摘要： 考察高速纤维过滤技术对污水处理厂二级出水的深度处理效果， 以及研究在不同加药量、 滤速条件下的处理效果。 结果表明， 该污水处理厂的深度处理工艺宜采用混凝沉淀-过滤工艺; PAC投加量应保证 Al与污水中TP 的质量比不低于4.4; 在滤速为25.00 ~ 41.67 m / h 时， 高速纤维过滤塔的水头损失在 0.003 ~ 0.005 MPa 范围波动; 处理出水 TP 质量浓度基本在 0.5 mg / L 以下， 高速纤维过滤塔对 SS 的去除率基本在 90% 以上。 混凝沉淀和高速纤维过滤技术可作为该污水处理厂提标扩建的深度处理工艺。
关键词： 高速纤维过滤技术; 城镇污水厂; 提标改造
随着国家对城镇污水厂的排放标准规定愈加严格, 大多数城镇污水厂原执行 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级 B 标准, 现要求执行 GB 18918—2002 中一级 A 标准, 提标改造已成为污水厂满足愈发严格的出水排放标准的必然选择之一。 污水深度处理工艺常采用混凝、 沉淀、 过滤、 臭氧氧化等[1-4], 其中过滤是关键技术。过滤通过截留和筛滤等作用, 去除二级出水中生物絮体和胶体物质, 降低水中悬浮颗粒, 并可协同去除颗粒态存在的有机物与 TP, 常作为深度处理的最后处理步骤[5]。
南方某城镇污水厂一期工艺为 CASS 工艺, 处理水量为 1 × 10 4 m3 / d, 处理出水执行 GB 18918— 2002 一级 B 标准。 该污水厂二期进行提标扩建, 处理水量提高到 3 × 10 4 m3 / d, 处理出水执行 GB 18918—2002 一级 A 标准。 该污水厂有工业废水排入, 进水 CODCr 和 TP 浓度较高, 导致出水 TP 浓度经常不能达到 GB 18918—2002 的一级 A 标准; 同时, 该污水厂扩建用地面积有限。 本研究针对该污水厂二级处理出水水质, 采用新型高速纤维过滤技术进行中试研究, 考察其深度处理效果和技术可行性, 为该污水厂提标扩建提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验水质
试验用水为污水厂二级处理出水, 其中 CODCr 质量浓度为 19 ~ 45 mg / L, TP 质量浓度为 0.6 ~ 2.5 mg / L, SS 质量浓度为 2.8 ~ 13.2 mg / L。
1.2 中试试验装置
进水泵 1 台, Q = 18 m3 / h; 管道混合器 1 套, Q = 12 m3 / h, 2 个加药口; PAC 加药系统和 PAM 加药系统各 1 套; 混凝反应池 1 个, 有效容积为 2 m3, 配搅拌器; 竖流沉淀池 1 个, 尺寸为 1.27 m × 1.43 m; 高速纤维过滤塔 1 套, 材质不锈钢, 滤料层厚度为 1 m, 设计处理能力为 200 m3 / d, 设计滤速为 41.67 m/ h。 试验工艺流程如图 1 所示。
高速纤维过滤塔采用特殊加工的柱状颗粒纤维滤料, 具有颗粒滤料比表面积大和纤维滤料轻的优点, 相对密度为 1.36 ~ 1.40, 孔隙率约为 93%。 与 V 型滤池、 滤布滤池、 转盘过滤器以及 D 型滤池等[6-12] 相比较, 该高速纤维过滤塔可实现深层过滤, 过滤水头损失为 0.3 ~ 1.0 m。 滤速可高达 41.67 m/ h, 处理水量大, 占地面积小。
1.3 试验方法
(1) SS 粒径分布和 TP 测定。 分别用 10、 5、 1 和 0.45 μm 尼龙过滤膜过滤原水水样, 分析原水中SS 粒径分布, 以及原水中 TP 和溶解性 TP(0.45 μm 滤液)情况。
(2) 混凝试验。 在实验室条件下, 分别向 500 mL 试验原水中投加 15、 25、 35、 45 mg /L 的 PAC 以及 0.5 mg / L 的 PAM, 反应完成后静置 15 min, 测试上清液中 TP 和溶解性 TP, 选择能将溶解性 TP 质量浓度降低至 0.5 mg / L 的 PAC 投加量。
