目前，國內(nèi)外主流污水處理工藝由生化處理部分 (好氧或厭氧生物反應(yīng)器) 和固液分離部分(初沉池、 二沉池) 組成。近年來研究者們主要關(guān)注低能耗、低成本、低占地的高效生化處理單元開發(fā)，而在一定程度上忽視固液分離單元的研究。例如，當今生化反應(yīng)與分離過程相結(jié)合的技術(shù)發(fā)展趨勢引領(lǐng)了多目標、多功能的生化分離組合技術(shù)的綜合開發(fā)，出現(xiàn)了三溝式氧化溝、SBＲ法、UNITANK 工藝等反應(yīng)沉淀一體化工藝，也出現(xiàn)了曝氣生物濾池 ( BAF) 和膜生物反應(yīng)器 (MBＲ) 等一系列將生化反應(yīng)與過濾技術(shù)有機結(jié)合的新型高效污水處理工藝。 固液分離是生化處理工藝中制約反應(yīng)器生物特性、處理效率和出水水質(zhì)的重要因素，隨著高效生物技術(shù)的不斷完善，傳統(tǒng)固液分離技術(shù)對高效生化處理工藝功能擴展的限制正日益凸顯。 進入 21 世紀，許多新型沉淀和過濾技術(shù)更成 為領(lǐng)域內(nèi)的開發(fā)熱點。本文分別從技術(shù)原理以及工程應(yīng)用角度介紹幾種發(fā)展較快的新型沉淀技術(shù)和新 型過濾技術(shù)的研究進展。

1 新型固液分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

污水處理中，待分離體系的分離負荷和平均粒徑大小決定了分離技術(shù)的選擇及其成本。傳統(tǒng)沉淀過濾技術(shù)成本較低，但可承受負荷和分離精度也較低。 膜技術(shù)分離精度高，出水水質(zhì)好，但運行成本高，可承受負荷低。新型固液分離技術(shù)，如微砂沉淀、硅藻土、磁分離、動態(tài)砂濾、濾布濾池等。著眼于尋求分離效率、分離精度及運行成本之間的平衡，以實現(xiàn)綜合效益最大化。

2 沉淀技術(shù)的進展

污水處理中沉淀過程用于實現(xiàn)進水顆粒物與水的分離。主要沉淀技術(shù)的典型分離負荷，負荷值的提高代表了沉淀技術(shù)的進步。混凝技術(shù)提高了普通沉淀技術(shù)的分離精度，硅藻土技術(shù)進一步提升分離精度及負荷，而磁分離和微砂沉淀技術(shù)借助物理作用不僅使分離負荷提升了數(shù)十倍，分離精度較硅藻土也有加強。 總體而言，隨著污水成分日益復(fù)雜、污水排放要求更加嚴格， 傳統(tǒng)沉淀技術(shù)在截留污染物尺寸和分離效率等方面已無法滿足要求。新型沉淀技術(shù)的開發(fā)研究目前主 要集中在提升分離速度和去除率上，依靠高效凝聚藥 劑或物化方法提高固液密度差而達到目的。

2. 1硅藻土技術(shù)

硅藻土是一種由古地質(zhì)時期的硅藻、放射蟲或海綿等遺體堆積并經(jīng)初步成巖作用而成的硅質(zhì)沉積巖，由具有多級、大量、有序排列微孔結(jié)構(gòu)的硅質(zhì)壁殼組成，主要利用水解后的靜電作用促進體系中膠體脫穩(wěn) 凝集而實現(xiàn)沉淀分離。 硅藻土的微孔結(jié)構(gòu)還可吸附病毒、細微顆粒、重金屬以及溶解性物質(zhì)，特定裝置中的硅藻土懸浮層還能實現(xiàn)部分過濾作用。

將活化硅藻土處理印染廢水，COD 去除率達 74%，色度去除率達 94%。蔣小紅等研究認為出水水質(zhì)要求不高時改性硅藻土可單獨處理城 市生活污水，添加生物膜或氧化塘等生物后處理裝置可進一步提高出水水質(zhì)。 河南永城市第一污水處理廠采用“A /O + 硅藻土”協(xié)同處理工藝，硅藻土投加量 40 mg /L，提高了污泥沉降性能，縮短了生化停留時 間，節(jié)省占地面積，運行成本約 0. 4 元/t，日處理污水 量達 1 萬 t，出水指標達 GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級 A 標準，并實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn) 定運行［20］。 硅藻土技術(shù)在處理機理、影響因素及其 控制、改性方式優(yōu)化和硅藻污泥后處理等方面還有很多研究和發(fā)展空間。 硅藻土技術(shù)提供了一條混凝吸附過程相結(jié)合的固液分離思路。

