前言

经过一个世纪的发展，现代污水处理迎来了理念和技术的重大变革。 从处理转向资源回收已成为时代发展的主旋律。 废水中的碳已被广泛认为是一种宝贵的资源，可用于产生能源（厌氧消化）或开发碳基商品。 废水中可生物降解的有机物从二级处理到能量回收的转变称为碳重定向。 碳转移是污水处理实现能源自给的必由之路，已成为现在和未来污水处理技术发展的重要方向。

碳转移的重点是初级处理的有效利用。 一级处理是污水处理的经典工艺单元。 其主要目的是去除进水中的悬浮固体和脂肪、油和油脂 (FOG)。 在现代污水处理一个多世纪的发展中，一级处理始终占据着重要的历史地位。 与此同时，污水处理技术日益向集约化方向发展，节能、占地面积紧凑成为鲜明的技术特点。 在此背景下，污水一级处理领域出现了新的技术趋势。 这一技术趋势总体上符合上述宏观历史发展背景，从而产生了初级处理技术的新概念。

1 初加工技术现状

传统上，初级处理最常见的应用技术是初级沉淀池。 该技术比活性污泥法历史更悠久，在欧美污水处理厂得到广泛应用。 初沉池可有效降低二级处理进水负荷，SS去除率可达50%~70%，BOD去除率可达25%~40%。 同时，初沉池可有效应对暴雨期间的高峰水量，避免对二级处理的影响。 初沉池还可通过去除无机悬浮物（ISS）和漂浮物，有效提高生物处理效率。 当然，传统的初沉池也存在成本高、占地面积大等明显缺点。

化学强化初级处理（CEPT）对于提高初沉池效率具有显着效果。 化学强化一级处理可实现SS去除率60%~90%，BOD去除率35%~75%。 在一些国家的沿海污水处理厂中得到广泛应用。 同时，一些发展中国家的污水处理以及大雨期间溢流污水的处理也采用化学强化一级处理。 化学强化初级处理的主要缺点是产生大量初级污泥，且难以浓缩和脱水。 同时，化学强化一级处理在出水氮磷要求较高的地区很难达到理想的效果。

此外，高倍率澄清也是常用的一级处理技术。 高效澄清是集混凝、絮凝、斜板沉淀、污泥回流于一体的技术单元。 在国外，高速沉淀主要用于雨季合并污水的溢流控制。 典型的专利技术包括Actiflo、DensaDeg等。

2 初级处理技术发展的新理念

无论是传统的初沉池、化学强化初沉，还是高速沉淀，核心都是沉淀。 近年来，初级处理领域出现了一些新的技术趋势。 其核心技术理念是：初级过滤代替初级沉淀。 这一概念的出现正在对传统的初级治疗产生重要影响。 目前初级过滤的技术形式主要有初级出水过滤、初级过滤、转带过滤器（RBF）等。

2.1 一级水过滤

初级污水过滤的概念实际上在20世纪80年代就已经出现，但传统砂滤在该领域的应用并不理想。 后来出现了滤布过滤器，其在三级处理中的应用取得了巨大成功。 滤布过滤器在世界各地大量的污水处理厂中都可以看到。 近年来，新型滤布过滤器已悄然用于初级污水过滤。 一级出水过滤后的污水进入二级生物处理装置后，可提高二级处理的处理能力，降低曝气能耗。 对于采用厌氧消化的污水处理厂，过滤截留的固体物质可以增加厌氧产能，提高污水处理厂的能源自给率。 新型滤布过滤器的过滤材料与以往不同。 绒状过滤结构使滤布的有效过滤深度为3～5毫米，可大范围拦截颗粒物。 这种经常使用的过滤器被称为布深层过滤器。

美国加利福尼亚州琳达再生水厂于2013年至2015年进行了为期2年的污水初级过滤试点研究。采用滤布过滤器和可压缩滤料过滤器对污水进行初级过滤。 数据显示，一级出水过滤效果稳定，SS去除率约为45%（如图2），BOD和COD去除率约为30%，反洗水量约为5%至 10%。

不仅滤布过滤器用于初级污水过滤，其他一些专利过滤技术也在这方面大显身手。 这项专利技术通常是一种采用可压缩过滤材料的过滤技术，包括Fuzzy。 对于FilterTM和FlexFilterTM等商业技术来说，过滤材料是具有很强弹性和孔隙率的合成材料，并且密度比水轻。 此类过滤技术的主要特点是过滤速率高。 一级出水过滤时的过滤速度可达24-60m/h，反洗水量一般小于10%。