(3) 中试动态试验。 根据烧杯混凝试验确定的 PAC 的最佳投加量, 动态试验中研究加药量、 过滤速度对处理效果的影响, 以及考察在高速过滤状态下, 过滤装置的水头损失情况。 滤速设定为 25.00、 33.33、 41.67、 50.00、 62.50 m / h 的情况下, 分别将试验原水连续通入过滤塔中, 过滤塔连续运行 72 h, 分析原水中 COD、 TP、 SS 去除情况, 确定动态试验中过滤塔的适宜滤速。
在 6 个月的连续运行试验中, 每天设定某一固定时间反冲洗, 或者超过警戒值对过滤塔反冲洗。反冲洗时, 气水联合冲洗 900 s, 水洗 300 s。 水反冲洗强度为 0.5 m 3 / (m 2·min), 气反冲洗强度为 1.6 m3 / (m2·min)。
1.4 分析方法
TP 采用钼酸铵分光光度法, SS 采用重量法。
2 结果与讨论
2.1 SS 粒径分布和 TP 测定
原水中 SS 粒径分布测定结果表明, SS 粒径小于 1μm 的占 33.71%, 在 1 ~ 5μm 之间的占 31.16%, 在 5 ~ 10 μm 之间的占 20.40%, 大于 10 μm 的占 14.73%。 试验原水中 SS 的粒径主要集中在 10 μm 以下, 约占 85.27%。 试验原水中 TP 与溶解性 TP 的浓度如图 2 所示。
相关知识推荐：污水处理相关的论文投稿期刊
试验原水中 TP 质量浓度为 0.56 ~ 1.39 mg / L, 而溶解性 TP 质量浓度为 0.36 ~ 1.18 mg / L, 溶解性TP 约占原水TP的 50% ~ 98%; 当出水 TP 浓度低时, 溶解性 TP 所占比例高, 这是因为过滤是物理截留作用, 对溶解性污染物的去除效果不高。 该污水厂提标改造的主要目标是除磷, 因此, 本污水厂二级处理出水单独采用过滤处理不能使出水 TP 质量浓度达到低于 0.5 mg / L 的要求, 应采用混凝沉淀-高速纤维过滤的组合工艺。
2.2 单独过滤对污染物去除效果
在未进行混凝沉淀处理的情况下, 高速纤维过滤不同滤速对出水水质的影响如表 1 所示。
由表 1 可看出, 高速纤维过滤对 COD、 SS 及 TP 具有一定的去除效果; 随着滤速的增加, 过滤效果略微下降。 单一的过滤过程对 TP 的去除效果不佳, 需要与混凝沉淀工艺联用以保证 TP 的去除效果。 为了满足稳定的处理效果和处理水量, 中试试验宜采用不超过 1 000 m / d 滤速进行试验。
2.3 混凝剂的最佳投加量的确定
烧杯混凝试验结果如图 3 所示。
由图 3 可见, 随着 PAC 投加量的增加, 混凝沉淀后的上清液中 TP 和溶解性 TP 均呈下降趋势。当 PAC 投加量为 25 mg / L, 即 Al 与污水中 TP 的质量比为 3.1 时, 上清液中 TP 质量浓度大于 0.5mg / L。 当 PAC 投加量为 35 mg / L, 即 Al 与污水中 TP 的质量比为 4.4 时, 上清液中 TP 和溶解性 TP 的质量浓度均在 0.5 mg / L 以下。 因此, 在进行中试动态试验时, PAC 投加量满足 Al 与污水中 TP 的质量比不小于 4.4。
2.4 水头损失
在进行混凝沉淀-高速纤维过滤的中试试验中, 过滤塔的水头损失情况如图 4 所示。
当滤速为 41.67 m / h 时, 过滤装置的水头损失基本在 0.004 ~ 0.005 MPa 范围波动, 期间出现的跃变为反冲洗时间数据; 当滤速为 33.33 m / h 时, 水头损失在 0.003 ~ 0.004 MPa 范围波动; 当滤速调整为 25 m / h 时, 水头损失在 0.002 ~ 0.003 MPa 范围波动。 可以看出, 即使混凝沉淀出水含有较高的悬浮物, 过滤过程中的过滤阻力仍一直处于较低值。 随着滤速的提高, 中试装置的水头损失也随着增大; 但是随运行时间的延长, 水头损失仍在一定范围内波动, 没有增大。 过滤过程中截留悬浮物是过滤塔水头损失增加的主要原因。 水头损失与滤速呈正比关系, 而与过滤时间并不呈明显的正比关系。 这可能与纤维滤料孔隙率大且形状系数小有关[13]; 同时该颗粒滤料相对密度小, 在过滤过程中呈悬浮状态, 有利于反冲洗将截留悬浮物洗脱, 也有助于减缓过滤过程中水头损失累积。
2.5 TP 和 SS 的去除情况
当滤速为 25 m / h 时, 中试装置对 TP 的去除情况如图 5 所示。
