纤维束过滤技术在中水回用中的应用
“中水”一词源于日本。它是一种将城市和居民生活中产生的杂排水经过适当处理，达到一定的水质标准后，回用于冲洗厕所、清洗汽车、绿化或冷却水补充等用途的非饮用水。因其水质介于上水与下水之间而得名“中水”，中水也被称为再生水，是城市的第二水源。利用城市污水处理厂二级出水制取中水既可以减少污水的排放总量，又可以缓解水资源的短缺。城市污水处理厂二级出水水量水质稳定，污染物含量较低(0．1%) ，经常规的混凝－过滤－消毒工艺即可满足工业循环冷却水的要求，而这部分用水量占到了城市总需水量的1 /3[1]。作为一种新兴的过滤技术，纤维束过滤由于具有占地面积小，处理效果好等优点，在中水回用中受到广泛的研究和应用。蒋轶锋等人[2]用纤维束过滤器对污水厂的二级出水进行了直接过滤和絮凝、过滤回用，结果表明: (1) 过滤器在10 － 30m /h的滤速下均能有效去除水中的SS 和浊度，出水SS 低于10mg /L，对COD、BOD、TP 和细菌总数的去除率分别为10% － 80%、21% － 50%、11% － 81% 和87%; (2) 采用硫酸铝作为絮凝剂与纤维过滤器联合处理能进一步提高出水水质。在实际的中水回用工程中，纤维束滤池已有多年成功运行的经验和案例。
1 纤维束过滤技术
纤维束过滤技术采用软填料－纤维束作为滤元，其滤料单丝直径可达几十微米甚至几微米，属微米级滤料(砂滤料属毫米级) ，具有巨大的比表面积和表面自由能(d50: 80000m2 /m3 ，而砂d1000: 6000m2 /m3 ) 。与均值滤料相比，纤维束滤料过滤具有更高的过滤精度、滤速和截污能力，可将滤速提高两倍以上，而出水浊度可以降低70%[3]，同时纤维束滤池由于采用纤维滤料，大大提高了接触面积[4]，可减少近50% 的占地面积[5]，出水水质也更优良。
1． 1 高效纤维束滤池工作原理
高效纤维束滤池是一种全新的重力式滤池，滤池系统主要包括上滤板、下滤板、滤料、反洗排水槽、反洗水泵、风机、进水阀、出水阀、反洗进水阀、反洗进气阀、反洗排水阀、正洗排水阀、风机排气阀等。
纤维束滤料用联接件固定在滤池的上滤板和下滤板上。其中下滤板固定，上滤板上下可调，可调节纤维密度。滤池运行时，滤层孔隙度沿水流动方向逐渐缩小，纤维密度逐渐增大，层孔隙直径逐渐减小，实现了理想的深层过滤。王德英等人[6]通过对纤维束滤床过滤性能的研究发现纤维束滤床孔隙尺寸分布合理，类似于理想滤层，在过滤中整个滤层都能发挥截污作用，相应地，水头损失也较均匀地分布于整个床层。当滤层达到截污容量需要清洗时，滤层在反冲洗水的作用下被充分放松，纤维束滤料便恢复到松驰的舒展状态，在气水混合擦洗的作用下，将过滤截留下的污物从滤层中洗脱并排出，使滤料恢复过滤性能。
1． 2 高效纤维束滤池特点
(1) 占地面积小纤维束滤池的平均滤速可高达18 －20米/时，是砂滤池的2 － 3 倍，可大幅节约占地面积。
(2) 滤层密度可调控滤层密度可调节和控制，满足不同过滤精度要求，避免过滤阻力上升过快。
(3) 滤料使用寿命长滤元性能不衰减，滤料不流失，且无需使用化学药剂清洗，使用寿命一般不低于10 年。
(4) 不脱落短纤维滤元是由经过特殊处理的束状纤维长丝缠绕而成，运行及清洗时不会有短纤维脱落。
(5) 清洗水耗低纤维束滤池的清洗水耗一般为1 － 3%，是砂滤池的1 /2。
(6) 工程造价低纤维束滤池的工程造价与传统的砂滤池相近。
(7) 运行成本低纤维束滤池运行成本(包括电耗、人工、折旧) ＜ 0． 1 元/吨水。
(8) 易清洗纤维束滤元不存在绑扎结点，清洗时又处于舒展放松状态，比较容易清洗，而且由于纤维束滤元两端都悬挂在滤板上不会缠绕乱层，容许高强度气－水联合清洗，可保证清洗效果，防止滤层积泥，同时有效的脉动清洗方式也使得纤维束滤料获得较为彻底的清洗效果。蒋轶锋等人[6]通过对纤维束过滤器的研究认为气水联合反冲洗是适合恢复纤维束过滤器过滤效能的冲洗方式，在反冲洗水流量10 － 12 L/(m2·s) 、水压0． 1MPa、空气流量60 L/(m2·s) 、气压0． 1MPa 的条件下，冲洗30 min 能够有效地恢复纤维过滤器的过滤性能。
2 纤维束过滤在中水回用中的应用
2．1 唐山丰南某污水处理厂
该厂日处理规模为5 万吨，变化系数为1． 2，于2005 年投入运营，主要接纳城区污水和部分钢厂废水。原水主要水质指标如下: CODCr: 180 － 200mg /L; BOD5: 80 － 90mg /L; SS: 180mg /L; TN: 200mg /L; NH3 － N: 10mg /L; TP: 2 － 3mg /L; pH: 7 － 8。主要设计处理工艺如下所示。
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污水经过深度处理后回用于钢厂，过滤采用高效纤维束滤池，池型为快滤池。滤池格数为5 格，总过滤面积为115m2，单格尺寸为4． 8m × 4． 8m，滤速为22m/h，反洗水强度为8L/(m2·s) ，反洗气强度为60 L/ (m2·s) (由于纤维束安装牢固且不掉毛，滤料可允许较大气洗强度，以获得更好的反洗效果) 。滤池进出水水质主要设计指标见表1。
表1 高效纤维束滤池进出水水质设计指标
Tab． 1 Designed Water Quality Index of Inlet and Outlet of High-Efficiency Fiber Filtering Pool