2.2 一级过滤

一级出水过滤的成功应用也推动了原污水直接一级过滤的发展。 上述林达再生水厂在论证了出水一级过滤的概念后，于2017年开始对原污水进行直接一级过滤。 该项目是一个生产规模的概念验证，由加州能源委员会 (CEC) 资助。 除CEC项目外，还在曼特卡污水处理厂和兰尔再生水厂进行了两项中试研究，以研究污水水质的不同特征以及不同工艺带来的性能影响。

琳达污水处理厂设计规模为19000 m/d。 该厂处理工艺由格栅、初沉池、硝化反硝化、二沉池、三级过滤、污泥厌氧消化组成。 2017年平均处理水量为5,000 m/d。 由于收集了附近其他城市的污水，截至2018年底，处理水量达到9700立方米/天。生产规模试验分两个阶段。 第一阶段是2018年秋季前，所有污水经过预处理后，跨过初沉池直接进入初滤单元，然后进入生物处理单元； 第二级由于进水量增加了近一倍，50%的污水直接在一级过滤，如图3所示。表1为工厂一级过滤效果。

琳达的生产规模试验结果表明，初滤平均SS去除率达到86%，远高于传统初沉池的SS去除率（50%~60%）。 与传统初沉池相比，初滤减少占地面积75%，生物处理能力提高15%~20%，沼气产量提高30%~40%。 林达再生水厂近年来开展的生产规模初滤实验研究对于北美废水处理倡导的碳转型具有重要的标杆意义。

2.3 旋转带式过滤机/微筛

与初级出水过滤和初级过滤相比，旋转带式过滤器/微筛网自本世纪初开始用于初级过滤，主要在欧洲。 旋转带式过滤机/微筛与滤布过滤的区别在于过滤孔径不同。 转带式过滤器/微筛的孔径通常为200~400μm，而深层滤布过滤或弹性滤材过滤的孔径通常小于10μm。

旋转带式过滤机通常需要安装在格栅和沉砂池之后。 水中的悬浮物被环形旋转过滤器拦截。 旋转过滤器的速度可调。 截留污泥的固含量约为3%~8%。 ，可直接脱水，无需进一步浓缩（见图4）。

旋转带式过滤器对SS和BOD的去除率与进水水质有关。 一般BOD的去除率可达20%~40%，SS的去除率约为50%~60%。 占地面积仅为初沉池的1/10，比传统初沉池节省投资成本30%~60%。 旋转带式过滤机已应用于欧洲Tiendeholmen污水处理厂、Breivika污水处理厂、Bangsund污水处理厂、Nedre Romerike污水处理厂的一级处理。 旋转带式过滤机的过滤速度与SS去除率有关，一般为144～240m/h。

微筛通常是转鼓或圆盘过滤方法。 用于初级过滤时，一般需在上游处理设施中设置必要的格栅、沉砂、除油装置，其面积为初沉池的10%～20%。 %，在不添加药剂的情况下，SS去除率约为50%，BOD去除率约为30%，基本与初沉池的效率相当。 欧盟POWERSTEP项目的技术报告显示，瑞典、挪威、法国、德国等多个污水处理厂自2003年起逐渐开始在一级处理中应用微滤网。

从上述一级处理的技术发展趋势来看，在当今追求碳转型、设施老化并存的时代，设备化和人工材料过滤的方法已经开始取代国外一些地区巨大的传统初沉池。已开始取代巨大的传统初沉池。 已逐渐成为行业明显的发展方向。

3 我国废水一级处理技术现状及发展机遇

3.1 国内污水一级处理技术现状

长期以来，我国污水处理领域中一级处理被忽视，大部分污水处理厂没有初沉池。 从北美的技术角度来看，从污水处理厂的全生命周期成本来看，规模超过38000m/d的污水厂设置初沉池是划算的（ 10MGD）。

不设置初沉池将严重降低生物处理工艺的实际效率。 特别是，进水中的无机悬浮固体（ISS）在未经过初沉池的情况下在曝气池中积累，导致生物处理工艺段的MLVSS/MLSS远低。 低于正常值，说明所需生物池容量较大。 这种情况对于进水无机悬浮物较高的污水处理厂尤为明显。

生物处理装置的MLVSS/MLSS是衡量生物处理装置效率的重要参数。 MLVSS由三部分组成，即活性微生物部分（MXH）、内源代谢残留物（MXE）和进水不可生物降解VSS（MXI），如式（1）所示。

