玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)

    随着淡水资源的日益短缺和需水量的不断增加，许多(duō)缺水城市和地區(qū)无新(xīn)的水源可(kě)开发利用(yòng)，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)污水的回收和再用(yòng)已成為(wèi)解决水资源短缺的有(yǒu)效措施之一。城市污水处理(lǐ)厂二级处理(lǐ)出水水量水质稳定、污染物(wù)含量较低(0．1％)，经常规的混凝．过滤．消毒工艺即可(kě)满足工业循环冷却水的要求，而这部分(fēn)用(yòng)水量占到了城市总需水量的1／3⋯ 。 
    纤维过滤是近年来发展起来的一种高效、经济的过滤和回用(yòng)技术，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)具有(yǒu)良好的过滤精度和运行稳定性 。本实验采用(yòng)的纤维过滤器以软性纤维束為(wèi)过滤介质，利用(yòng)了过滤水流和清洗水流压力和方向的变化，使纤维能(néng)在过滤时自动压紧，清洗时自动疏松，以达到污水回用(yòng)的目的。研究是在山(shān)东的某一城市污水厂开展的，对污水厂的二级出水进行了直接过滤回用(yòng)和絮凝、过滤回用(yòng)的研究。 
     材料和方法 
   2．1 实验材料：  维过滤器工作區(qū)内径為(wèi)300 mm，高1700 mm，允许工作压力小(xiǎo)于0．6 MPa，介质温度小(xiǎo)于60 。筒内安装有(yǒu)22条纺织成束的尼龙纤维，两端固定于筒内的花(huā)板之上。设有(yǒu)进水、出水、反冲洗进水、反冲洗出水、进气和排气6个通道，均可(kě)以通过阀门调节流量，安装有(yǒu)压力表，检测运行压力。 
   2．2 分(fēn)析方法：玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng) 水质指标根据國(guó)家环保局组织编写的《水和废水监测分(fēn)析方法》 进行检测。 
   3 结果和讨论 
  3.1 二级出水直接过滤 
    3．1．1 滤速和出水水质:    
   考虑到用(yòng)户用(yòng)水量的相对稳定和纤维过滤器操作简单的实际情况，对比了设备在不同滤速下的直接过滤出水水质情况。表1的数据说明纤维过滤器的滤速范围很(hěn)宽，在10、20、30 m／h的滤速下都具有(yǒu)良好的出水水质，出水SS均在10 mg／L以下，平均去除率在60％ 以上，滤速越小(xiǎo)，出水浓度越低。这是由于亲水性的低弹性、高蓬松的纤维束在水压下自动的扭转压缩，纤维丝紧密交错形成滤层。而压实區(qū)厚度只占整个滤层厚度的小(xiǎo)部分(fēn)，上部的滤料密实而下部的相对疏松，形成良好的滤料极配，使滤层具有(yǒu)空隙率高过滤阻力小(xiǎo)的优点，滤料比表面积增大、吸附性能(néng)改善、截污容量大大增加。即使在30 m／h的滤速下也能(néng)有(yǒu)效地截留水中的悬浮物(wù)，不致于因為(wèi)高速水流的剪切作用(yòng)而导致悬浮物(wù)穿透滤<BR>层。所以过滤周期的确定是以水流通过滤层时的水头损失达到0．06 MPa為(wèi)反冲洗的条件。<BR>    从表1中可(kě)以看到，滤速和过滤周期有(yǒu)明显的相关性，滤速越大，过滤周期越短。虽然在3种滤速下设备具有(yǒu)相等的产水量，但过滤周期的長(cháng)短影响设备反冲洗的自用(yòng)水量；而且在较小(xiǎo)的滤速下，更能(néng)发挥纤维滤层高截泥量的特点。因此，纤维过滤器最佳滤速的选取应根据当地的水源状况、用(yòng)水量的大小(xiǎo)等因素比较确定. 
    由于纤维过滤器对SS的截留，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)表现出对COD、BOD、TP、NTU、细菌也有(yǒu)一定的去除能(néng)力，去除率分(fēn)别达到了10％ ～80％ 、21％ ～50％ 、11％ 一81％ 、52％ ～85％和87％ ；但对NH 一N、硬度的去除没有(yǒu)作用(yòng)。对于回用(yòng)工业循环冷却水而言，COD、BOD、TP、NTU、细菌的降低可(kě)有(yǒu)效地控制磷酸钙垢和粘泥的累积，减小(xiǎo)了阻垢剂和杀菌剂的用(yòng)量H 。為(wèi)了验证过滤器的稳定性，选取任一运行周期进行跟踪检测(如图2所示)。由图2看出，进水SS、NTU在一定范围内波动，但出水的浓度均稳定在一个较低的数值。虽然随着过滤的进行，sS和NTU有(yǒu)轻微的上升趋势，但总體(tǐ)上对污染物(wù)的截留是有(yǒu)效的。而且进水浓度越高，去除率也越大。因此，纤维过滤替代传统的石英砂过滤回用(yòng)污水在技术上是可(kě)行的. 
