纤维束过滤器用于石化废水的回用处理
摘 要：随着二沉池出水浊度的由小变大则对浊度和COD的总去除率也逐渐变大，但存在着低浊度情况下出水COD反而偏高的现象，其原因是通常二沉池出水具有非溶解性COD所占比例相对较高的特点，但在低浊度时水中悬浮物较少，而溶解性COD比例较大。
1 工艺流程
目前，水资源短缺已成为经济发展的瓶颈，而废水回用是解决水资源紧缺最方便、有效的方法之一。在总结以往试验结果的基础上，天津石化公司建成了以纤维束过滤器为核心工艺的废水回用水质深度处理装置，其流程见图1。
该系统的原水为化工、化纤等厂的生产废水和生活污水的二级处理(主体工艺为UNOX纯氧曝气活性污泥法)出水，其COD为40～100mg/L，浊度为5～30NTU。
过滤器把出水浊度和水头损失作为控制指标，同时测定COD。该系统的出水一部分用于冲厕或浇灌绿地，一部分用作循环冷却补水(COD＜40mg/L，浊度＜5NTU，pH=6～9)。
针对二沉池出水水质存在一定波动性的情况选取了有代表性的25个完整的过滤周期，按照浊度＜10NTU、10～15NTU、＞15NTU分低、中、高三个档次分别进行讨论。
2 结果及分析
①低浊度时
运行结果表明(共6个周期)，在二沉池出水浊度较低的情况下，不投加絮凝剂而直接用过滤器过滤即可使出水水质达到回用要求，如当二沉池出水的平均浊度为8.6NTU时，直接过滤出水的平均浊度为2.0NTU，过滤周期可达24h(过滤周期终点的出水浊度为3.7NTU)；当二沉池出水浊度＜5NTU时，在保证出水浊度(＜2NTU)低于回用标准的条件下过滤器可连续运行48h以上并仍有明显的去浊效果，且水头损失仍未达到0.08MPa的极限值。
在二沉池出水浊度较低的情况下还进行了投加或不投加絮凝剂两种运行状况的对比。当二沉池出水水质相近时，周期1(投加絮凝剂9.6mg/L，以Al2O3计，下同)和周期2(未投加絮凝剂)的出水水质无显著差异，但周期3(絮凝剂投量为4.8mg/L)的出水水质有明显改善，这说明当二沉池出水浊度较低时须严格控制投药量，投药量过多不仅增加了运行费用，还可能因絮凝剂自身再吸附而影响出水水质。
为了比较低浊度情况下系统对COD的去除效果，在周期1和周期2的运行过程中还对COD进行了检测。结果表明，因二沉池出水的COD值一般较低，所以无论投药与否滤后水的COD值均能达到回用要求，但投加絮凝剂可使整个处理系统对COD的去除率比不投加絮凝剂的提高5%。
②中浊度时
在生产厂排污相对稳定、污水处理装置基本满负荷运行时，二沉池出水处于中浊度的情况较多，此时二沉池出水的浊度为10～15 NTU，COD为40～80mg/L。在此条件下进行了不投药(4个周期)、低投药量(7个周期)和高投药量(3个周期)的试验。结果表明，不投药时的平均浊度去除率为71.0%，比总平均浊度去除率低8.2%，过滤出水的平均浊度为3.3NTU(比总平均值高0.8NTU)；投药时对浊度的平均去除率为81.8%，过滤出水的浊度平均值只有2.2NTU，这说明适当投加絮凝剂有助于去除水中的悬浮物而降低其浊度。
投药量在5.0～10.0mg/L之间的7个运行周期的出水浊度平均值为1.7NTU，总平均浊度去除率达到了86.6%；而投药量＞10.0mg/L的3个运行周期的出水浊度平均值为3.4NTU，总平均浊度去除率只有68.2%，这说明投药量过大反而产生负效应，所以在二沉池出水为中浊度的情况下一定要严格控制絮凝剂的投量。从过滤周期来看，14个周期的平均运行时间为22.5h，其中不投药时的平均运行时间为21h，投药量＜10.0mg/L时的平均运行时间为24h，投药量＞10.0mg/L时的平均运行时间为20.8h。可见，适量投加絮凝剂有助于延长过滤器的运行时间。
运行中发现，投加絮凝剂时浊度的去除主要由沉淀池承担，即总去除率(81.8%)中的59.5%由沉淀池承担，过滤器只去除其余的22.3%；不投加絮凝剂时，浊度的去除主要由过滤器承担，即总去除率(71.0%)中的18.4%由沉淀池承担，过滤则去除其余的52.6%。产生上述现象的原因是二沉池出水为中浊度时，其悬浮物较多且含有大量胶体状物质，若不投加絮凝剂则在水流经沉淀池时只有少量大颗粒悬浮物被去除，大部分需要在过滤器中被去除。
尽管过滤器可有效地吸附截留水中的悬浮物，但稳定在水中的较小的胶体颗粒随着水流会向纤维滤料深层转移，直至穿透。因此，虽然直接过滤对浊度的去除率不算低，但出水浊度仍较高且过滤周期偏短。在运行时适量投加絮凝剂后，二沉池出水中的大部分胶体及其他悬浮杂质会在絮凝剂的作用下形成大颗粒矾花在沉淀池中去除，这就减轻了过滤器的负担，从而既保证了出水浊度较低，又延长了过滤周期。
