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摘 要： 摘要： 考察高速纖維過濾技術對污水處理廠二級出水的深度處理效果， 以及研究在不同加藥量、 濾速條件下的處理效果。 結果表明， 該污水處理廠的深度處理工藝宜采用混凝沉淀-過濾工藝; PAC投加量應保證 Al與污水中TP 的質量比不低于4.4; 在濾速為25.00 ~ 41.67 m / h
摘要： 考察高速纖維過濾技術對污水處理廠二級出水的深度處理效果， 以及研究在不同加藥量、 濾速條件下的處理效果。 結果表明， 該污水處理廠的深度處理工藝宜采用混凝沉淀-過濾工藝; PAC投加量應保證 Al與污水中TP 的質量比不低于4.4; 在濾速為25.00 ~ 41.67 m / h 時， 高速纖維過濾塔的水頭損失在 0.003 ~ 0.005 MPa 范圍波動; 處理出水 TP 質量濃度基本在 0.5 mg / L 以下， 高速纖維過濾塔對 SS 的去除率基本在 90% 以上。 混凝沉淀和高速纖維過濾技術可作為該污水處理廠提標擴建的深度處理工藝。
關鍵詞： 高速纖維過濾技術; 城鎮污水廠; 提標改造
隨著國家對城鎮污水廠的排放標準規定愈加嚴格, 大多數城鎮污水廠原執行 GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級 B 標準, 現要求執行 GB 18918—2002 中一級 A 標準, 提標改造已成為污水廠滿足愈發嚴格的出水排放標準的必然選擇之一。 污水深度處理工藝常采用混凝、 沉淀、 過濾、 臭氧氧化等[1-4], 其中過濾是關鍵技術。過濾通過截留和篩濾等作用, 去除二級出水中生物絮體和膠體物質, 降低水中懸浮顆粒, 并可協同去除顆粒態存在的有機物與 TP, 常作為深度處理的最后處理步驟[5]。
南方某城鎮污水廠一期工藝為 CASS 工藝, 處理水量為 1 × 10 4 m3 / d, 處理出水執行 GB 18918— 2002 一級 B 標準。 該污水廠二期進行提標擴建, 處理水量提高到 3 × 10 4 m3 / d, 處理出水執行 GB 18918—2002 一級 A 標準。 該污水廠有工業廢水排入, 進水 CODCr 和 TP 濃度較高, 導致出水 TP 濃度經常不能達到 GB 18918—2002 的一級 A 標準; 同時, 該污水廠擴建用地面積有限。 本研究針對該污水廠二級處理出水水質, 采用新型高速纖維過濾技術進行中試研究, 考察其深度處理效果和技術可行性, 為該污水廠提標擴建提供技術支撐。
1 材料與方法
1.1 試驗水質
試驗用水為污水廠二級處理出水, 其中 CODCr 質量濃度為 19 ~ 45 mg / L, TP 質量濃度為 0.6 ~ 2.5 mg / L, SS 質量濃度為 2.8 ~ 13.2 mg / L。
1.2 中試試驗裝置
進水泵 1 臺, Q = 18 m3 / h; 管道混合器 1 套, Q = 12 m3 / h, 2 個加藥口; PAC 加藥系統和 PAM 加藥系統各 1 套; 混凝反應池 1 個, 有效容積為 2 m3, 配攪拌器; 豎流沉淀池 1 個, 尺寸為 1.27 m × 1.43 m; 高速纖維過濾塔 1 套, 材質不銹鋼, 濾料層厚度為 1 m, 設計處理能力為 200 m3 / d, 設計濾速為 41.67 m/ h。 試驗工藝流程如圖 1 所示。
高速纖維過濾塔采用特殊加工的柱狀顆粒纖維濾料, 具有顆粒濾料比表面積大和纖維濾料輕的優點, 相對密度為 1.36 ~ 1.40, 孔隙率約為 93%。 與 V 型濾池、 濾布濾池、 轉盤過濾器以及 D 型濾池等[6-12] 相比較, 該高速纖維過濾塔可實現深層過濾, 過濾水頭損失為 0.3 ~ 1.0 m。 濾速可高達 41.67 m/ h, 處理水量大, 占地面積小。
