详解一滴水环保研发的微滤罐是如何应用于污水处理终端的

一、技术背景

砂滤罐在水处理中应用很普遍，但是也有很多不足之处，北京一滴水环保科技有限公司长期研究砂滤罐技术升级，对其进行了数十项改进与创新，采用全新的设计理念，改进了罐体结构，设计了特殊的反洗机构和控制方式，采用轻质微孔活性陶瓷颗粒作为滤料，逐步形成了一种砂滤罐和超滤膜之间的跨界产品---微滤罐系列。

微滤罐系列是在注重用户体验和市场反馈逐渐形成的，一滴水环保通过不断改进提升，微滤罐系列产品已陆续为多家国内外500强企业提供了产品或服务，解决或协助解决了多项行业技术瓶颈，本文以微滤罐在污水处理终端应用为例，通过运行数据积累进行分析，以期抛砖引玉，助推污水处理一级A标准再提标改造。

二、项目背景

某工业园区污水厂，主要是生活污水，含有不定期工业污水，在一级A基础上经技术改造，达到或优于准四类指标。出水用于市政绿化等，要求微滤罐放在终端，必须保证悬浮物SS 小于5mg/L，其他指标由生化工艺保证，但是希望微滤罐也能够对其他指标数值降低有所贡献，以此为今后推广提供设计参数。

三、工艺流程

微滤罐安装在提升泵之后，之前为用户现有设备系统，由一滴水公司投资并运行管理，双方每天分别取样测试，定期委托第三方测试。每天24小时连续运行，设备露天放置，采取了冬季保温，夏季避雷和防晒措施。

四、用户出水要求

五、微滤罐系统主要配置

六、运行数据

中控室每天记录运行状态，检测水质，每个月数据汇总，每年进行总结评审。已经稳定运行二年。以下是一年数据加权平均值。

七、关于COD 数值分析

◎ 由表一中可以看到，进水COD已经低至27mg/L，说明生化已经做得很好了，但是经过微滤设备仍然有29%的去除率，这说明溶解性COD采用生化处理，而非溶性COD仅用物理方式即可，难点在于截留胶体，这等于挖掘了原有处理工艺潜力，从另一方面看还有经济效益，因为准四类COD要求30mg/L，上述已经小于20mg/L，可以因此调整生化工艺而降低电耗。

◎ 从另一方面分析，调试生化系统远不如物理手段反应迅速，生化是一个多因素处理过程，运行的惯性很大，调整一个参数的反馈往往需要几天或者十几天，如果采用微滤罐作为终端，则可以起到反应迅速的效果，例如当需要COD降1---5mg/L时，调整生化参数不如调整微滤罐参数来的快，微滤罐不同的压力和流速可以达到不同的出水效果。当生化满足指标要求时，微滤罐可以作为终端的保险装置使用，防止来水波动对出水指标的影响。

八、关于浊度和悬浮物数值分析

◎ 由表中可以看到，进水SS已经低至8.1 m/L，进水浊度低至8NTU，这时水质清澈透明，几乎没有肉眼可见悬浮物，如果采用传统砂滤效果欠佳，采用膜工艺费用较大，这种情况需要一种跨界产品----微滤罐，经过一滴水微滤罐后SS仍然有79%的去除率，达到1.67m/L，

浊度仍有95%的去除率，达到0.35NTU，这是由于滤除了非溶性胶体，这些胶体类包括了微生物、微生物残害、微生物代谢物、化学除磷产生的絮体、各种胶体类物质、而恰恰是这最后一公里----水中胶体类的去除，才带来多项指标数值的进一步降低。这已经是超滤膜的水平。不定性滤料实现去除胶体的效果是技术创新，在很多类似场合都可以得到应用，实际运行中，微滤罐不但可以吸附滤除胶体，而且可以通过反冲洗措施实现脱附，始终保持设计功能。

◎ 这是微滤罐系统进出水在线浊度仪，进水好的时候浊度比上述更低，看起来就像自来水，但是SS还是超标，一般为6—8mg/L，差一点达不到规定的5mg/L，难点在于如何降低到规定值，当然可以采用超滤，但是大流量万吨级别要考虑费用问题，尤其是微生物对膜组件的污染繁殖堵塞，必须用化学清洗，即使这样还是要定期更换膜组件，这无疑会增加断水处理成本。而采用传统的砂滤过滤精度不够，达不到技术要求而且反洗水量很大。

◎ 现在有了跨界产品---微滤罐，很适合针对性解决这一难题，从右侧出水浊度仪可以看到，采用不定型滤料的微滤罐，出水浊度可以达到0.3NTU左右，此时SS一般在1—1.5mg/L之间，比规定值5mg/L还有很大空间，后面会分析到如何利用这个数据空间降低其他指标数值。

◎ 尽管有这样的效果，人们还是有疑虑，这就是当进水品质好的时候固然可以达到上述效果，但是如果进水变差，采用不定型滤料不如超滤保险，因为超滤尽管容易堵塞，但是产水质量却不随进水变化而波动，一滴水公司研究微滤罐技术也包括这一难题，已经找到了较好的解决方案，设备系统可以承受30倍左右的来水变化，具有很好的抗冲击性。

◎ 微滤罐设备系统的抗冲击性能很重要，因为污水处理采用终端在线监测，直接上传环保监测机构，指标不合格将导致处罚，因此设备性能以及管理方式，包括监控方式都要考虑这一因素，设备运行发生故障是必然的，这就要求设计者和管理者在水质波动设备故障期间，仍然能够保持出水指标。

