加拿大諾曼公司在污水處理方面推出了一項專利技術(shù)--雙威污水污泥處理系統(tǒng)，包括VERTREATTM污水處理工藝(簡稱VT工藝)和VERTADTM污泥處理工藝(簡稱VD工藝)。在加拿大和美國已建有3座采用該工藝的污水處理廠投入運行。
1 VT處理工藝
1.1 工藝概況
VT污水處理工藝?yán)脻撝糜诘叵碌呢Q向反應(yīng)器對污水進行超深水好氧生物處理。該工藝與普通深井曝氣工藝相比，其主要特點是：設(shè)有3個不同功能的處理區(qū)，使反應(yīng)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。井式生化反應(yīng)器從上而下分為氧化區(qū)、混合區(qū)及深度氧化區(qū)3個部分(見圖1)。該反應(yīng)器深一般為75～110 m，直徑通常為0.7～6 m。
VERTREATTM是一種高效率的生物反應(yīng)器，可以廣泛地用于高濃度工業(yè)廢水和生活污水的處理，與其他深井曝氣工藝相比較，其不同之處在于，VERTREATTM工藝包括3個不同的處理區(qū)。氧化區(qū)：這個區(qū)在井筒的上部，包括一個同心通風(fēng)試管和供混合液體再循環(huán)帶；混合區(qū)：這個區(qū)域直接位于氧化區(qū)的下部，恰好位于整個井深度為3/4的位置，上部區(qū)域高速率的生物氧化反應(yīng)所需的空氣注入到混合區(qū)，提供空氣提升循環(huán)的運行動力；深度氧化區(qū)：這部分位于井的底部。
VERTREATTM反應(yīng)器可以通過普通的井鉆和井鑿技術(shù)來安裝。反應(yīng)器深度通常可達110 m，其占地面積僅相當(dāng)于傳統(tǒng)活性污泥法一個反應(yīng)池的占地；其空氣消耗量為傳統(tǒng)活性污泥法的10%。井筒的直徑一般可達3 m，其具體大小由待處理的污水的水質(zhì)和水量來決定。
1.2 工藝流程
參見圖1，工藝具體流程如下：
①起始階段，空氣通過入流管進入混合區(qū)以產(chǎn)生循環(huán)。升起的氣泡產(chǎn)生一個密度坡度，從而導(dǎo)致空氣在氧化區(qū)內(nèi)循環(huán)。
②一旦這個循環(huán)建立并穩(wěn)定后，空氣注入點轉(zhuǎn)移到混合區(qū)的下部。未處理的污水通過入流管在混合區(qū)空氣注入點的同等高度進入液體循環(huán)。
③壓力和深度導(dǎo)致了高的氧氣傳導(dǎo)速率從而保證混合區(qū)內(nèi)的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區(qū)內(nèi)高的反應(yīng)速率保證了有機物能在垂直循環(huán)圈的上部被生物氧化。
④再循環(huán)液體沿著井筒的豎壁到達上部箱體中，在那里含有廢氣的氣泡可以將廢氣釋放進入大氣。去掉這些微生物呼吸作用產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物對于防止這些廢氣重新回到系統(tǒng)內(nèi)而影響空氣動力效率是非常必要的。
⑤混合液體中比例較小的一部分從混合區(qū)進入下部深度氧化區(qū)。這個區(qū)域內(nèi)溶解氧含量極高，停留時間較長，因而有極高的BOD去除率。同時飽含的溶氣也有利于后續(xù)氣浮澄清池中的固液分離。
⑥深度氧化區(qū)內(nèi)的混合液體以極快的速度(2 m/s)進入氣浮澄清池，這可保證砂粒和固體物質(zhì)不會沉積在井的底部。
⑦混合液體行至上表面過程中的快速減壓可以產(chǎn)生經(jīng)過充分充氧的低密度的懸浮物。再經(jīng)過氣浮澄清池中的有效分離，可以產(chǎn)生結(jié)合密實的生物絮體和高質(zhì)量的待消毒和排放的液體。
1.3 工藝特點
與其他污水生物處理工藝相比，VT技術(shù)具有以下特點：
(1)運行費用低。通常只有傳統(tǒng)活性污泥法的一半以下。
(2)占地少。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊，所需占地面積通常只有傳統(tǒng)工藝的10%～20%。
(3)環(huán)境影響小。和傳統(tǒng)工藝相比，VT工藝的VOC(揮發(fā)性有機化合物)排放量是最低的。由于占地小，也便于根據(jù)特定需要將系統(tǒng)置于封閉的建筑之內(nèi)。
(4)維修、管理方便。并可以通過自動控制，實現(xiàn)無人值守。
(5)抗沖擊負荷能力強。
1.4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
BOD去除率≥95%；出水BOD＜15 mg/L，SS＜15 mg/L；去除1 kg BOD耗電≤0.8 kW·h。對城市污水而言，每處理1 m3水耗電0.1 kW·h左右；占地面積僅為傳統(tǒng)污水處理工藝的10%～20%。
2 VD處理工藝
2.1 工藝概況