2. 2磁分離技術(shù)

磁分離技術(shù)是借助外加磁場并(或) 利用磁性接種技術(shù)使水中不同磁凝聚性組分凝聚成較大團塊以 實現(xiàn)強化沉淀分離的一種新興技術(shù)，20世紀60年代開始應(yīng)用于水處理工程。污水中部分微生物受到磁場抑制或激發(fā)作用，可提高水處理微生物活性，從而強化污水處理效果。 分離后磁化污泥中的磁性接種 物可經(jīng)處理后回收再利用，剩余污泥另外單獨處理。 按照水處理工藝分，磁分離技術(shù)可分為直接磁分離法、間接磁分離法和微生物磁分離法 3 種 ; 按照裝置原理，又可分為磁絮凝分離、高梯度磁分離和磁盤分 離 3 種。 經(jīng) 20 多年發(fā)展，磁分離技術(shù)主要應(yīng)用于生 活污水、食品廢水、含油廢水及印染廢水等處理，具有處理效率高、設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)簡單、維護費用低、占地少等特點，工藝技術(shù)相對完整，并建立了磁過濾理論體系。

將沉淀時間縮短到化學(xué)沉淀的 1 /48，具 有 藥 劑 省、分離速度快的優(yōu)點。 陳文松等［21］ 采用氧化 －磁 種混凝－高梯度磁分離技術(shù)對印染廢水進行處理，反應(yīng)穩(wěn)定時磁粉投加量為 150～200 mg /L，色度和 COD去除率均優(yōu)于國家二級排放標準。 磁分離與絮凝技術(shù)結(jié)合可提高系統(tǒng)分離效率。 目前，美國有15 000 t / d 市政污水處理采用磁絮凝沉淀技術(shù)。

2. 3 微砂沉淀技術(shù)

微砂沉淀工藝(Actiflo) 由法國 Veolia 集團 OTV 公司在 20 世紀80年代初開發(fā)，主要用于去除水中懸浮物、濁度、色度、藻類、鐵、錳以及顆粒態(tài)有機物。 該工藝利用微砂與高分子絮凝劑共同作用，使污染物與微砂聚合成直徑 150 μm 以上的大顆粒絮體而加速沉淀分離，同時結(jié)合斜板沉淀原理減少沉淀池面積及 沉淀時間，保持良好穩(wěn)定的出水效果。含微砂污泥沉淀后部分循環(huán)，在水力旋流器中實現(xiàn)泥 砂分離和微砂回用。 微砂沉淀工藝具有水力負荷高、 占地面積小、啟動快、SS 去除率高、抗沖擊負荷能力 強和出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點。

針對城市合流制溢流污染，1992 年微砂沉淀工 藝在 Colombes 市的 SIAAP 水廠建立了中試裝置，試驗結(jié)果良好。 目前，國內(nèi)外有 560 多座工程使用微砂 沉淀工藝處理市政污水和工業(yè)廢水。2006 年北京市 水源九廠利用 Actiflo 工藝對混凝池、聚合池、微砂投加池、絮體熟化池和斜管沉淀池進行改造，處理后出水濁度可控制在 1 NTU 以內(nèi)［24］。Actiflo沉淀工藝還 可以為后續(xù)過濾以及膜處理裝置提供預(yù)處理，去除 SS 和磷，在多雨城市同初期雨水結(jié)合處理，充分挖掘 優(yōu)良的沉淀性能。 Actiflo工藝對不同水質(zhì)的適應(yīng)性、 絮凝方式優(yōu)化及其與污水相關(guān)的應(yīng)用拓展可能是未 來較為重要的研究方向。

