技術交流 | 會“生長”的污水廠

2017-11-22張顯忠中國給水排水

前言

針對國內城鎮污水處理廠工藝現狀，結合生物接觸氧化工藝的應用與研究現狀，通過對生物接觸氧化工藝缺點及其機理分析，將其改進型的FCR工藝優勢機理進行探討，總結了該工藝設計方面的經驗及工程創新點，展望了該技術在國內污水處理中推廣運用需要研究和發展的方向。

目前國內城鎮污水處理廠廣泛采用SBR（序批式活性污泥法）工藝、CASS（周期循環活性污泥法）工藝、A2/O（厭氧-缺氧-好氧）工藝等基于活性污泥法的處理工藝。隨著“水十條”的頒布，意味著未來污水處理廠的新建和提標改造需遵循提高污水處理效率、降低土地占用面積、減小剩余污泥排放量的原則。生物接觸氧化工藝及其衍生技術可能將成為未來新建污水處理廠或現有污水處理廠提標改造所采用的主流或首選工藝之一。

生物接觸氧化工藝的應用與研究現狀

生物接觸氧化法起源于19世紀末的德國；與此同時，美國技術人員嘗試在活性污泥法的基礎上加入石棉水泥板，亦形成生物接觸氧化法的雛形。經過多年的改進與發展，生物接觸氧化法目前已廣泛應用，成為國內污水處理的主流技術之一。目前，生物接觸氧化法在國內主要應用于工業廢水處理和微污染源水處理；但其在城鎮污水處理廠應用較少，僅有部分小型污水處理廠應用。

在生物接觸氧化工藝中，填料掛膜的數量和質量直接關系到污水處理的效率和耐沖擊性能。而該工藝的以往應用經驗表明，上述性能與填料的單體結構、排列方式、機械特性及比表面積等息息相關。故填料的改進與開發是生物接觸氧化工藝目前的主要研究方向。吳春篤等經對比試驗認為，多面空心球填料的布水、布氣性能較佳，生物膜活性高，但生物膜易脫落；彈性立體填料掛膜速度慢，但處理效果穩定，且易于反沖洗，故綜合性能較佳。艾恒雨等認為，懸浮型填料、生物密集型填料及固定化微生物填料將可能成為未來的主要發展方向。

生物接觸氧化工藝的缺點及機理

生物接觸氧化工藝是一類處理效率高、耐沖擊能力強、剩余污泥產量極少的污水處理工藝，但在該工藝的實際應用中常會面臨一些問題。其中，生物膜脫落便是該工藝所面臨的典型問題。俞漢青指出生物膜的非正常脫落會降低污水處理系統的處理效果，甚至使其喪失處理能力，從而導致出水水質惡化。陳永波經過對活性污泥法與生物接觸氧化法處理乳品廢水的試驗效果對比后指出，當進水COD＞1 800 mg/L時，生物接觸氧化法中的生物膜會產生周期性脫落，從而導致出水水質不穩定。

生物膜的自然脫落是生物接觸氧化工藝正常運行的重要環節，使生物膜更新換代，保證生物膜的活力持久。但生物膜的非正常脫落將會給采用生物接觸氧化工藝的污水處理系統帶來很大影響，乃至毀滅性打擊。生物膜的非正常脫落原因總結而言有如此幾點：沖擊負荷、溶解氧變化、水溫變化、pH變化及水力影響等。由于生物膜的非正常脫落會使采用生物接觸氧化工藝的污水處理系統在一段時間內處理能力大打折扣甚至癱瘓，因此該工藝在一些領域的應用為之所局限，城鎮污水處理廠便是其中之一。但鑒于生物接觸氧化工藝效率之高、剩余污泥排放之少等優良特征，勢必普及城鎮污水處理領域，成為取代以往占地面積大且剩余污泥排放量大的基于活性污泥法的各工藝。

鑒于上述，從系統角度克服生物接觸氧化工藝的現有缺點是較有價值的研究和發展方向，FCR（Food Chain Reactor，食物鏈反應器）工藝便是對傳統接觸氧化工藝進行改進的典型突破。