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实际运行中发现，由于原水水质较好，在不加PAC 的情况下，滤池完全可以保持其出水水质达到回用水标准。因此，该厂采用直接过滤，不加混凝剂。2007 年10 月份滤池进出水水质情况分别见图1、2 和3 所示。
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图1 滤池进出水CODCr
Fig. 1 CODCr of Inlet and Outlet of Fiber Filtering Pool
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图2 滤池进出水BOD5
Fig. 2 BOD5 of Inlet and Outlet of Fiber Filtering Pool
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图3 滤池进出水SS
Fig. 3 SS of Inlet and Outlet of Fiber Filtering Pool
从图1、2 中可以看出，二级出水(滤池进水) 的CODCr和BOD5已基本达到回用水标准，同时由于滤池对悬浮物的截留作用，滤池出水的CODCr和BOD5均得到进一步降低。从图3中可以看出，二级处理出水SS 较低，但不稳定，部分时间浓度超出回用水标准(10mg /L) ，在滤池的直接过滤下，可完全保障出水稳定达标，滤池的吨水处理成本约为0． 1 元(包括动力费、人工费和设备折旧费) 。
2． 2 唐山西郊某污水处理厂
该厂日处理规模为5 万吨/日，变化系数为1． 2，于2007 年12 月投入运营，主要接纳生活污水和部分钢厂废水。原水主要水质指标为: CODCr: 500mg /L; BOD5: 300mg /L; SS: 350mg /L;NH3 － N: 40mg /L; TP: 8 － 10 mg /L; TN: 60mg /L; pH: 7 － 8。主要设计处理工艺如下:
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污水经过深度处理后回用于钢厂，过滤采用高效纤维束滤池，由于该厂原水水质较差，故需在滤池前设置混凝沉淀反应池，投加的混凝剂为PAC。池型为V 型滤池，滤池格数为6格，总过滤面积为114m2，单格尺寸为2． 1m × 5． 75m × 2，滤速≥20m/h，反洗水强度为8L/(m2·s) ，反洗气强度为60 L/(m2·s) (由于纤维束安装牢固且不掉毛，滤料可允许较大气洗强度，以获得更好的反洗效果) 。滤池进出水水质主要设计指标见表2 所示。
2008 年10 － 12 月滤池平均进出水主要水质指标见表3 所示。
从表3 中可以看出， 2008 年10 － 12 月，在滤池的过滤截留作用下，出水BOD5、CODcr和SS 均稳定达到设计要求，满足钢厂回用水标准。
表2 高效纤维束滤池进出水水质设计指标
Tab. 2 Designed Water Quality Index of Inlet and Outlet of High-Efficiency Fiber Filtering Pool
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表3 2008 年下半年滤池进出水水质
Tab. 3 Water Quality of Inlet and Outlet of High － Efficiency Fiber Filtering Pool in the Second half of the year 2008
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3 结论
纤维束过滤是一种理想的深层过滤技术，滤层可调可控，过滤速度快(可达20m/h) ，能够大幅度的节省占地面积，且滤料性能不衰减，不脱落短纤维，不需要对滤料进行特殊清洗，如使用化学药剂清洗，因此维护方便。此外，根据滤池进水水质情况，可选择直接过滤或加药混凝过滤。当需要加药时，水质较好情况下可考虑使用管道混合器，较差时，为保证出水水质稳定，需前置一混凝沉淀池。
参考文献
[1]虞启义，黄种买，张青．城市污水回用冷却水问题的研究〔J〕．工业水处理，2002，22(8) : 19-22．
[2]蒋轶锋，王琳，王宝贞，等．纤维过滤器用于污水回用的研究〔J〕．环境污染治理技术与设备，2005，6(12) : 97-100．
[3]王美秋，信昆仑．纤维束过滤技术与均质滤料过滤技术的对比中试研究〔J〕．中国资源综合利用，2007，125(3) : 20-22．
[ 4]赵晓光，周颖．重力式纤维束滤池在给水中的应用〔J〕．工业水处理，2007，127(12) : 74-75．
[5]陈国锋，刘凡清．纤维束滤料与均质石英砂滤料过滤效果的比较〔J〕．苏州科技学院学报(工程技术版) ，2007，120(6) : 54-56．
[6]王德英，周于，董正帅等．纤维束滤床过滤性能的研究〔J〕．过滤与分离，2007，17(2) : 15-17．
作者简介: 吴敬东(1972-) 男，工程师，主要从事污水处理工作．
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