1.3 試驗方法
(1) SS 粒徑分布和 TP 測定。 分別用 10、 5、 1 和 0.45 μm 尼龍過濾膜過濾原水水樣, 分析原水中SS 粒徑分布, 以及原水中 TP 和溶解性 TP(0.45 μm 濾液)情況。
(2) 混凝試驗。 在實驗室條件下, 分別向 500 mL 試驗原水中投加 15、 25、 35、 45 mg /L 的 PAC 以及 0.5 mg / L 的 PAM, 反應完成后靜置 15 min, 測試上清液中 TP 和溶解性 TP, 選擇能將溶解性 TP 質量濃度降低至 0.5 mg / L 的 PAC 投加量。
(3) 中試動態試驗。 根據燒杯混凝試驗確定的 PAC 的最佳投加量, 動態試驗中研究加藥量、 過濾速度對處理效果的影響, 以及考察在高速過濾狀態下, 過濾裝置的水頭損失情況。 濾速設定為 25.00、 33.33、 41.67、 50.00、 62.50 m / h 的情況下, 分別將試驗原水連續通入過濾塔中, 過濾塔連續運行 72 h, 分析原水中 COD、 TP、 SS 去除情況, 確定動態試驗中過濾塔的適宜濾速。
在 6 個月的連續運行試驗中, 每天設定某一固定時間反沖洗, 或者超過警戒值對過濾塔反沖洗。反沖洗時, 氣水聯合沖洗 900 s, 水洗 300 s。 水反沖洗強度為 0.5 m 3 / (m 2·min), 氣反沖洗強度為 1.6 m3 / (m2·min)。
1.4 分析方法
TP 采用鉬酸銨分光光度法, SS 采用重量法。
2 結果與討論
2.1 SS 粒徑分布和 TP 測定
原水中 SS 粒徑分布測定結果表明, SS 粒徑小于 1μm 的占 33.71%, 在 1 ~ 5μm 之間的占 31.16%, 在 5 ~ 10 μm 之間的占 20.40%, 大于 10 μm 的占 14.73%。 試驗原水中 SS 的粒徑主要集中在 10 μm 以下, 約占 85.27%。 試驗原水中 TP 與溶解性 TP 的濃度如圖 2 所示。
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試驗原水中 TP 質量濃度為 0.56 ~ 1.39 mg / L, 而溶解性 TP 質量濃度為 0.36 ~ 1.18 mg / L, 溶解性TP 約占原水TP的 50% ~ 98%; 當出水 TP 濃度低時, 溶解性 TP 所占比例高, 這是因為過濾是物理截留作用, 對溶解性污染物的去除效果不高。 該污水廠提標改造的主要目標是除磷, 因此, 本污水廠二級處理出水單獨采用過濾處理不能使出水 TP 質量濃度達到低于 0.5 mg / L 的要求, 應采用混凝沉淀-高速纖維過濾的組合工藝。
2.2 單獨過濾對污染物去除效果
在未進行混凝沉淀處理的情況下, 高速纖維過濾不同濾速對出水水質的影響如表 1 所示。
由表 1 可看出, 高速纖維過濾對 COD、 SS 及 TP 具有一定的去除效果; 隨著濾速的增加, 過濾效果略微下降。 單一的過濾過程對 TP 的去除效果不佳, 需要與混凝沉淀工藝聯用以保證 TP 的去除效果。 為了滿足穩定的處理效果和處理水量, 中試試驗宜采用不超過 1 000 m / d 濾速進行試驗。
2.3 混凝劑的最佳投加量的確定
燒杯混凝試驗結果如圖 3 所示。
由圖 3 可見, 隨著 PAC 投加量的增加, 混凝沉淀后的上清液中 TP 和溶解性 TP 均呈下降趨勢。當 PAC 投加量為 25 mg / L, 即 Al 與污水中 TP 的質量比為 3.1 時, 上清液中 TP 質量濃度大于 0.5mg / L。 當 PAC 投加量為 35 mg / L, 即 Al 與污水中 TP 的質量比為 4.4 時, 上清液中 TP 和溶解性 TP 的質量濃度均在 0.5 mg / L 以下。 因此, 在進行中試動態試驗時, PAC 投加量滿足 Al 與污水中 TP 的質量比不小于 4.4。