VD工藝是一種高溫好氧污泥消化技術(shù)，初沉污泥及剩余活性污泥經(jīng)VD工藝處理后，可轉(zhuǎn)化成美國環(huán)境保護局(USEPA)CFR?503條規(guī)定的A級生物固體。A級生物固體可直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問題。該工藝的核心是深埋于地下的井式高壓反應(yīng)器( 見圖2)。該反應(yīng)器深一般是110 m，井的直徑通常是0.5～3 m，所占面積僅為傳統(tǒng)污泥消化技術(shù)的一個零頭。#p#分頁標(biāo)題#e#
VERTADTM是一個高效的高溫好氧污泥消化過程。與其他高溫消化系統(tǒng)相比，其不同之處在于將3個獨立的功能區(qū)放在1個反應(yīng)器中進行。井筒的最上部是第一級反應(yīng)區(qū)，包括一個同心通風(fēng)試管和用于混合液體循環(huán)的再循環(huán)帶。混合區(qū)在第一級反應(yīng)區(qū)的下部，位于整個井筒的1/2深度處。在井筒上部區(qū)域所發(fā)生的高速率生物氧化所需的空氣注入?yún)^(qū)域，為空氣循環(huán)提升提供動力。第二級反應(yīng)區(qū)域在井筒的底部，井徑3 m，井深一般約100 m，是普通好氣氧化所用氣量的10%。具體由污水濃度及污泥量確定。
2.2 工藝流程
參見圖2，具體工藝過程如下：
①起始階段，空氣通過入流管進入混合區(qū)以產(chǎn)生循環(huán)。升起氣泡產(chǎn)生一個密度坡度，從而導(dǎo)致空氣在氧化區(qū)內(nèi)循環(huán)。
②一旦這個循環(huán)建立并穩(wěn)定后，空氣注入點轉(zhuǎn)移到混合區(qū)的下部。未處理的污泥通過入流管在混合區(qū)空氣注入點的同等高度進入液體循環(huán)。
③壓力和深度導(dǎo)致了高的氧氣傳導(dǎo)速率從而保證混合區(qū)內(nèi)的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化區(qū)內(nèi)高的反應(yīng)速率保證了有機物能在垂直循環(huán)圈的上部被生物氧化。
④再循環(huán)液體沿著井筒的豎壁到達上部箱體中，在那里含有廢氣的氣泡可以將廢氣釋放入大氣中。去掉這些微生物呼吸作用產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，對于防止這些廢氣重新回到系統(tǒng)內(nèi)影響空氣動力效率是非常必要的。
⑤混合液體中比例較小的一部分從混合區(qū)進入下部第二級消化區(qū)。這個區(qū)域內(nèi)溶解氧含量極高，停留時間較長，所以，污泥中剩余的有機物在此被高度氧化。同時所含的溶氣也有利于后續(xù)產(chǎn)物池中的固液分離。此過程最關(guān)鍵和最重要的特點是在這個過程中隨著有機物的氧化，污泥溫度不斷升高，并利用周圍良好的保溫環(huán)境使反應(yīng)器的溫度得到穩(wěn)定。
⑥消化后的污泥以極快的速度到達地表的產(chǎn)物箱，這個速度可以保證砂粒和固體物質(zhì)不會沉積在井底。
⑦混合液體行至上表面過程中快速的減壓可以導(dǎo)致固體物質(zhì)從液體中分離并懸浮于表面。分離出來的高濃度生物具有不同的用處。廢液循環(huán)至二級處理以便于達標(biāo)排放。
2.3 工藝特點
VD污泥處理技術(shù)與傳統(tǒng)的厭氧及好氧污泥處理工藝相比，具有以下優(yōu)點：
(1)投資省。在大多數(shù)情況下，總投資比傳統(tǒng)工藝低。
(2)占地小。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊，占地面積小。
(3)處理效果好。在處理過程中，揮發(fā)性固體要減少40%～50%。經(jīng)處理后的出廠污泥可達到US EPA污泥A級標(biāo)準(zhǔn)。污泥經(jīng)脫水后，可以直接用作土壤肥料，徹底解決污泥的最終處置問題。
(4)運行費用為傳統(tǒng)高溫好氧消化的一半以下。
(5)對經(jīng)消化后的污泥，只需投加少量的有機絮凝劑進行污泥脫水，就可使污泥的含水率降至65%～70%。
(6)環(huán)境影響小。采用VD污泥處理工藝，異味氣體和揮發(fā)性有機物的排放量很低。
(7)在氣候非常惡劣的地方，或者對環(huán)境有特殊需要的情況下，便于將該系統(tǒng)置于封閉的建筑之內(nèi)。
(8)維修、管理方便。并可以通過自動控制，實現(xiàn)無人值守。
(9)使用價錢不高的熱交換器，即可實現(xiàn)過程的熱量回收(收回的熱量可以用來采暖)，而不需像厭氧消化那樣配置價格昂貴的氣體凈化裝置和專用鍋爐。
2.4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
氧傳質(zhì)效率約50%；經(jīng)VD工藝處理后，揮發(fā)性固體至少可以降低40%；經(jīng)離心機脫水可得到含水率小于70%的A級生物固體；去除每kg揮發(fā)性固體耗電小于1.4 kW ·h，對城市污水而言，相當(dāng)于每m3水耗電0.06 kW·h，如果VT和VD工藝同時使用，污水和污泥處理系統(tǒng)總耗電約?0.16 kW
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