VERTREAT污水處理工藝幾點優勢

馮生華 鄭道才 蔣惠敏
(深圳市中興環境工程技術有限公司)

　　摘要:　本文著重介紹了加拿大諾曼(NORAM)公司在污水處理方面的一項專利技術--VERTREAT污水處理工藝及其同傳統污水處理工藝相比的幾點優勢，該工藝利用潛置于地下的豎向反應器對城市污水或工業廢水進行超深水好氧生物處理，從普通深井曝氣工藝的基礎上進行了進一步的革新和優化改造，使反應池體積更小、氧的利用率更高。同傳統污水處理工藝相比，具有運行費用低、耐沖擊負荷能力強、較小的占地面積、對環境的影響小等優點。
　　關鍵字：VERTREAT污水處理工藝 污水處理 氧轉移率 異味控制

1．VERTREAT工藝

　　VERTREAT（簡稱VT）污水處理工藝是一種高效好氧活性污泥法，適用于城市污水處理和工業廢水處理，加拿大Deep Shaft Technology Inc.公司對深井曝氣工藝進行了多年的研究，并申請了專利。二十世紀末，加拿大NORAM公司收購了Deep Shaft Technology Inc.公司，并在此基礎上進行進一步開發和研究，VERTREAT污水處理工藝就是NORAM公司在深井曝氣工藝基礎上開發的專利技術，目前在北美開始運用推廣并取得了良好的效果， VERTREAT污水處理工藝是目前先進的高效好氧活性污泥處理技術之一。它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。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，從而有效地降低了工程投資和運行費用。
　　如圖1－1所示，井式生化反應器從上而下分為一級處理區和二級處理區二個部分。在生物一級處理區內設有一個同軸回流管，用來保持混合液處于循環狀態，在一級處理區內包含有氧化區和混合區，占整個井式反應器長度的3/4?？諝庥苫旌蠀^注入，一方面為一級處理區提供生物氧化所需氧氣，另一方面為反應器內液體的循環提供動力。反應器的底部為二級處理區（又稱深度氧化區），二級處理區溶解氧含量極高，停留時間較長， BOD得到深度去除，其出水方式采用從反應器的底部出水，出水進入氣浮澄清池實現泥水分離，氣浮分離過程無須加入任何藥劑。
　　圖1－2為美國阿拉斯加州HOMER市的城市生活污水處理廠，處理能力為4000m³/日，整個污水處理廠包括污水預處理系統，污水生化處理系統，氣浮澄清池，污泥好氧消化池及柵渣焚燒系統及異味控制系統，布置非常緊湊，整個占地面積為800平方米。

圖1－1 VT結構及工藝流程示意圖

2．VERTREAT工藝特點

　　VERTREAT（簡稱VT）污水處理工藝同傳統城市污水處理工藝相比，具有以下特點：
2.1　低的運行費用
　　 同傳統工藝相比，VERTREAT工藝的運行費用要低很多，去除每公斤BOD 耗電小于0.8度，較低的運行費用主要是有以方面原因：
　　2.1.1高的氧轉移率和低曝氣量：傳統工藝的氧轉移率一般為15%左右，而VERTREAT工藝由于反應器深度達到100米左右，大大提高氧的溶解度，同時通過技術革新，污水同空氣的接觸時間比深井曝氣工藝大為延長，所以轉移效率大為提高，最高可達到86%，在CHVERON REFINERY中，通過現場測試發現，原所注入空氣中含氧為21%，在反應器頂部所排放的廢氣中，其含氧量為3-4%，二氧化碳含量則達到18%左右，說明氧的轉移率達到近90%，所需的氣量為傳統工藝的15%，即約1/6，而在供應同樣空氣量的情況下考慮壓力的因素，電耗將高3倍，二者合一綜合考慮，VERTREAT工藝比傳統污水處理工藝節省電耗58%。此工藝不但氧轉移效率高，而且高壓空氣的利用也是十分巧妙，壓縮氣體在充氧的同時，完成了溶氣功能，為活性污泥氣浮分離、濃縮二步一次完成；壓縮空氣在充氧的同時，還完成了混合液的攪拌功能，保證了混合液與原污水的充分混合，最后壓縮空氣在充氧的同時，還完成了混合液的推流功能，保證混合液按工藝設計要求進行環流和潛流，確保污水在反應器中的反應時間及去除效率。因此本工藝實際上是一氣多用：即充氧、混合液的推流、攪拌、泥水分離、污泥濃縮及污泥回流。其節能效果是目前任何工藝無法相比的。
　　2.1.2　重力污泥回流系統：VERTREAT工藝污泥回流量同常規污水處理工藝相當，但VERTREAT工藝由于其自身的特殊結構和特征，充分利用水力學條件，VERTREAT工藝的出水重力流到氣浮分離池實現泥水分離（不需填加任何藥劑），分離出來的污泥回流也可以實現重力回流，從而有效降低運行費用。
　　2.1.3　較低的人工管理費用和維修費用：整個VERTREAT處理系統采用先進的自動控制技術，可以實現無人控制，在CHVERON REFINERY污水處理場中，日常操作人員僅為3人，夜班無人值班；同時整個VERTREAT系統中無活動部件和易損耗件，所需要維護的僅僅是空壓機，所以大大降低日常維護和維修工作量，核心設施的使用壽命可達到20年以上或更多，從而大大降低折舊費用。
　　2.1.4　低污泥處理費用：VERTREAT工藝采用氣浮分離池實現泥水分離，剩余污泥的含固率可達到4%，可直接進入污泥脫水機進行脫水；而傳統工藝的剩余污泥含固率為0.8%，需要配套污泥濃縮池或預濃縮機進行濃縮后才能進行污泥脫水；同時采用VERTREAT工藝產生的污泥量較少，并且在脫水中加入的藥劑較少，所以污泥處理費用較低。
2.2　較強的耐沖擊負荷能力
　　VERTREAT反應器分為循環氧化處理區和深度氧化區，進水在循環區與原污水充分混合，對進水的污染因子在反應器內迅速被稀釋，具有極強的耐沖擊負荷能力。
　　由于反應器混合液具有很高的CO₂濃度，對進水的pH值具有很強的緩沖作用，在進水pH值達到12的情況下，系統可以在不加任何藥劑的情況下正常運行，對污水處理的管理，尤其是對水質波動較大的工業廢水處理能夠大大簡化操作管理，降低運行費用。
2.3　較小的占地面積
　　由于其反應器是潛置于地下，采用較高的污泥負荷，反應器內MLSS可在7500-12000mg/L之間調節，污泥和污水在反應器內充分混合反應，各種污染物在反應器內被迅速降解，這樣整個VERTREAT工藝的反應器需要較少的占地面積，主要的占地為氣浮分離池，氣浮分離池的體積及面積主要有進水水量決定的，在同等條件下，VERTREAT工藝生化反應系統的占地面積是傳統工藝的20%，就城市污水處理廠而言，考慮預處理區、生化處理系統、污泥處理區及公用部分，總占地面積可節省50%左右。VERTREAT工藝占地面積小的特點一方面可以大量節省占地，適用于土地面積較為緊張的水處理系統，同時也非常適用于那些現存的污水處理系統的改造或擴建項目，可以在不增加占地面積的前提下，可以將處理能力放大數倍，而公用設施、人員及總運行費用則不增加或增加很少。如在美國Alaska的一個城市污水處理場，水量為5000m³/日，包括污水處理系統、污泥消化系統及異味處理系統，總占地面積為808 m²。以100,000 m³/日已建污水處理廠生化處理反應池占地面積為例同VT工藝生化系統占地進行對比，見表2－1。