◎以下是现场值班室仪表盘截图，上图左侧是进水浊度仪视窗，右侧是生化池跑泥现场，下图是进出水浊度仪同时同框拍照截图，可以看出当来水浊度从7.9NTU逐渐达到255.2NTU时，出水浊度仍然保持在0.33NTU，这相当于SS仍然不超过2mg/L，与规定的5mg/L还有很大余量，而这个余量主要用于降低COD 和总磷。

九、关于氨氮和总氮数值分析

从表一摘录中可以看出：进水氨氮和总氮分别为1.17和7.28mg/L，说明生化效果很好，已经满足出水1.5和15mg/L要求，也可以理解在该工艺条件下很难再有降低，但是经过了微滤罐，仍然分别降低了53%和20%，达到了0.54和5.79mg/L,众所周知，氨氮和总氮的降低需要通过生化反应中的硝化与反硝化过程完成，物理过滤对其影响不大，本微滤罐设计考虑了硝化与反硝化的基本原理，将微滤罐设计在缺氧条件下工作，滤料颗粒孔隙率高达80%，孔径外表面模拟好氧过程，孔径内部模拟厌氧过程，孔表面和内孔之间的过渡带模拟缺氧过程，由此形成一个微小生态单元，无数个滤料颗粒形成了微生态环境，通过控制进水含氧量和适时排出可能产生的氮气，因此，达到上述处理指标是综合因素的结果。

十、关于总磷数据分析

从表一摘录可以看到，微滤罐系统进水总磷已经低至0.13mg/L，这应该得益于化学除磷的效果，是用户不得已而采取的措施，所谓的不得已是因为生物除磷难以达到0.3mg/L要求，而又没有其他有效措施，只能化学除磷投加药剂，但增加了处理成本，那么还有其他方式可以降低总磷吗？本次微滤罐系统作为污水处理的终端设备，意在从理论与实践都要讨论验证回答这个问题。

以大数据总结我国城镇污水处理工艺，其一般经验是：生物除磷的边界数值为0.5mg/L，也就是刚刚达到一级A标准，有的还适度投加了除磷药剂，今后大趋势是提高到准四类，总磷指标为0.3mg/L,所以化学除磷成为必须，这意味着大量的化学药剂投入水中，那么除了生物和化学手段，还有其他手段吗？一滴水微滤罐高精度过滤可以降低总磷的案例，说明了物理方式也是降低总磷的技术手段之一，而且效果还很好，具有普遍适用性，物理方式降低总磷的原理分析如下；

污水处理总磷的降低基本原理是：在厌氧阶段，聚磷菌大量释放磷呈现饥饿状态，在好氧阶段则大量吸收磷，最后在二沉池以含磷污泥外排形式实现污水中总磷的降低。这意味着最后水中含磷污泥越少则总磷越低，当采用化学除磷后，磷元素大多以正磷盐的形式存在，他们非溶于水，呈絮体、胶体或与活性污泥混在一起，在二沉池一起沉淀分离外排。

不可否认的是：由于工艺，设备，参数和原理的关系，无论二沉池或气浮，其絮体、胶体与活性污泥都不可能达到最理想的去除率，如果以很高精度（0.1微米）进行过滤，还可以进一步降低这些物质含量，也就是还有一定的物理降低总磷的空间。本次采用了微滤罐系统最为终端处理，验证了上述分析，从理论到实践都具有普遍适应性。

采用物理方式降低总磷含量，如上表摘录，既然已经达到了0.078mg/L，与出水指标要求的0.3Mg/L有很大调整空间，因此可以降低化学除磷的加药量，从而降低处理成本。

十一、关于污染指数（SDI）分析

高品质中水回用一般采用双膜法—--反渗透+超滤膜，反渗透要求进水污染指数小于5，最好小于4，更好小于3，采用超滤膜作为污水处理终端，作为反渗透的前置预处理无疑是正确的，但是一直有个技术瓶颈限制了双膜法大规模普及推广应用，这就是超滤膜容易被污水中微生物污染，繁殖，堵塞，流量下降，化学清洗，定期更换膜组件等等，这些无不增加了处理费用，人们对超滤膜进行大量的针对性研究，不断取得进展但是没有从根本上解决问题，其实解决超滤膜被微生物污染的最好方式是不用超滤膜，现在微滤罐出水的污染指数（SDI）到了3以下，那么是不是可以替代超滤膜作为反渗透的预处理呢？这是我们今后研究的课题之一。

需要特别说明的是：微滤罐采用轻质微孔活性陶瓷滤料，特殊的配方彻底解决了微生物的附着和脱附难题，无需化学清洗，仅用产出水进行反冲洗即可完全恢复设计指标。展开讨论脱离了本文主题，故不再描述。

结论：

◎ 以不定型滤料为特征的微滤罐，相对过滤精度达到0.1微米，可滤除水中胶体类物质。

◎ 可承受污水中微生物包裹繁殖但不影响流量，用产出水反洗可脱附，无需化学清洗。

◎ 用于污水处理终端深度处理，降低COD和总磷，甚至部分氨氮和总氮。

◎ 抗冲击性可以短时承受进水浊度或悬浮物设计值的30倍，而出水保持不超标。

◎ 可以不经预处理接受来自二沉池或气浮水质作为微滤罐进水。

◎ 微滤罐运行费用主要是提升泵，平均吨水耗电0.12度。

◎ 降低COD和总磷可以随之降低运行费用，从而冲抵微滤罐部分运行成本。

◎ 微滤罐出水污染指数（SDI）达到小于3，可以考虑替代超滤作为反渗透预处理。

◎ 适合污水处理一级A再提标，从物理分离角度降低污染物，助推生化系统改造。