2.4 水頭損失
在進行混凝沉淀-高速纖維過濾的中試試驗中, 過濾塔的水頭損失情況如圖 4 所示。
當濾速為 41.67 m / h 時, 過濾裝置的水頭損失基本在 0.004 ~ 0.005 MPa 范圍波動, 期間出現的躍變為反沖洗時間數據; 當濾速為 33.33 m / h 時, 水頭損失在 0.003 ~ 0.004 MPa 范圍波動; 當濾速調整為 25 m / h 時, 水頭損失在 0.002 ~ 0.003 MPa 范圍波動。 可以看出, 即使混凝沉淀出水含有較高的懸浮物, 過濾過程中的過濾阻力仍一直處于較低值。 隨著濾速的提高, 中試裝置的水頭損失也隨著增大; 但是隨運行時間的延長, 水頭損失仍在一定范圍內波動, 沒有增大。 過濾過程中截留懸浮物是過濾塔水頭損失增加的主要原因。 水頭損失與濾速呈正比關系, 而與過濾時間并不呈明顯的正比關系。 這可能與纖維濾料孔隙率大且形狀系數小有關[13]; 同時該顆粒濾料相對密度小, 在過濾過程中呈懸浮狀態, 有利于反沖洗將截留懸浮物洗脫, 也有助于減緩過濾過程中水頭損失累積。
2.5 TP 和 SS 的去除情況
當濾速為 25 m / h 時, 中試裝置對 TP 的去除情況如圖 5 所示。
PAC 投加量根據中試裝置進水中 TP 質量濃度進行調整, 在 24 ~ 80 mg / L 波動。 由圖 5 可以看出, 當進水 TP 質量濃度為 2 mg / L 左右時, 最終出水 TP 質量濃度基本在 0.1 ~ 0.3 mg / L; 當進水TP 質量濃度為 1 mg / L 左右時, 最終出水 TP 質量濃度接近 0.5 mg / L。 進水 TP 濃度高時, 污水中非溶解性 TP 濃度也相對較高, 混凝過程中更易形成絮凝體, 有助于過濾單元截留。 因此, 為保證處理出水能夠達到 GB 18918—2002 中一級 A 標準, 在進水 TP 濃度較低時, PAC 投加量應保證 Al 與污水中 TP 的質量比大于 4.4。
當濾速為 25 m / h 時, 高速纖維過濾塔對 SS 的去除情況如圖 6 所示。
高速纖維過濾塔對 SS 的去除率基本在 90% 以上, 大部分出水 SS 質量濃度低于 1 mg / L。 通過混凝沉淀作用, 部分溶解性 TP 轉化為非溶解性 TP, 高速纖維過濾塔對 SS 的良好去除效果有助于提高中試裝置對 TP 的去除率。
3 結論
(1) 通過分析可知, 某城鎮污水廠二級處理出水中 SS 粒徑大部分在 10μm 以下, 約占 85.27%; TP 主要形態為溶解性 TP。
(2) 在未進行混凝處理時, 高速纖維過濾塔對 COD、 SS 及 TP 具有一定的去除效果, 且濾速增加, 過濾效果下降。 單獨過濾不能滿足出水 TP 質量濃度小于 0.5 mg / L 的要求。
(3) 在混凝試驗中, PAC 投加量應保證 Al 與污水中 TP 的質量比大于 4.4, 即 PAC(30%氧化鋁) 投加量與污水中 TP 的質量比不低于 27.56, 此時, 上清液中 TP 質量濃度小于 0.5 mg / L。
(4) 采用混凝沉淀-過濾工藝進行連續動態試驗, 在濾速為 25.00 ~ 41.67 m / h 時, 高速纖維過濾塔的水頭損失一直維持在較低值, 不會隨著過濾時間延長而快速增長。 并且當濾速為 25 m / h 時, 高速纖維過濾塔對 SS 的去除率基本不低于 90%。——論文作者：易瑩 1, 王知兵 1, 周艷偉 1, 胡百九 2, 楊昌達 1, 毛海榮 1, 張捷 2
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