污水深度处理 | 瑞典污水厂的大型盘式过滤器成功案例
微过滤机(microscreens)早在1950年开始被应用在污水处理的三级过滤工艺上，第一个转鼓式过滤机的应用案例发生在英国。自20世纪90年代末开始，因为更小的占地和更低的运行水头损失，盘式过滤器取代了转鼓式过滤器，成为了三级处理更常见的类型。最近有关研究还显示结合前置的混凝/絮凝工艺的盘式过滤器，能使出水的总磷低至0.1mg/L。今天我们将与大家分享一个瑞典污水厂的使用盘式过滤器的三级处理案例。
Rya污水厂位于瑞典港口城市哥德堡，处理哥德堡及周边五个市镇约83万人口当量的污水，日平均处理量约为350000m³，是斯堪的纳维亚地区最大的污水厂之一。
▲安装盘式过滤器和MBBR前的Rya污水厂鸟瞰图
▲ 厌氧消化反应器
▲ 盘式过滤器车间外观
▲ 滴滤池
为了满足新的出水标准（总氮10 mg/L ,总磷0.3 mg/L），2010年Rya污水厂进行了扩建，新增了基于MBBR工艺的反硝化池和用于三级过滤的盘式过滤器。盘式过滤器接受来自MBBR和二沉池的出水。通过大量的中试，设计团队选用15微米的过滤材料，数据显示这是去除悬浮固体最合适的尺寸。
▲ Rya污水厂的工艺流程图
污水厂的工艺流程如上图所示，污水经过格栅、沉砂池和初沉池的预处理后，进入高负荷活性污泥池进行同时前置反硝化和沉淀。他们用滴滤池作硝化反应器，新安装的MBBR作为后置反硝化工艺。最后经盘式过滤器作三级处理后排入附近的哥德河（Göta river）。
污水厂共使用了32个盘式过滤器，总过滤面积达3,584 ㎡ (型号为Hydrotech HSF 2220-2FN)，过滤材料孔径如上所述为15μm，通量为8 m³/s。过滤材料采用斜纹编织的聚合物单丝滤布（monofilament polymer）。正常情况下，过滤后的水有3%用于反洗。原本设计是让二沉池和MBBR的出水经混合后进入盘式过滤器。但为了比较两种出水的过滤效果，他们让北边的过滤单元处理MBBR的出水，而南边的另一半处理二沉池的出水。
▲ Rya污水厂使用的盘式过滤器的外观
根据二沉池和MBBR的出水水质和水量的具体情况，盘式过滤器的运行参数进行相应调整，具体细节请参照下表。
每月进行一次氯酸清洗，每三个月作一次次氯酸清洗。通过计算自来水通过新旧滤布的时间来测量滤布积垢程度。过滤截留的污泥絮体经活性污泥池的进口回流至主流工艺中。
2016年，负责Rya污水厂运营的Gryaab公司联合瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）和隆德大学的研究员发布了盘式过滤器在过去几年的运行表现。
实验团队对盘式过滤器出水的悬浮固体、总氮和总磷的浓度进行每日分析。并在下图的点1、2、4设有SS的在线传感器。
研究人员收集了从2011年1月到2013年3月的数据。2011年他们对几种过滤器的性能做了一次详细评估，内容包括颗粒物的大小分析 （1– 400 μm）以及TOC、COD、氮磷以及致病微生物去除等指标。同时也考察了四种不同孔径规模的滤布（10, 15, 20 和40 μm）和两种滤纸（1.2 和 0.45 μm），并对MBBR和二沉池的出水的过滤情况做对比。
2012年，通过不同检测方法和仪器，研究人员对一系列的指示性微生物（如大肠杆菌等）和致病性微生物（如Somaticcoliphages 噬菌体、Clostridium Perfringens 产气荚膜梭菌、Norovirus诺如病毒 ）的去除效率进行分析。第一次采样时（2012年3月6-8号）前他们对过滤器进行酸洗，第二次采样（5月28-30号）则是在酸洗后的两周进行，通过此对照试验分析生物膜对过滤效果的影响。
实验结果显示，在60%的试验运行天数里，悬浮固体的浓度总体保持在5 mg/L以下，而总磷则在0.2 mg/L左右。过滤器夏季出水的颗粒浓度要低于冬季。MBBR出水的悬浮固体负荷比二沉池的高，分别为42+ 16 和 29+ 25 g/s. 三个采样点（1、2和4）的粒径分析如下图所示：二沉池出水的小颗粒（20– 30 μm）更多。
经过盘式过滤器过滤之后，无论是二沉池还是MBBR出水中的大颗粒都有减少的趋势，过滤器出水的颗粒孔径多为2– 5μm，但是这些粒子没有对悬浮固体造成影响，所以悬浮固体的过滤效果还是明显的。具体的过滤情况请参考下表。
下图显示由于MBBR出水的悬浮固体粒径更大，所以过滤效果更好。但盘式过滤器的总磷去除极限约为0.1 mg Ptot /L。同时10和15μm滤布的除磷效果没有明显差别，这个超前的评估结果吻合。
总氮的去除效果不明显。而指示性微生物则视乎微生物种类有所区别。在大部分样品中，二沉池出水的微生物含量要高于MBBR。
24小时混合样的MBBR出水的总大肠杆菌量经过滤器处理后有轻微减少。然而，随机采样（grabsample）的结果则没有那么好，二沉池出水随机样品的去除率都不高，甚至还有负数的情况，唯一的例外是肠球菌（enterococci）去除率达82%。诺如病毒和SC噬菌体都得到了负数的去除率。MBBR和二沉池出水的产气荚膜梭菌（Clostridium Perfringens）去除率分别为78 和 17%。
盘式过滤器是从2010年开始运行的，运行策略已经得到了改进：
1. 从2012年起，污水厂会对滤布进行定期清洗。此前他们只是在水力阻力达到一定程度后才作清洗。
2. 提高了滤盘转速和反洗频率。这增加了盘式过滤器的处理能力，包括通量和悬浮固体的负荷，甚至是二沉池的符合。
这里的水力处理能力表示为最大流量除以总过滤面积。如下图所示，它随悬浮固体浓度的增加而减少。这解释了为什么处理MBBR时水力处理能力值会较低。
但当悬浮固体浓度相当的时候，水力处理能力的差异有可能来自不同颗粒粒径分布的差异。由于经过静置，活性污泥池的出水含有的大颗粒较少。但这也意味着像泥龄等运行参数会影响粒径大小的分布并最终影响盘式过滤器的处理能力。
MBBR出水的粒径分布受COD的负荷等工艺参数影响。在MBBR工艺里，盘式过滤器是进行泥水分离的唯一工艺工序。通过盘式过滤器去除大粒径固体的效果似乎更好。对滤布进行频繁的清洗，不仅能保持理想的处理能力，而且能减少能耗。
总的来说，盘式过滤器自运行投产以来，表现都很好，出水的总磷和悬浮固体浓度分别能稳定维持在0.3 mg Ptot /L和5 mg/L以下。另外，盘式过滤器提高了固液分离的效率，甚至二沉池的负荷都能有所提高。Rya污水厂的数据显示了大型盘式过滤器系统能够成功地应对进水流量和悬浮固体含量的变化。
参考资料
B.-M. Wiléna, M. Cimbritz, T. Jr. Pettersson and A. Mattssona, Large scale tertiary filtration--results and experiences from the discfilter plant at the Rya WWTP in Sweden. Water Practice and Technology Vol 11 No 3, doi: 10.2166/wpt.2016.063