为了解整个系统对COD的去除规律，笔者对其中五个周期的COD进行了检测，结果表明经混凝、沉淀、过滤处理后，整个工艺对COD的总平均去除率达48.2%，其中沉淀池对COD的平均去除率为33.2%，过滤器对COD的平均去除率为15.0%。二沉池出水COD的平均值为60.8mg/L，经混凝沉淀后其值降至40.3mg/L，最终过滤出水COD的平均值为31.2mg/L，满足回用要求。同时还可知，在加药运行时COD的去除同样主要由沉淀池承担，这是由于水中的COD大部分以非溶解状态存在，投加絮凝剂后其随着絮凝体在沉淀池中沉淀而被去除，从而减轻了过滤器的负担，在过滤周期较长的情况下还能保证出水COD达标。
③高浊度时
当平均进水浊度＞15NTU、COD为70～100mg/L时，必须进行混凝、沉淀、过滤处理。结果表明，在絮凝剂平均投量为15.6mg/L时该处理系统对浊度的平均去除率高达91.9%(沉淀池和过滤器的去除率分别为72.9%和19.0%)。可见在二沉池出水浊度高时，沉淀池起着至关重要的作用，即二沉池出水中的绝大部分悬浮物在沉淀池内经沉降去除，而过滤器起到了保证出水水质最终达标的作用。
运行中发现，斜管沉淀池在运行初期对悬浮物的去除效果非常明显，反应池中形成的许多大片矾花在沉淀池中的沉降效率极高，沉淀池出水清澈见底、斜管清晰可见。随着运行时间的延长(一般超过16h后)则会出现越来越多的斜管被絮凝体堵塞的现象，随之而来的便是沉淀池表面出现大量不能沉降下去的矾花。这些矾花随着沉淀池出水进入过滤器，加大了过滤器的负担，并最终导致过滤运行因出水浊度超标而结束。
其主要原因是在二沉池出水浊度高的情况下，投药后水中形成了很多沉降性能较差的絮凝体，由于斜管沉淀池的形式为逆向流，故沉淀池运行一段时间后这些沉降性能较差的絮凝体就会充盈沉淀池的集泥槽，同时堵塞部分斜管的下部进水端，于是其他斜管中的上向水流速度就会大于设计值，从而把原应下向沉降的絮凝体带上来，形成沉淀池翻泥现象。混有大量絮凝体的沉淀池出水进入过滤泵后，高速旋转的叶轮会将絮凝体打碎，使之又成为水中稳定存在的小悬浮颗粒，结果导致过滤出水浊度变大。几经摸索，技术人员终于找到了解决这一问题的方法，即将沉淀池的间隔排泥方式改为连续排泥，且要在连续运行48h后将沉淀池放空一次，同时冲洗掉斜管表面积存的絮凝体块。
二沉池出水浊度高时，COD值也比前两种情况的高。检测(5个周期)结果表明，当二沉池出水浊度高时整个处理系统对COD的去除效率比前两种情况的高，如二沉池出水COD平均为81.2mg/L，沉淀出水COD平均为59.6mg/L，过滤出水的为36.1mg/L，符合回用水水质要求。整个系统对COD的总去除率达到了55.5%，其中沉淀池对COD的去除率为26.4%、过滤器对COD的去除率为29.1%，这说明沉淀和过滤对COD的去除作用相当，二者不可或缺。因此，既要通过投加适量絮凝剂发挥沉淀池的沉淀作用，又要通过调整过滤器胶囊充水量等方式充分发挥过滤器的过滤作用。
3 结语
①为使出水达到回用要求，整个处理系统在不同的二沉池出水水质时的运行条件不同，同时沉淀、过滤对浊度和COD的去除作用也不尽相同。随着二沉池出水浊度的由小变大则对浊度和COD的总去除率也逐渐变大，但存在着低浊度情况下出水COD反而偏高的现象，其原因是通常二沉池出水具有非溶解性COD所占比例相对较高的特点，但在低浊度时水中悬浮物较少，而溶解性COD比例较大。由于该处理系统只对悬浮杂质去除效率较高，而对溶解性物质几乎没有什么去除作用，所以如果二沉池出水浊度低时其COD值偏高，这势必造成过滤出水的COD值偏高。
②从理论上讲，初期水头损失大或水头损失增长过快都会影响过滤器的经济运转和运行周期。在实际运行中，过滤水头损失都有随着运行时间的延长而逐渐增长的趋势，但纵观运行结果，25个过滤运行周期中有24个是以过滤出水浊度＞5NTU或运行时间过长而结束的，只有1个是以过滤水头损失达到0.080MPa为终点的。
③絮凝剂的投量直接影响回用水的成本，而从运行过程中也发现无论二沉池的出水浊度在哪个范围，絮凝剂的投量都有一个最佳范围。
④在二沉池出水COD值较大的情况下(与浊度高、低无关)，有时单靠调整絮凝剂的投量并不能完全保证回用水水质达标，这时投加少量的阳离子聚丙烯酰胺能使水质有所改善。
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