FCR工藝的構成及結構形式

FCR工藝的構成

FCR工藝是一個高度集約的生態系統，以獨特的食物鏈反應池為基礎，以特殊材料和植物根系為生物載體，通過構建高度多樣化的生態系統，利用各次級生態系統中的各種微生物、水生植物、水生動物等的新陳代謝作用，增強對水體中污染物的降解功能。FCR技術能實現以模塊化為基礎的設計，處理規模從幾百m3/d到數十萬m3/d，系統對環境變化的適應性和抗沖擊負荷能力強，廣泛應用于市政污水和工業廢水處理領域。FCR食物鏈反應器工藝系統組成示意圖見下圖。

FCR技術的設計理念是通過創造高度多樣化的生物群落，加強生物生態系統提高水質處理能力。除了傳統活性污泥處理法里存在的細菌之外，FCR處理系統內的其他各種微生物以及水生植物群、動物群等物種高達3000多種。通過自然和人工方法構建水生態食物鏈，利用附著在植物根系和載體表面的微生物、原生動物以及微型動物去除污水內的CODcr、BOD5、TN、NH3-N及TP等污染物。

FCR工藝結構形式

與其他基于活性污泥法的方案相比，使用自然（植物）和人工（專利的生物纖維）根須結構作為生物膜載體，能夠在每立方米的反應器體積內培養和維持三至四倍于活性污泥法的生物濃度。在系統中，反應器中的生物大部分是附著生長而不是懸浮的。因此需使用“等效生物濃度”（EBC）而不采用混合液懸浮固體濃度（MLSS）來描述生物質濃度。系統的等效生物濃度換算下來高達15~18kg/m3。相比之下，遠高于一般活性污泥法的混合液懸浮固體濃3~5kg/m3。與典型的生物接觸氧化法相比，食物鏈反應器中的生物數量更多表面積更大，其表面積與體積比高達12000m2/m3，使得反應器體積內的活性污泥高達15~18kg/m3。結果是其所需的水力停留時間（HRT）比典型的生物接觸氧化更短。與活性污泥法相比，食物鏈反應器，在移除相同量的污染物/營養物質所需的反應器體積是活性污泥法的一半（或更小），節約用地效果明顯。FCR食物鏈反應器植物與填料結合示意圖見下圖。

FCR工藝的優勢機理討論

FCR工藝在應用中體現出優于一般生物接觸氧化法的脫氮能力、COD去除能力及更少的剩余污泥產生量，同時還具有優良的運行穩定性，具體體現于對進水的沖擊負荷、pH變化及環境溫度的變化等因素的耐受及出水水質沒有明顯的周期性波動等方面。這些優勢的根本原因在于生物膜乃至整個濾池的微生態環境，具體在于以下幾個方面。

充足的溶解氧

水體的溶解氧含量直接關乎好氧微生物的活性及單體處理效率，故溶解氧對包括基于生物接觸氧化法在內的好氧處理工藝是多多益善。FCR工藝因濾池中的水體澄清，游離于水體中的懸浮污泥極少，這使得水體的溶氧飽和度較一般接觸氧化法及活性污泥法高；且濾池底部采用密集、微孔的曝氣終端，故其水體溶解氧可達4mg/L以上，是一般接觸氧化工藝的溶解氧平均水平的2倍。充足的溶解氧能夠使構成生物膜的微生物始終保持較高的活性，并且有利于改善生物膜內部的缺氧狀態，從而在一定程度上增加生物膜內層的附著力，使生物膜不易脫落。同時亦提高好氧微生物的活性，有利于COD、總氮的深度去除，該去除過程既包括自養硝化與好氧反硝化，亦包括異養同化。

巧妙的填料結構

對上海吳淞污水處理廠采用FCR工藝進行的提標改造發現，其采用的填料單體由數萬根纖維束垂直布置組成，所述纖維束的上下兩端編織為鏤空的特定形狀，每根纖維束由近50股纖維絲組成，填料采用緊密與蓬松交替形式。在填料布置陣列中還穿插栽種植物，不難想象其栽種植物處下方有植物根系分布。