  3．1．2 停运对产水的影响: 
   纤维过滤器具有(yǒu)操作简单、维护方便的优点，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)在设备停运时满水保存即可(kě)。但实验发现，设备在停止运行2 d后重新(xīn)启动，出水水质明显的恶化，并带有(yǒu)明显的污泥腐败的气味。由于原先被截留的悬浮物(wù)在滤层内发生了厌氧反应，污泥腐败变质，产生可(kě)溶性有(yǒu)机物(wù)和营养物(wù)，导致重新(xīn)运行后出水中的COD、BOD和TP的浓度大量升高，严重影响了用(yòng)水的安全性。因此，设备停运后的重新(xīn)启动应控制在被截留污泥发生厌氧反应之前，如果遇到長(cháng)期不运行，则应该清洗纤维滤料，并用(yòng)药剂洗涤处理(lǐ)后满水保存. 
  3．2 二级出水絮凝过滤<BR>    為(wèi)了进一步提高过滤出水的水质，保证用(yòng)水的安全性，研究了絮凝、过滤技术的回用(yòng)效果。实验在滤速20 m／h的工作条件下进行，药剂采用(yòng)水处理(lǐ)常用(yòng)的硫酸铝凝聚剂. 
 3．2．1 凝聚剂投量对出水水质的影响<BR>    药剂的用(yòng)量不仅影响出水的水质，同时也决定了水处理(lǐ)的费用(yòng)。為(wèi)了确定恰当的药剂投量，比较了0、10、20、30和40 mg硫酸铝／L投量下的运行效果。进水与药剂反应的时间為(wèi)20 min，以形成粒径较大的絮體(tǐ)。在20 m／h的滤速下，设备均连续运行8 h，出水水质為(wèi)取样分(fēn)析的平均值. 
  硫酸铝的投加改善了出水的水质，而且投量越大，SS、COD、TP和NTU等出水浓度也越低。这是因為(wèi)硫酸铝溶于水后，铝离子与水发生反应水解，并伴随有(yǒu)聚合反应，形成各种单核子和多(duō)核子络合物(wù)。由于大部分(fēn)的络合物(wù)表面带有(yǒu)正電(diàn)荷，原水中所含有(yǒu)的带负電(diàn)的悬浮粒子(胶體(tǐ)物(wù)质，水中SS、COD、玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)TP、NTU的组成部分(fēn))被其吸附，产生凝结作用(yòng)。当電(diàn)荷被中和后，悬浮粒子相互聚集形成絮體(tǐ)，并在络合物(wù)的联结下继续凝聚增大。对于具有(yǒu)良好过滤精度的纤维过滤而言，它们都能(néng)被有(yǒu)效的截留。因而宏观表现出SS、COD、TP和NTU去除率的提高，与直接过滤相比，在10 mg／L絮凝剂投量下，出水浓度分(fēn)别降低了2．2 mg／L、1 1 mgTL、0．2 mg／L和4．7 NTU。另外，由于1 mg／L硫酸铝能(néng)中和0．45 mg／L的碱度(以碳酸钙计)，因而硫酸铝的投加能(néng)降低出水的碱度。但对硬度和氨氮的去除没有(yǒu)影响. 
 3．2．2 药剂投量的确定< 
   如上文(wén)指出，药剂投量越大，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)出水中主要污染物(wù)的去除率也越高。但当投量大于10 mg／L时，去除率的改善趋于平缓(见图3)，因而药剂的投量应控制在10 ms／L。过大的投量不仅浪费药剂，而且会增加出水中硫酸根的浓度. 
    3．3 滤层的清洗: 
    滤料的反冲洗是恢复滤层截污容量，保证下一周期正常运行的关键，再生效果的好坏直接关系到过滤出水的水质优劣和运行周期的長(cháng)短。实验对比了单独水清洗和气水联合清洗的清洗效果. 
