥法一個反應池的占地;其空氣消耗量為傳統活性污泥法的10%。井筒的直徑一般可達3 m，其具體大小由待處理的污水的水質和水量來決定。
1.2 工藝流程
參見圖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，空氣通過入流管進入混合區以產生循環。升起的氣泡產生一個密度坡度，從而導致空氣在氧化區內循環。
②一旦這個循環建立并穩定后，空氣注入點轉移到混合區的下部。未處理的污水通過入流管在混合區空氣注入點的同等高度進入液體循環。
③壓力和深度導致了高的氧氣傳導速率從而保證混合區內的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區內高的反應速率保證了有機物能在垂直循環圈的上部被生物氧化。
④再循環液體沿著井筒的豎壁到達上部箱體中，在那里含有廢氣的氣泡可以將廢氣釋放進入大氣。去掉這些微生物呼吸作用產生的氣態產物對于防止這些廢氣重新回到系統內而 影響 空氣動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進入下部深度氧化區。這個區域內溶解氧含量極高，停留時間較長，因而有極高的BOD去除率。同時飽含的溶氣也有利于后續氣浮澄清池中的固液分離。
⑥深度氧化區內的混合液體以極快的速度(2 m/s)進入氣浮澄清池，這可保證砂粒和固體物質不會沉積在井的底部。
⑦混合液體行至上表面過程中的快速減壓可以產生經過充分充氧的低密度的懸浮物。再經過氣浮澄清池中的有效分離，可以產生結合密實的生物絮體和高質量的待消毒和排放的液體。
1.3 工藝特點
與其他污水生物處理工藝相比，VT技術具有以下特點：
(1)運行費用低。通常只有傳統活性污泥法的一半以下。
(2)占地少。本系統結構非常緊湊，所需占地面積通常只有傳統工藝的10%～20%。
(3)環境影響小。和傳統工藝相比，VT工藝的VOC(揮發性有機化合物)排放量是最低的。由于占地小，也便于根據特定需要將系統置于封閉的建筑之內。
4)維修、管理方便。并可以通過自動控制，實現無人值守。
(5)抗沖擊負荷能力強。
1.4 主要技術 經濟 指標
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，初沉污泥及剩余活性污泥經VD工藝處理后，可轉化成美國環境保護局(USEPA)CFR?503條規定的A級生物固體。A級生物固體可直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置 問題 。該工藝的核心是深埋于地下的井式高壓反應器( 見圖2)。該反應器深一般是110 m，井的直徑通常是0.5～3 m，所占面積僅為傳統污泥消化技術的一個零頭。
圖2 VD污泥處理工藝示意
VERTADTM是一個高效的高溫好氧污泥消化過程。與其他高溫消化系統相比，其不同之處在于將3個獨立的功能區放在1個反應器中進行。井筒的最上部是第一級反應區，包括一個同心通風試管和用于混合液體循環的再循環帶。
混合區在第一級反應區的下部，位于整個井筒的1/2深度處。在井筒上部區域所發生的高速率生物氧化所需的空氣注入區域，為空氣循環提升提供動力。
第二級反應區域在井筒的底部，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
參見圖2，具體工藝過程如下：
①起始階段，空氣通過入流管進入混合區以產生循環。升起氣泡產生一個密度坡度，從而導致空氣在氧化區內循環。
②一旦這個循環建立并穩定后，空氣注入點轉移到混合區的下部。未處理的污泥通過入流管在混合區空氣注入點的同等高度進入液體循環。
③壓力和深度導致了高的氧氣傳導速率從而保證混合區內的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區內高的反應速率保證了有機物能在垂直循環圈的上部被生物氧化。
④再循環液體沿著井筒的豎壁到達上部箱體中，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生的氣態產物，對于防止這些廢氣重新回到系統內 影響 空氣動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進入下部第二級消化區。這個區域內溶解氧含量極高，停留時間較長，所以，污泥中剩余的有機物在此被高度氧化。同時所含的溶氣也有利于后續產物池中的固液分離。此過程最關鍵和最重要的特點是在這個過程中隨著有機物的氧化，污泥溫度不斷升高，并利用周圍良好的保溫環境使反應器的溫度得到穩定。
⑥消化后的污泥以極快的速度到達地表的產物箱，這個速度可以保證砂粒和固體物質不會沉積在井底。
⑦混合液體行至上表面過程中快速的減壓可以導致固體物質從液體中分離并懸浮于表面。分離出來的高濃度生物具有不同的用處。廢液循環至二級處理以便于達標排放。
2.3 工藝特點
VD污泥處理技術與傳統的厭氧及好氧污泥處理工藝相比，具有以下優點：
(1)投資省。在大多數情況下，總投資比傳統工藝低。
(2)占地小。本系統結構非常緊湊，占地面積小。
(3)處理效果好。在處理過程中，揮發性固體要減少40%～50%。經處理后的出廠污泥可達到US EPA污泥A級標準。污泥經脫水后，可以直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問題。
(4)運行費用為傳統高溫好氧消化的一半以下。
(5)對經消化后的污泥，只需投加少量的有機絮凝劑進行污泥脫水，就可使污泥的含水率降至65%～70%。
(6)環境影響小。采用VD污泥處理工藝，異味氣體和揮發性有機物的排放量很低。
(7)在氣候非常惡劣的地方，或者對環境有特殊需要的情況下，便于將該系統置于封閉的建筑之內。
(8)維修、管理方便。并可以通過自動控制，實現無人值守。
(9)使用價錢不高的熱交換器，即可實現過程的熱量回收(收回的熱量可以用來采暖)，而不需像厭氧消化那樣配置價格昂貴的氣體凈化裝置和專用鍋爐。
2.4 主要技術 經濟 指標
氧傳質效率約50%;經VD工藝處理后，揮發性固體至少可以降低40%;經離心機脫水可得到含水率小于70%的A級生物固體;去除每kg揮發性固體耗電小于1.4 kW ·h，對城市污水而言，相當于每m3水耗電0.06 kW·h，如果VT和VD工藝同時使用，污水和污泥處理系統總耗電約0.16 kW·h/m3水;占地面積僅為傳統污泥消化工藝的10%～20%。
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