經觀察、討論認為，該填料的布置方式結合曝氣終端分布點布置可使水體在填料間呈螺旋式上升，并在植物根系處形成渦流，其水力分布及其均勻程度大不同于傳統接觸氧化法中的曝氣所產生的紊流。

經過對該填料的單根纖維束進一步的觀察、討論認為，生物膜對該填料的附著形式不同于傳統填料，生物膜內層可鑲嵌于填料纖維束之間隙；處于填料纖維束間隙的生物膜因夾持、支撐作用而不會輕易脫落，這樣保證在外層生物膜大面積脫落的情況下，內層生物膜依然能保證足夠的生物量。且處于填料纖維束間隙的內層生物膜能夠間歇進行厭氧產氣，從而在填料纖維束中建立均勻但不對稱的中空通道，繼而使內層填料能夠間歇得到氧和養分的補給而不至于因活力下降而失去附著力。綜合上述，該填料的巧妙設計和布置極有可能為該工藝中的生物膜能夠長期保持穩定而不易定期老化脫落的重要原因。

密集生態系統的調控作用

多數從業者的直觀觀察會認為FCR工藝中布置植物所起到的主要作用為裝飾及類似于人工濕地工藝的同化脫氮作用，但植物布置量顯然不能滿足處理水量的需求。經筆者與農業種植領域及微生物學領域學者溝通認為，該處布置的植物在一定程度上起到微生物的種源寄居點及多樣性來源的作用。植物體內存在內生微生物，能夠隨著根系的伸展而釋放至水體中并隨水流與填料接觸，豐富構成生物膜的微生物多樣性，從而保證生物群落的穩定性和適應性。

同時，植物根系是原生動物、后生動物即濾池掃除生物的良好附著與增殖場所，濾池掃除生物種類豐富且數量充足對包括FCR工藝在內的基于接觸氧化法的處理工藝而言皆有重要意義。濾池掃除生物依其活動方式及范圍可分為固著型、半固著型和游泳型。游泳型濾池掃除生物可清除游離于水體的懸浮污泥，固著型與半固著型濾池掃除生物可對生物膜起到“修剪”作用，從而使其在非大面積脫落的情況下仍能夠進行動態更新。

艾恒雨等經試驗認為，原生動物和后生動物的捕食作用不但能夠起到顯著的污泥減量作用，而且能夠改善懸浮污泥的沉降性能。該工藝對植物的選擇與要求十分講究，其所布置植物在園林景觀設計要求的基礎上需滿足耐高氮、高磷及其他有害物質的要求；并要求其根系發達、不定根眾多，以提供巨大的比表面積；在上述基礎上優先選擇濕生或耐水植物，從而使所布置植物能夠很好地適應濾池環境，與附著的生物膜、填料生物膜、濾池掃除生物及宏觀生物等構建成良性循環的微生態系統，亦使污水處理廠具備環境友好特性。

總結

FCR處理工藝在傳統接觸氧化工藝的基礎上進行深度、系統地優化，對城鎮污水處理領域的普及具有非常重大的意義。結合吳淞污水處理廠實際案例，其強化了預處理功能，增加了優勢菌種的種群，提高了曝氣系統的應用控制，改變了水力流態的走向，解決了傳統填料堵塞問題。為進一步提高出水穩定性，未來還有更多的研究可以進行。

轉載：城建水業

投稿郵箱：cnwater@vip.163.com

FCR花園式污水處理技術

原創2017-10-25高一軍中國給水排水

題目：FCR花園式污水處理技術

報告人: 奧尼卡水處理技術公司 高一軍 （業務發展總監）

主持人：天津創業環保集團股份有限公司李金河總工

高一軍：

各位專家，各位同行下午好！非常榮幸可以和大家介紹奧尼卡公司以及我們的FCR技術。FCR的中文意思是食物鏈反應器，奧尼卡水處理技術公司致力于市政污水處理技術的整體解決方案，這個整體解決方案包括核心工藝FCR的整體方案設計，關鍵設備的供應選型，項目監理，培訓，調試等一系列的全方位的服務，奧尼卡FCR技術的主要特點是運行費用低，占地面積地少，污泥少，美觀，易維護。