 3．3．1 单独水清洗:   
 反冲洗用(yòng)水直接取用(yòng)水厂的二级出水，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)反冲洗水流量和压力分(fēn)别控制在10～12 L／m ・s和0．1MPa，反冲洗持续了30 rain。结果发现虽然纤维滤层能(néng)在反冲洗水的顶托下被拉升而变得疏松，但通过对出水水质的检测，发现清洗的效果很(hěn)差。反冲洗水未能(néng)冲出纤维束截留的悬浮物(wù)，出水的水质几乎与进水水质相当。 
  3．3．2 气水联合清洗 
  為(wèi)了增加反冲洗體(tǐ)系对滤层的扰动作用(yòng)，采用(yòng)气水联合反冲洗的方式对滤层的清洗效果进行了考察。维持反冲洗水的参数不变，空气的流量和压力控制在60 L／m ・8和0．1 MPa。反冲洗过程以COD和ss為(wèi)主要考察对象，对出水中的污染物(wù)的含量进行实时的检测。图4為(wèi)反冲洗出水水质随时间的变化情况。 
     在冲洗的前期(0～10 min)，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng),原先被滤层截留的污染物(wù)大量地随反冲洗液排除體(tǐ)外，导致出水中的COD和ss含量骤然升高，出水也呈现明显黄色浑浊；而后期出水色度明显的下降，颜色逐渐变浅并最终与反冲洗进水一致，水中的污染物(wù)含量也随之下降，在10―30 min内，曲線(xiàn)均平缓下降。在30 min时，出水与进水水质相当，认為(wèi)清洗结束。由此可(kě)见，气水联合反冲洗与单独的水反冲洗相比，具有(yǒu)良好的清洗滤层的效果，并且反冲洗时间控制在30 min比较合适。另外，经计算设备的自用(yòng)水量仅為(wèi)产水量的1．7％ ，与传统的砂滤反冲洗相比具有(yǒu)明显的优势。当然，纤维过滤器在長(cháng)期运行后，在纤维束上可(kě)能(néng)积累大量有(yǒu)机物(wù)、油污、甚至是微生物(wù)，造成阻力增大，过滤精度下降，这时可(kě)用(yòng)2％NaOH溶液浸泡24 h，进行化學(xué)清洗 
 3．3．3 气水反冲洗工作原理(lǐ) 
  污水在通过密实的纤维滤料时，玻璃纤维过滤器在污水处理(lǐ)回用(yòng)的应用(yòng)悬浮物(wù)被截留累积增大并堵塞孔隙，甚至产生筛滤作用(yòng)而形成泥膜，使过滤阻力剧增。这时，应进行反冲洗恢复滤料的过滤性能(néng)。研究表明，反冲洗方式应根据进水的水质情况确定。在本研究中，污水厂的二级出水实际是一个分(fēn)散程度高的悬浊液和溶胶體(tǐ)系，含有(yǒu)大量的难降解有(yǒu)机物(wù) 。由于微粒杂质的粒径减小(xiǎo)，扩散常数增大，相应的与滤料的粘附强度增加，如果采用(yòng)单一的水反冲洗技术，由于其脱附能(néng)力有(yǒu)限，难以收到好的清洗效果。这就解释了本实验中采用(yòng)单一水清洗没有(yǒu)达到预期反冲效果的原因。而气水同时反冲洗有(yǒu)效地提高了平均速度梯度G值，G值越大，代表气水对滤料的剪切力越大，滤层清洗的效果也就越佳。纤维过滤器在气水反冲洗时，水流和气流将筒内的花(huā)板顶起，纤维束处于疏松状态，上升空气泡的振动能(néng)有(yǒu)效地将附着于滤料表面的污染物(wù)擦洗下来，而纤维束之间的碰撞摩擦使得清洗效果更佳，洗下的污染物(wù)立即被反冲洗水流带走，因而气水反冲洗不仅效率高，而且效果好. 
  4 结 论 
   采用(yòng)纤维过滤器对山(shān)东某一城市污水厂的二级出水进行了直接过滤和投加硫酸铝凝聚剂后再过滤的回用(yòng)的研究。结果表明，纤维过滤具有(yǒu)很(hěn)宽的滤速范围，在10～30 m／h的滤速下均能(néng)有(yǒu)效地去除水中的悬浮物(wù)和浊度，出水ss低于10 mg／L；而COD、BOD、TP、细菌的去除率分(fēn)别為(wèi)10％ 一80％ 、21％ 一50％ 、11％ 一81％ 和87％ 。投加硫酸铝聚凝剂能(néng)明显地改善出水的水质，试验表明聚凝剂的最佳投量為(wèi)10 mg／L。在此条件下，出水SS、COD、TP和NTU分(fēn)别降低了2．2 mg／L、11 mg／L、0．2 mg／L和4．7 NTU。通过单一水反冲洗和气水联合反冲洗的比较，认為(wèi)气水联合反冲洗是合适的清洗方式。在反冲洗水流量10～12 L／m ・s、水压0．1 MPa、空气流量60 L／m -s、气压0．1 MPa的条件下，冲洗30min即能(néng)有(yǒu)效地恢复纤维过滤器的过滤性能(néng).