3 過濾技術(shù)的進展

以砂濾技術(shù)為代表的傳統(tǒng)過濾技術(shù)利用石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，有較長應(yīng)用歷史。 但由于受過濾介質(zhì)和沖洗方式限制，長時間污水截留 率有限、運行效率低、能耗大、更換周期短。 典型過濾技術(shù)的分離負荷。 結(jié)合表 2 和圖 1 分析， 混凝技術(shù)也能提升傳統(tǒng)過濾技術(shù)的分離精度，動態(tài)砂過濾技術(shù)通過實現(xiàn)連續(xù)過濾而將分離負荷提升至傳 統(tǒng)技術(shù)的 2 倍，動態(tài)膜和濾布濾池技術(shù)對分離效率和 分離精度的提升作用均十分明顯。膜技術(shù)的分離精度最高，但是分離負荷及處理成本成為了目前該技術(shù)廣泛使用的限制因素。這也促使研究者們向過濾精 度高、處理速度快的新型過濾技術(shù)展開諸多探索。

動態(tài)砂過濾系統(tǒng)是一種結(jié)合生物作用的改良連續(xù)砂濾器，通過同步過濾和反沖洗實現(xiàn)24h連續(xù)不停 機工作，主要應(yīng)用于各類給水過濾處理、污水深度處 理和城市及工業(yè)水回用處理等。 該系統(tǒng)主要利用逆 流原理使進水通過底部布水器自下而上流經(jīng)動態(tài)砂 過濾床，濾床截留污染物，頂部溢流清水，臟砂借助氣 體在頂部洗砂器中紊流和機械碰撞作用實現(xiàn)反沖洗，洗凈濾砂重力回流至砂床。其主要特點有 :

1) 立式結(jié)構(gòu)緊湊且處理規(guī)模大;

2) 過濾作用與生物凈化作 用結(jié)合;

3) 連續(xù)自清洗，無需停機;

4) SS 負荷適應(yīng)性 強，處理效果穩(wěn)定;

5) 運行成本低，維修保養(yǎng)少，高度自動化。

2膜技術(shù)進展

膜分離技術(shù)近年來在國內(nèi)污水處理領(lǐng)域發(fā)展迅 速，主要使用壓力差驅(qū)動的膜分離過程。依據(jù)膜孔尺寸及分離物 粒徑范圍可分為微濾。

微濾(MF) 和超濾 ( UF) 是世界上開發(fā)應(yīng)用最早 的分離膜。目前我國微濾和超濾技術(shù)大約占我國膜工業(yè)年產(chǎn)值的 1 /5［39］。 微濾膜和超濾膜技術(shù)在生活 污水和工業(yè)廢水回用、MBＲ、深度預(yù)處理工藝等方面 已有廣泛應(yīng)用研究。 目前 MBＲ 工藝中基本使用微濾 膜，MBＲ 也因具有出水水質(zhì)良好、設(shè)備緊湊、運行管 理方便、剩余污泥產(chǎn)量少等特點近年來得到迅速發(fā)展。

納濾(NF) 膜是在 20 世紀 80 年代末期發(fā)展起來 的一種截留分子量為 200 ～2 000 Da 的新型分離膜。 反滲透(ＲO) 膜是 20 世紀 50 年代開發(fā)的具有不對稱 結(jié)構(gòu)、孔 徑 ＜ 2 nm 的 分 離 膜，操 作 壓 力 在 0. 8 ～ 7. 5 MPa。反滲透技術(shù)和納濾膜技術(shù)多用來實現(xiàn)生活污水及工業(yè)廢水的深度處理及回用、海水及苦咸水淡化和工農(nóng)業(yè)廢水有用資源濃縮回收等。

膜分離過程的優(yōu)點在于物料無相變，能耗低，分離精度高，適用范圍廣，裝置簡單緊湊、占地小、易控 制等，但被截留物質(zhì)堵塞引起的膜污染問題及膜的使 用維護成本是制約膜技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要障礙。 如何有效降低膜技術(shù)使用成本、提升膜技術(shù)分離負荷決 定了膜技術(shù)在未來污水處理領(lǐng)域的市場，也吸引了研 究者的廣泛關(guān)注。

3. 3 平衡分離精度與負荷的新型過濾技術(shù)

3. 3. 1 動態(tài)膜技術(shù)

動態(tài)膜(Dynamic Membrane，DM)，也稱動態(tài)形成 膜 ( Dynamically Formed Membrane ) 或 原 位 形 成 膜 (Formed-in-place Membrane)，通過過濾含成膜物質(zhì)溶液而在多孔基材表面形成。 常見基材包括尼龍篩 網(wǎng)、篩絹、無紡布、不銹鋼網(wǎng)等，氟石、硅藻土、高嶺土、 頁硅酸鹽、熟石灰等礦物為常見的成膜物質(zhì)。 動態(tài)膜 根據(jù)形成方式可分為預(yù)涂動態(tài)膜 (Pre-coated DM) 和

