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纤维束-微絮凝过滤工艺运行参数的探讨
发布时间发布时间:2020-08-24 11:05

  微絮凝过滤充分体现了深层滤料中的接触凝聚或絮凝作用。它实际是在混凝、过滤作用机理深入研究的基础上,将混凝与过滤过程有机集成一体,形成了当今水处理的高新技术系统。

  济南市水质净化二厂的再生水工程采用了纤维束—微絮凝过滤工艺,其出水水质符合GB/T18920-2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。与传统处理工艺相比,在投药量、产水量、制水成本等方面具有明显的经济效益。运行期间对该工艺的相关运行参数进行了细致、深刻的研究和分析,以便为该工艺的运行管理提供经验。

  济南市水质净化二厂采用先进的脱氮除磷双沟式氧化沟工艺,日处理污水20万吨。终沉池二级出水经提升泵提升后进入再生水系统, 在投加点加入混凝剂,经混和器混合均匀后,进入纤维束过滤器过滤,以进一步去除水中的悬浮物。纤维过滤器的出水经二氧化氯(ClO2)消毒后进入清水池,经外输泵加压进入中水管网中。工艺流程为:

  该工艺的核心设备是纤维束过滤器。它是一种结构先进、性能优良的过滤设备。滤料采用纤维束,它是一种新型的束状软填料,其滤料直径可达几十微米甚至几微米[2],并具有比表面积大,过滤阻力小等优点,解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题。微小的滤料直径,极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能,增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力,从而提高了过滤效率和截污容量。纤维束滤料的截污容量是石英砂滤料的3倍,是陶滤料的1.7倍;滤速是石英砂滤料的2~2.5倍,是陶滤料的1.5倍[2]。为了充分发挥纤维束滤料的特长,在纤维束滤料内设有水囊,水囊充一定量的水后,通过水囊对纤维束的挤压,使滤层沿水流方向的截面逐渐缩小,密度逐渐加大,相应滤层孔隙直径逐渐减小,实现了理想的深层过滤。当滤层被污染需要清洗再生时,可将水囊内的水排出,使纤维束处于放松状态,即可用气水方便的清洗。纤维束过滤器可有效去除水中的悬浮物,并对水中的有机物、胶体、铁、锰有明显的去除。它具有过滤速度快、精度高、截污容量大等优点,可广泛用于各种工业用水和生活用水及再生水的过滤处理。

  净化二厂的再生水系统进水采用了脱氮除磷氧化沟工艺的二级出水,进水水质稳定(SS≤30mg/L; BOD5≤8mg/L;CODcr≤50mg/L;氨氮≤1.5mg/L;TP≤2.0mg/L),为本研究提供了可靠的保证;纤维束滤料与滤床深度不变;采用上向流等速变水头过滤,滤速为15~40 m/h,水头损失穿透滤料标准设为0.10MPa;絮凝剂采用聚合氯化铝,根据经验投药量控制在1~10mg/L进行试验。ag真人线上平台在线

  过滤周期的长短主要由过滤器进水管和出水管之间的水头损失决定,而起始的水头损失小(仅为0.02 MPa左右,相应延长过滤周期)是纤维束过滤器的优点之一。此外,滤料与滤床深度一定时,滤速越大,颗粒污染物在滤床中向上迁移的越快,过滤周期也越短。六种滤速下,投药量为2 mg/L的试验结果见表1:

  实验表明,虽然滤速越小,过滤周期越长,但是滤速太小,相对应单位时段的产水量也减少;滤速太大,过滤周期缩短,反冲洗频繁,相对应的运行成本加大。滤速大于30 m/h,过滤周期明显缩短,出水水质变差;滤速小于25 m/h,虽然出水水质较好,但日产水量明显减少,不能充分发挥设备的效能。所以,在纤维束滤料与滤床深度不变的情况下,25~30 m/h是较佳的过滤滤速。

  投药量(本实验采用了聚合氯化铝)对过滤周期具有显著的影响。实践表明,聚合氯化铝稍低或稍高的投量均会显著影响出水水质和过滤周期,因此精确控制其最佳药投量是获得最佳过滤净化处理效能的关键。在滤速为30 m/h时,加药量与过滤周期的试验结果见表2。

  从上表可知,加药量≤1mg/L,虽然过滤周期较长,但是出水水质较差;加药量≥5mg/L,不但过滤周期明显缩短,而且出水水质较差。实验还发现,当加药量为≥5mg/L时,絮凝剂粘附纤维滤料,纤维束过滤器的反冲洗难度加大,待下次运行初始的水头损失加大。加药量为2mg/L和3mg/L,出水水质都很好,但从制水成本和过滤周期方面考虑,2mg/L是较为经济的投药量。所以,在纤维束—微絮凝过滤工艺中,在进水水质SS≤30mg/L时,较小的加药量(2 mg/L)能获得较好的出水水质(浊度≤5NTU)。

  纤维束过滤器采用了气水反冲洗方式,分三步进行:下向洗、上向洗、排气。在反冲洗过程中,风机流量为1200 m3/h,不进行调节;而调节进水流量,通过纤维束过滤器上的各阀门来完成。其中上向洗水的流量控制在60m3/h,否则,水流太大,会造成纤维束料坠上浮、纤维堆积,影响设备的运行;下向洗水的流量控制在120m3/h,能使滤床保持满水状态,若流量太大,排气水门出水太多,流量太小,滤床在冲洗过程中容易分层。对反冲洗各阶段的历时进行了四种模式的试验,数据见表3。

  采用以上四种反冲洗模式,待纤维束过滤器运行并至下次反冲洗时,各参数见表4。

  通过上表,可以看出试验三、四与试验一、二比较,运行初水头损失小,过滤周期长,达标产水量大,在一定时期内反冲洗次数少,耗能少;而实验四反冲洗历时长且耗水量大,因此试验三为最佳反冲洗模式。

  在滤料与滤床深度不变、进水水质(SS≤30mg/L;BOD5≤8mg/L;CODcr≤50mg/L;氨氮≤1.5mg/L;TP≤2.0mg/L)相对恒定的情况下,滤速控制在25~30 m/h,聚合氯化铝的投加量控制在2mg/L,就可以稳定运行36 h,出水水质满足GB/T18920-2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。

  采用下向洗历时10分钟、上向洗历时20分钟、排气历时3分钟的模式进行反冲洗,既能使纤维束过滤器处于良好的运行状态,又能有效地节约能耗,降低制水成本。

  [1] 栾兆坤,李科,雷鹏举 微絮凝-深床过滤理论与应用的研究[J] 环境科学, 1997,16(6):590-599

  陶俊杰 男 毕业于山东建筑工程学院给水排水专业,工程硕士、高级工程师,长期从事水处理工作,现任济南市水质净化二厂厂长。

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