PAC 投加量根据中试装置进水中 TP 质量浓度进行调整, 在 24 ~ 80 mg / L 波动。 由图 5 可以看出, 当进水 TP 质量浓度为 2 mg / L 左右时, 最终出水 TP 质量浓度基本在 0.1 ~ 0.3 mg / L; 当进水TP 质量浓度为 1 mg / L 左右时, 最终出水 TP 质量浓度接近 0.5 mg / L。 进水 TP 浓度高时, 污水中非溶解性 TP 浓度也相对较高, 混凝过程中更易形成絮凝体, 有助于过滤单元截留。 因此, 为保证处理出水能够达到 GB 18918—2002 中一级 A 标准, 在进水 TP 浓度较低时, PAC 投加量应保证 Al 与污水中 TP 的质量比大于 4.4。
当滤速为 25 m / h 时, 高速纤维过滤塔对 SS 的去除情况如图 6 所示。
高速纤维过滤塔对 SS 的去除率基本在 90% 以上, 大部分出水 SS 质量浓度低于 1 mg / L。 通过混凝沉淀作用, 部分溶解性 TP 转化为非溶解性 TP, 高速纤维过滤塔对 SS 的良好去除效果有助于提高中试装置对 TP 的去除率。
3 结论
(1) 通过分析可知, 某城镇污水厂二级处理出水中 SS 粒径大部分在 10μm 以下, 约占 85.27%; TP 主要形态为溶解性 TP。
(2) 在未进行混凝处理时, 高速纤维过滤塔对 COD、 SS 及 TP 具有一定的去除效果, 且滤速增加, 过滤效果下降。 单独过滤不能满足出水 TP 质量浓度小于 0.5 mg / L 的要求。
(3) 在混凝试验中, PAC 投加量应保证 Al 与污水中 TP 的质量比大于 4.4, 即 PAC(30%氧化铝) 投加量与污水中 TP 的质量比不低于 27.56, 此时, 上清液中 TP 质量浓度小于 0.5 mg / L。
(4) 采用混凝沉淀-过滤工艺进行连续动态试验, 在滤速为 25.00 ~ 41.67 m / h 时, 高速纤维过滤塔的水头损失一直维持在较低值, 不会随着过滤时间延长而快速增长。 并且当滤速为 25 m / h 时, 高速纤维过滤塔对 SS 的去除率基本不低于 90%。——论文作者：易莹 1, 王知兵 1, 周艳伟 1, 胡百九 2, 杨昌达 1, 毛海荣 1, 张捷 2
参考文献：
[1] 单连斌, 王允妹. 沈阳市城市污水处理厂现状及提标改造技术对策分析[J]. 环境保护科学, 2017, 43(2): 19-23.
[2] 关伟, 郭会平, 赵学洋, 等. 我国城市污水处理现状及城市污水处理厂提标改造路径分析[J]. 辽宁大学学报(自然科学版), 2015, 42(4): 378-384.
[3] 刘亦凡, 陈涛, 李军. 中国城镇污水处理厂提标改造工艺及运行案例[J]. 中国给水排水, 2016, 32(16): 36-41.
[4] 杨磊三, 李骏飞, 余涛, 等. 广州新华污水处理厂提标改造工程设计[J]. 中国给水排水, 2016, 32(8): 47-50.
[5] 陆东平, 梁汀, 沈晓铃. 城市污水处理厂深度处理过滤工艺设计探讨[J]. 中国给水排水, 2013, 29(12): 22-24.
[6] 李大成. 4 万吨 /天改良 A 2 /O/V 型滤池工艺在城镇污水处理厂的应用[J]. 广东化工, 2014, 41(6): 125-126.
[7] 高宗仁, 李健平. A 2 /O 生化池与纤维转盘滤池工艺的设计与运行分析[J]. 给水排水, 2016, 42(5): 13-15.
[8] 李亚峰, 任晶, 杨继刚. A 2 /O 氧化沟-纤维转盘滤池工艺处理城市污水[J]. 工业水处理, 2013, 33(4): 79-81.
[9] 刘振, 鲍广洲, 王松, 等. AAO 氧化沟 /纤维转盘滤池用于污水厂改扩建[J]. 中国给水排水, 2017, 33(22): 67-70.
[10] 林佳俊. D 型滤池在北海市铁山港 5 万 m3 / d 给水厂工程中的应用[J]. 企业科技与发展, 2014, (21): 37-39. [11] 张海斌, 童胜. 浅谈 V 型滤池的工艺设计[J]. 工业安全与环保, 2009, 35(1): 24-26.
[12] 董淑贤, 张志军. 高密度沉淀池-V 型滤池工艺再生水厂的设计与运行[J]. 工业用水与废水, 2010, 41(4): 83-85.
[13] 王帅强, 程方, 纪少新, 等. 纤维过滤处理渤海海水的效能研究[J]. 水处理技术, 2014, 40(9): 105-111.