自生動態(tài)膜 (Self-forming DM)。動態(tài)膜研究源自反滲透的預(yù)涂動態(tài)膜，至 20 世紀 90 年代開始有針對自 生動態(tài)膜的超濾、微濾研究，主要用于生物、食品領(lǐng)域 強化過濾效果。 自生動態(tài)膜以其價格低廉、操作簡便 的優(yōu)勢逐漸成為研究主流熱點。 近年來，動態(tài)膜技術(shù) 結(jié)合 MBＲ 的基本原理發(fā)展出了動態(tài)膜生物反應(yīng)器技 術(shù)，以活性污泥形成的動態(tài)膜取代傳統(tǒng)微濾或超濾膜 實現(xiàn)固液分離。 動態(tài)膜基材主要采用微米級孔徑的 微網(wǎng)材料，與活性污泥平均粒徑相仿，但動態(tài)膜形成 后截留能力可達到微濾或超濾水平。 常見的動態(tài)膜生物反應(yīng)器均為自生動態(tài)膜過程。

Yosshiaki Kiso 等 以尼龍網(wǎng)為基材，利用孔徑 100 μm 動態(tài)膜小試反應(yīng)器處理合成廢水，在連續(xù)進出水和曝氣條件下出水 SS 和 BOD 分別小于1. 5 mg /L 和5. 0 mg /L，在間歇曝氣條件下 TN 去除率達 80%。 范彬等［41］ 利用普通篩絹為基材，動態(tài)膜生物反應(yīng)器 處理污水廠生活污水，SS 去除率近 100%，出水 COD 去除率大于 80%，氨氮去除率達 96% 以上。利用無紡布為基材的動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理公路 服務(wù)區(qū)生活污水，處理量達 150 m3 /d，穩(wěn)定運行 1 年 后 SS 和 COD 去除率均達 95% 以上，氨氮去除率達78%，出水水質(zhì)符合 GB 8978—1996《污水綜合排放 標準》一級標準。 動態(tài)膜反應(yīng)器較傳統(tǒng) MBＲ 的優(yōu)勢 在于 : 1) 重力出水，節(jié)約能耗; 2) 出水通量高，水質(zhì)良 好; 3) 基材廉價易得，經(jīng)濟性好; 4) 易清洗再生。動態(tài)膜基材、運行過程控制的優(yōu)化和動態(tài)膜形成機理等方面的研究是動態(tài)膜水處理領(lǐng)域未來較為重要的方向。

3. 3. 2 濾布濾池技術(shù)

濾布濾池 ( Cloth-media Filtration) 又稱為纖維轉(zhuǎn)盤過濾器，是一種過濾等級為 5 ～10 μm 的表面過濾 裝置。 濾布濾池系統(tǒng)比普通砂濾處理效果好，水質(zhì)水 量穩(wěn)定，能耗低(高程損失僅為 0. 3 m)，反沖洗時間 短，占地面積小 (僅為常規(guī)工藝的 1 /2)，維護使用簡 便。 一些歐美國家已將該工藝作為城市污水深度處理單元。 我國江蘇省在太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提 標升級時曾大力推廣該系統(tǒng)。

濾布濾池采用過濾轉(zhuǎn)盤外包濾布來代替?zhèn)鹘y(tǒng)過 濾介質(zhì)，沿過濾方向分別為纖維毛層及大孔隙支撐層。過濾組件包括中心軸、過濾轉(zhuǎn)盤、反沖洗系統(tǒng)、污 泥去除系統(tǒng)、中心傳動系統(tǒng)及支架支撐系統(tǒng)。進水利用重力流入濾池并壓過濾布，部分較輕的污泥吸附于濾布外側(cè)形成泥餅從而可部分提升過濾效果，較重的污泥利用斗型池底排出濾池，濾布過濾阻力增加到一定液位時利用吸泥裝置進行反沖洗。針對進水中含油或黏度高時對過濾介質(zhì)的改進 可能是這類濾池未來主要的研發(fā)方向。

標簽： 污水處理 分離精度 生物反應(yīng)器