VT工藝與其他工藝占地面積比較　　　　　　　　　　表2－1

2.4　對環境影響小
　　采用傳統工藝進行污水處理時，整個廠區產生很大異味，主要是在曝氣池中產生的，對周邊環境的影響較大，一方面造成工作環境較為惡劣，同時也影響周邊環境的開發使用，所以目前很多城市污水處理廠都建在遠離城市的郊區，造成管道費用大為增加；而VERTREAT污水處理工藝由于其具有很高的氧轉移率，從而需要的空氣量為傳統工藝的15%，同時反應器的開放面積很小，為傳統工藝的1/20左右，所以向大氣中釋放的廢氣比傳統工藝顯著下降，這樣對周邊環境的影響很少，不會對周邊的開發造成影響，同時由于反應器的面積很小，如需進一步減少異味則可以很容易將反應器的廢氣收集起來進行異味處理，同時如果考慮美觀或與周圍環境相協調的話，可以將整個系統放置在建筑物以內。前面所提到的美國Alaska的城市污水處理場位于生活區，整個系統設置在建筑物之內，美觀整潔。

3．VT工藝的適用性及經濟性

　　本工藝最適用于城市污水就近處理，就近排放，就近回用，在舊城市改造中“見縫插井”就可實現污水的凈化，以節省大量市政管道投資。
　　 以上只是VERTREAT污水處理工藝同傳統工藝相比的主要幾點優勢，其他還有防止對地下水污染等優點，再此不一一列舉，總之，VERTREAT工藝是一種先進的適合于處理城市污水和工業廢水的新工藝，在中國當今水污染非常嚴重，政府和人民也意識到環保的重要性，但傳統污水處理工藝的占地面積大，運行費用高等缺點從一定程度上制約了污水處理工程的建設和正常運行，而 VERTREAT污水處理工藝從原理上避免了這些缺點。
　　 另外，VERTREAT工藝可用作進行污泥好氧消化處理，在用作污泥好氧消化處理時我們將之稱為VERTAD污泥消化工藝，污水處理廠的污泥經VERTAD工藝處理后可達到美國國家環保局EPA所規定的A級生物固體標準，可作為肥料無限制用于各種場所，是解決污泥最終處置問題的理想方法。
　　 以一座100,000噸/日城市污水處理廠為例，每日剩余污泥量為1680m³/d（含水率99.2%，折合干泥13.44噸/日），采用VERTAD污泥消化工藝進行污泥的處理，只需在原有污泥脫水系統的基礎上增加占地260平方米，即可建成VERTAD污泥處理系統，產生的污泥可達到A級標準，從而可安全方便地進行污泥的最終處置，避免目前污泥處置中產生的二次污染等情況。其運行費用可折算為每立方米污水增加電耗0.043度，總投資2440萬為人民幣。