式中，Q——进水流量，m/d；

Sin——进水COD，mg/L；

θ——泥龄，d；

fUS——溶解的不可生物降解的COD的比例；

fUP——颗粒状不可生物降解COD的比例；

f——内源性残留物的比例；

b——衰减系数，d-1；

fCV,P——进水COD当量VSS，mgCOD/mgVSS。

MLSS的成分中，有一部分来自于进水中的无机悬浮固体(ISS)，因此MLSS的成分可表示为式(2)：

式中，XISS——水中无机悬浮物，ISS=TSS-VSS。

由上述两个公式可以计算出MLVSS/MLSS的比值。 以进水COD=300 mg/L、ISS=20~100 mg/L的变化为例说明ISS对MLVSS/MLSS的影响，其他参数均采用典型值。 ，如表2所示。计算结果如图5所示。

从图5可以看出，当进水COD一定时，进水无机悬浮物对MLVSS/MLSS影响很大。 ISS 越高，MLVSS/MLSS 越低。 显然，去除ISS对于提高生物处理装置的效率至关重要。 王洪臣对全国467家污水处理厂的调查也显示，60%的污水处理厂MLVSS/MLSS低于0.5，这在某种程度上与缺乏初沉池密切相关。

业界关心的另一个问题是，一级处理装置的设置会导致生物脱氮除磷的碳源不足。 事实上，情况并非如此。 生物反硝化所需的碳源是易生物降解的COD（RBCOD）。 这些COD大部分处于溶解状态，初沉池去除的基本上是颗粒COD，如图6所示。

为了评价初沉池对生物脱氮除磷的影响，以处理规模为10万m/d的污水，进水COD=400mg/L，TN=50mg/L，TP=5mg使用/L。 以该处理厂为例，对无初沉池、有初沉池、初沉污泥发酵三种模式下的AAO工艺进行了模拟分析。 三种模式下的流程建模如图7所示，各种参数如表3和表4所示。

从图8和图9可以看出，有无初沉池实际上对出水氮磷水质没有明显影响。 没有初沉池的情况比有初沉池的情况稍好一些。 James Barnard 还认为，初沉池在最佳运行条件下不会去除大量可生物降解的 COD。

但采用初沉池+发酵模式时，出水中可溶性磷酸盐和总磷较其他两种情况有明显改善。 当无初沉池或仅有初沉池时，出水TP分别为2.0mg/L和1.9mg/L。 采用初沉+发酵模式时，出水TP可降至1mg/L。 这是由于初沉污泥在发酵过程中沉淀的颗粒状COD产生VFA促进生物除磷。

事实上，应用初沉污泥发酵开发内碳源的技术在欧美已很普遍。 近30年来，初沉污泥发酵技术已成功应用于北美、欧洲、南非、澳大利亚、新西兰等多个污水处理厂。 。

初滤截留的污泥与初沉污泥相似，由于停留时间较短，厌氧造成的COD损失较少。 Rusten对旋转带式过滤器对后续生物反硝化碳源的影响进行了深入研究。 研究结果表明，即使过滤孔径为33μm，旋转带式过滤器对生物反硝化也没有显着的负面影响。 在欧盟的SMART-Plant项目中，意大利的Carbonera污水处理厂已经开始尝试使用旋转带式过滤器来分离碳。 同时，分离出的初沉污泥进行发酵，产生碳源，用于后续生物处理。 必需的。

3.2 未来发展机会

毫无疑问，设置初沉池的弊端是显而易见的。 占地面积大、成本高是其主要缺点。 然而，由于初级过滤技术的持续实际成功，这种情况可能会改变。 一级过滤技术可在占地面积较小的情况下，降低生物处理能耗，提高生物处理效率。 同时，一级过滤技术大大降低了传统初沉池的建设成本。 由于生活污水处理厂布局已成型，没有多余土地可利用，如何提质增效成为不可回避的问题。 显然，新型初级处理技术的发展为目前的情况提供了值得借鉴的经验教训。 技术手段。

因此，重新思考基层治疗的问题、挑战和未来发展具有重要意义。 尽快启动初级过滤技术在我国污水处理领域的实践也是非常有必要的。 它不仅关系到当前污水处理质量和效率的提高，也关系到当前污水处理质量和效率的提高。 未来随着管网收集系统逐步完善，进水水质浓度逐渐升高，生物处理系统如何实现可持续发展。

4。结论

在追求污水集约化处理的背景下，污水一级处理领域出现了一些新的技术趋势。 过滤代替沉淀已成为技术发展的明显方向。 由于历史原因，我国绝大多数污水处理厂忽视一级处理，导致生物处理效率低下。 随着污水处理质量和效率的提高以及可持续发展的需求，初级过滤技术已成为我国污水的初级处理方法。 错失历史发展机遇后，新的曙光已经出现。