這張照片這是傳統的污水處理廠，我們可以看到非常不美觀的生化曝氣池，而且這些污水處理廠一般都建設在比較偏遠地區，需要配套建設很長管路、很多的泵站把污水收集起來，這些管道可能幾十公里甚至上百公里，需要耗費大量的資金，我們的想法是將來的污水處理廠是不是要建到一百萬噸或者八十萬噸那么大，是不是可以小型化，分散化，建在工廠或者是學校里，或者是社區里并且與所在的環境完全融合。我會在后面提出一個FCR工藝的分布式污水處理站工藝和大家分享。

這四個照片是奧尼卡公司設計的漂亮的污水處理廠的照片，是已經運行的項目，中國河源城南污水廠3萬噸/天，氧化溝改造升級項目，目前產水水質達到類地表三，排入東江為香港備用水源，項目已經運行三年。另外一個是貴州安順污水處理廠，從CASS工藝改造而來，水量為5萬噸/天一級A，這個位置距離黃果樹瀑布非常近，可以這個設計與當地景區環境完美的融合，貴州安順目前調試已經結束，今年也會交付，已經開始運行。右上角是匈牙利布達佩斯八萬噸的A2O改造FCR工藝。

下一張圖片可以看到我們的FCR花園式污水處理廠的廣泛的應用領域，學校、工廠、市中心，交通樞紐等等，可以建在任何大家想要建的地方，由于有獨特的溫室結構，使居民和百姓對這個污水處理廠心里反感程度非常低，所以污水處理廠緩沖區非常小，對周圍居民的影響就非常小。

下面這個業績表是在中國區今年或者明年陸續開工做的項目，目前奧尼卡FCR污水廠的全球業績已經超過90個，可以看到中國的很多項目正在集中建設，所以現在接下來的兩三年之內，這些項目都會投入生產，你會發現越來越多的花園一樣污水處理廠出現在您的周圍。

下面就是奧尼卡的全球布局情況，公司起源于布達佩斯，有100多人的工程技術團隊全球服務，布達佩斯也建有研發中心，針對不同的水質、不同的設備進行創新，不斷的對工藝技術進行優化，以適應越來越復雜的水質變化以及更加嚴格的排放標準。目前公司總部設在美國普林斯頓，新德里和雅加達辦事處，之前上海是奧尼卡公司的辦事處，為了更好的服務中國市場目前已經注冊實體公司，奧尼卡公司在中國發展最快，上海辦公室從兩三個人到現在近三十人，同時有匈牙利的的工程技術人員來到中國參與本地工程技術調試，我們相信中國的FCR污水處理廠一定會越來越多。

接下來是奧尼卡公司的發展歷程，從1998年建立，開始匈牙利國內水處理業務，發展到2007年成為匈牙利最大的水處理工程技術公司，并把部分建造的EPC公司銷售給法國威立雅，保留了FCR工藝技術的知識產權，并授權威立雅在法國建造FCR污水處理廠，之后開始全球布局，2012年世界銀行對奧尼卡公司進行了全面考核之后，成為奧尼卡公司最大的股東，這是2014年世界銀行發給水處理技術組織的一封推薦信。

這是一個改造項目的實際情況，這個是匈牙利布達佩斯南佩斯。這是另外一個實際運行的項目，左邊改造之前的樣子，右邊是改造完的樣子。

FCR的主要優勢優點第一占地面積小，目前優勢主要在于取消二沉池，運行費用平均比傳統減少30%，污泥產量比傳統工藝下降平均30%。

下面看看奧尼卡公司比較典型的FCR污水廠的設計，這是四萬噸污水廠位于廣東地區一個項目，構筑物同時結合結合當地風土人情的進行設計，奧尼卡公司設計的污水廠幾乎沒有一模一樣。

