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从过去这100年的污水处理技术发展历程来看,污水处理技术正朝着越来越“密集化(Intensification)”的方向发展。密集化这个概念实际上是一个化工行业的术语,它是强调以化工原理和反应工程以及相关平衡特性为基础,通过采用新设备、新工艺,显著提升反应的过程速率,使工厂布局更加紧凑,提升能量效率,减少废物排放。Intensification这个词的中文翻译有强化的意思,但我觉得这个强化和污水处理技术领域经常提到的一级强化处理(CEPT)、强化生物除磷(EBPR)还不是完全一样。Intensifcation称之为密集化可能更合适一些,它的意思是工艺的发展将会使占地面积更小、能耗更低、处理能力更强、功能更多,下面通过几个具体的技术来阐述密集化的概念。
未来的发展是建立在现有的基础上的,那么我们可以看看这个传统污水处理工艺如何走向未来。
在污水处理领域近些年一个重要的动向是一级处理技术的发展,出现了几个新的工艺。第一个是旋转带式过滤机(RBF),占地面积非常小,只占初沉池面积的10%左右,效率和初沉池的效率差不多,BOD去除率约20~30%、SS去除率约50~60%。
另外一个技术是滤布一级过滤(CMPF),滤布滤池在三级处理中已经应用了很多年了,但是应用于一级处理还是最近一两年的事情,滤布一级过滤可以实现75-85%的SS去除率、45-60%的BOD去除率,一级处理的占地面积减少75%,同时下游的生物处理能耗也得到了降低。
这是加州的一个污水厂,用的是滤布一级过滤,SS去除率在80%左右。从一级处理技术发展的动向来看,密集化是一个明显的特征。
我们再看看二级处理,下面这个图反映的是IFAS工艺促使硝化工艺更加密集化的发展,上面的曲线是考虑安全因子为2.3时的传统硝化最低泥龄曲线,下面的曲线是应用IFAS工艺之后的最低泥龄,可以看出IFAS工艺中的泥龄已经远远低于硝化的最低泥龄,这实际上是一种密集化的表现。
这些年发展势头良好的另外一种生物膜工艺是MABR。MABR是在膜丝中打入空气,生物膜附着于膜材料的表面上。DO和COD在传统生物膜工艺上是同方向的扩散,由于传质的要求,所需的DO很高,这样不仅能耗较高同时也不利于反硝化。MABR上的生物膜与此不同,内层的硝化菌最先接触到DO,也没有COD对DO竞争,非常有利于硝化。同时外层异养菌可以首先利用低DO环境下液相中的COD进行反硝化,对反硝化也很有利。
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