奧尼卡工藝的介紹，在傳統工藝方案的反應池上加上植物支撐，過道，以及植物。植物的本身并不處理污水，我們是利用它的根系，根系就是一個載體的類型，生物膜法提供一個生物附著地方，因為植物根系大量的比表面積所以附著生物量非常大，FCR反應池大概五米深左右，為了這個池的容積，植入人工載體，植物根系新陳代謝作用使這個池里面微生物種類從八百種上升到三千種，生物質的總量也從3-5公斤上升到8-12公斤。

這是一個載體對比，可以看到植物根系成膜是非常是疏松，右邊這個塑料載體成膜就比較薄。根系膜蓬松呈現漂浮狀態，利于氧氣的滲透傳遞，而塑料成膜比較薄切致密，因此氧氣傳遞的效率大大降低。

這是一個溶氧效率曲線，橫軸的TSS于縱軸溶氧效率α的關系圖，MBR的TSS比較高，所以α值最低，FCR的TSS最低，所以α最高，越高氧氣傳遞的利用就越高，需要的空氣就越少也就越節約能源，請看下面兩張圖片對于能量，占地面積的對比。

這是我們統計的各種污水處理工藝在建造成本，運行費用，占地面積，美觀程度，氣味控制等各個指標的對比圖。

下面兩個圖片是微生物種類在常規6個生化池里的分布情況，橫軸就是TSS。大家有機會到廣東河源，可以看到那個生化池水比較清。

這是一個典型的緊湊型設計，可以看到左邊有鼓風機間，污泥處理間，控制室，泥水分離，生化池等。可以在一個建筑物理安裝建造整個污水廠，節約土地，容易巡視，節省土建、公建等。

下面的圖片就是這是生物模塊安裝照片，大家可以看一下基本安裝流程。

簡單介紹一下分布式污水處理站工藝，叫做奧尼卡VILLA，緊湊，美觀，占地小。主要300噸到5000噸，適應于小型村鎮污水處理廠，區域河道治理等項目，其特點是一種非常容易建設，容易運行，容易維護，處理效果好，投資費用低，運行費用低，環境友好型的小型化污水處理廠，今年我司接到很多客戶類似的咨詢項目，因此我公司迅速反應，在7月份隆重推出，這個產品是由幾個集成的部分整合而成，包括預處理部分，FCR反應池部分，泥水分離部分等。目前正在和幾個地方政府就區域性小城鎮建設的污水處理進行溝通交流。

下面是一些案例照片，我們的工藝也可以建設在比較寒冷的地方，溫室里面保證5度以上就可以保證植物的存活。

以上就是我匯報的內容，大家有任何項目需要進一步進行交流的，請隨時聯系我。希望有機會合作，謝謝大家。

國內花園式MBR地下污水廠，不看后悔哦！

原創2016-01-15嚴興，何可人中國給水排水

作者：嚴興何可人編輯：衣春敏

1 工程概況

京溪地下凈水廠于2009年9月開工建設，2010年8月建成投產。占地面積1.83公頃，設計總處理能力為10萬噸/日，建成廠外配套提升泵站1座。受用地狹小且廠區周邊緊靠居民區等條件限制，該污水廠采用MBR工藝，全地埋式布置，尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002）一級A標準。服務范圍包括沙河涌右支流流域、左支流流域、南湖風景區等，總面積16.5平方公里，服務人口約13萬人。

京溪地下凈水廠地面部分全景

建設中的凈水廠地面部分全景

建設中的京溪地下凈水廠

2 運行管理

京溪地下凈水廠現有人員約70人，下設綜合部、生產部、運行部3個部門。

綜合辦公樓大廳

鼓風機房

紫外消毒管

化驗室一角

2.1 A2/O+MBR池

京溪地下凈水廠采用傳統A2/O和MBR膜過濾工藝，出水水質滿足園林澆灌中水回用標準。其中生化池在地下負二層，在負一層完全加蓋密封，通過抽風系統將廢氣收集到生物除臭設備統一處理，達標后外排到35米高空。

生化池

地下負一層全景

地下負二層全景

2.2 MBR膜特性

膜組件浸沒于曝氣池內。MBR膜區由20組獨立控制產水單元組成，每條廊道設計流量為260m3／h，水力停留時間為1.6h。膜組件采用中空纖維簾式膜組件，平均膜孔徑為0.1微米，膜材質為聚偏氟乙烯(PVDF)。為了降低曝氣能耗，方便膜組件的安裝、檢修和清洗，需要對膜組件進行組裝。組裝后的膜組件單元內部集成產水收集部件和曝氣部件，具備產水和曝氣雙重功能，具有良好的抗污染能力，尤其是可以很好地避免膜絲根部積泥問題，使膜組件長期保持良好的過濾性能。

PVDF膜

2.3 膜的營運管理及節能控制

京溪廠設計采用獨特的系統工程及過程控制手段，解決了普通MBR系統容易污染堵塞、需要頻繁化學清洗、難以長時間穩定運行的難題。具體方法有：

（1）采用獨特的空氣擦洗和水反洗方式，定制化學藥劑配方和清洗方式，因此可適應多種進水水質；

（2）水力流程上設置為兩套獨立系統運行，便于一組檢修時，另一套正常工作；

（3）采用雙層膜架，與單層膜架相比具有占地面積小，吹掃能耗低等優點。

膜池

2.4 膜的清洗

膜的清洗是設計中容易忽略的環節，雖然部分已建工程也配備了在線清洗裝置，但一般僅能進行反向清洗。當膜污染較為嚴重，需要對膜進行化學藥劑浸泡清洗時，必須用吊裝設備將其從膜池內吊出，操作復雜，勞動強度大，而且普通管理人員難以掌握清洗過程，如果操作不當很容易損傷膜。

京溪廠為了避免上述問題，選用了一體化膜清洗裝置，實現正向水力清洗、反向水力清洗、正向化學清洗和反向化學清洗等四種清洗模式。一般不需要將膜組件從MBR池內拆卸下來就可完成全部清洗操作，便于工程投產使用后的維護管理。清洗裝置配套儲酸罐和儲堿罐，可分別進行堿化學藥劑清洗和酸化學藥劑清洗，并可實現酸洗和堿洗的切換，管理人員根據MBR運行實際情況選擇藥劑種類。裝置內配備水泵1臺，用于膜的水力清洗。

看看工作人員的表情，工作很開心啊！

膜池平常清洗

膜池年終大清洗

2.5 膜池出水

為了保證凈水廠出水流量相對穩定，京溪廠通過抽吸泵出水。

膜產水

2.6 花園式管理

京溪廠改變了傳統的管理模式，通過三級衛生管理，做到廠內每個角落干凈整潔。這一點有望和德國污水廠PK一下啊？

污泥脫水間

生物除臭間

曝氣沉砂池

細格柵

精細格柵

3 社會功能和責任

京溪廠為周邊帶來了花園式的園林景觀，并為河涌補充了源源不斷的清潔水源，周邊居民每天可以享受到清潔水源帶來的樂趣。

京溪廠地面部分也會定期開放給周邊居民參觀、游玩，為居民帶來了公園式的體驗，美化了環境，體現了京溪廠作為一個利民工程的價值。

水榭走廊

出水口

居民在京溪廠“花園”游玩

京溪廠“花園”

京溪廠是國內地下污水廠的典范，曾接待過數不清批次的業內參觀者。

京溪廠還成為了廣州市有名的環保教育基地，看看孩子們都來了！

雜志簡介

《中國給水排水》是面向全國給水排水和環境工程界的專業性科技期刊，具有較高的理論導向性和較強的工程實踐性，被稱為中國水行業的“首席雜志”、中文核心期刊、“中國百強科技期刊”中國精品科技期刊、中國科學引文數據庫來源期刊（CSTP）。