紀軒¹，姚春深²，張宏偉³?
( 1.天津石化公司供排水廠，天津300271；2.唐山市自來水公司，河北唐山063001；
3.中國市政工程華北設計研究院， 天津300074)

　　摘　要：通過總結廢水回用裝置(纖維束過濾器)運行時遇到的各種情況，歸納出在二沉池出水濁度為高、中、低三種狀況下，整個系統對濁度和COD的去除規律及過濾周期、水頭損失和絮凝劑(PAC)投量等參數的變化規律。
　　關鍵詞：廢水回用；纖維束過濾器；運行周期；濁度；COD
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)12-0082-03

1　工藝流程?

　　目前，水資源短缺已成為經濟發展的瓶頸，而廢水回用是解決水資源緊缺最方便、有效的方法之一。在總結以往試驗結果的基礎上，天津石化公司建成了以纖維束過濾器為核心工藝的廢水回用水質深度處理裝置，其流程見圖1。

　　該系統的原水為化工、化纖等廠的生產廢水和生活污水的二級處理(主體工藝為UNOX純氧曝氣活性污泥法)出水，其COD為40～100mg/L，濁度為5～30NTU。
　　過濾器把出水濁度和水頭損失作為控制指標，同時測定COD。該系統的出水一部分用于沖廁或澆灌綠地，一部分用作循環冷卻補水(COD＜40mg/L，濁度＜5NTU，pH=6～9)。
　　針對二沉池出水水質存在一定波動性的情況選取了有代表性的25個完整的過濾周期，按照濁度＜10NTU、10～15NTU、＞15NTU分低、中、高三個檔次分別進行討論。

2　結果及分析

　　①低濁度時?
　　運行結果表明(共6個周期)，在二沉池出水濁度較低的情況下，不投加絮凝劑而直接用過濾器過濾即可使出水水質達到回用要求，如當二沉池出水的平均濁度為8.6NTU時，直接過濾出水的平均濁度為2.0NTU，過濾周期可達24h(過濾周期終點的出水濁度為3.7NTU)；當二沉池出水濁度＜5NTU時，在保證出水濁度(＜2NTU)低于回用標準的條件下過濾器可連續運行48h以上并仍有明顯的去濁效果，且水頭損失仍未達到0.08MPa的極限值。
　　在二沉池出水濁度較低的情況下還進行了投加或不投加絮凝劑兩種運行狀況的對比。當二沉池出水水質相近時，周期1(投加絮凝劑9.6mg/L，以Al₂O₃計，下同)和周期2(未投加絮凝劑)的出水水質無顯著差異，但周期3(絮凝劑投量為4.8mg/L)的出水水質有明顯改善，這說明當二沉池出水濁度較低時須嚴格控制投藥量，投藥量過多不僅增加了運行費用，還可能因絮凝劑自身再吸附而影響出水水質。
　　為了比較低濁度情況下系統對COD的去除效果，在周期1和周期2的運行過程中還對COD進行了檢測。結果表明，因二沉池出水的COD值一般較低，所以無論投藥與否濾后水的COD值均能達到回用要求，但投加絮凝劑可使整個處理系統對COD的去除率比不投加絮凝劑的提高5%。
　　②中濁度時
　　在生產廠排污相對穩定、污水處理裝置基本滿負荷運行時，二沉池出水處于中濁度的情況較多，此時二沉池出水的濁度為10～15 NTU，COD為40～80mg/L。在此條件下進行了不投藥(4個周期)、低投藥量(7個周期)和高投藥量(3個周期)的試驗。結果表明，不投藥時的平均濁度去除率為71.0%，比總平均濁度去除率低8.2%，過濾出水的平均濁度為3.3NTU(比總平均值高0.8NTU)；投藥時對濁度的平均去除率為81.8%，過濾出水的濁度平均值只有2.2NTU，這說明適當投加絮凝劑有助于去除水中的懸浮物而降低其濁度。投藥量在5.0～10.0mg/L之間的7個運行周期的出水濁度平均值為1.7NTU，總平均濁度去除率達到了86.6%；而投藥量＞10.0mg/L的3個運行周期的出水濁度平均值為3.4NTU，總平均濁度去除率只有68.2%，這說明投藥量過大反而產生負效應，所以在二沉池出水為中濁度的情況下一定要嚴格控制絮凝劑的投量。
　　從過濾周期來看，14個周期的平均運行時間為22.5h，其中不投藥時的平均運行時間為21h，投藥量＜10.0mg/L時的平均運行時間為24h，投藥量＞10.0mg/L時的平均運行時間為20.8h。可見，適量投加絮凝劑有助于延長過濾器的運行時間。
　　運行中發現，投加絮凝劑時濁度的去除主要由沉淀池承擔，即總去除率(81.8%)中的59.5%由沉淀池承擔，過濾器只去除其余的22.3%；不投加絮凝劑時，濁度的去除主要由過濾器承擔，即總去除率(71.0%)中的18.4%由沉淀池承擔，過濾則去除其余的52.6%。產生上述現象的原因是二沉池出水為中濁度時，其懸浮物較多且含有大量膠體狀物質，若不投加絮凝劑則在水流經沉淀池時只有少量大顆粒懸浮物被去除，大部分需要在過濾器中被去除。盡管過濾器可有效地吸附截留水中的懸浮物，但穩定在水中的較小的膠體顆粒隨著水流會向纖維濾料深層轉移，直至穿透。因此，雖然直接過濾對濁度的去除率不算低，但出水濁度仍較高且過濾周期偏短。在運行時適量投加絮凝劑后，二沉池出水中的大部分膠體及其他懸浮雜質會在絮凝劑的作用下形成大顆粒礬花在沉淀池中去除，這就減輕了過濾器的負擔，從而既保證了出水濁度較低，又延長了過濾周期。
　　為了解整個系統對COD的去除規律，筆者對其中五個周期的COD進行了檢測，結果表明經混凝、沉淀、過濾處理后，整個工藝對?COD的總平均去除率達48.2%，其中沉淀池對COD的平均去除率為33.2%，過濾器對COD的平均去除率為15.0%。二沉池出水COD的平均值為60.8mg/L，經混凝沉淀后其值降至40.3mg/L，最終過濾出水COD的平均值為31.2mg/L，滿足回用要求。同時還可知，在加藥運行時COD的去除同樣主要由沉淀池承擔，這是由于水中的COD大部分以非溶解狀態存在，投加絮凝劑后其隨著絮凝體在沉淀池中沉淀而被去除，從而減輕了過濾器的負擔，在過濾周期較長的情況下還能保證出水COD達標。
　　③高濁度時
　　當平均進水濁度＞15NTU、COD為70～100mg/L時，必須進行混凝、沉淀、過濾處理。結果表明，在絮凝劑平均投量為15.6mg/L時該處理系統對濁度的平均去除率高達91.9%(沉淀池和過濾器的去除率分別為72.9%和19.0%)。可見在二沉池出水濁度高時，沉淀池起著至關重要的作用，即二沉池出水中的絕大部分懸浮物在沉淀池內經沉降去除，而過濾器起到了保證出水水質最終達標的作用。
　　運行中發現，斜管沉淀池在運行初期對懸浮物的去除效果非常明顯，反應池中形成的許多大片礬花在沉淀池中的沉降效率極高，沉淀池出水清澈見底、斜管清晰可見。隨著運行時間的延長(一般超過16h后)則會出現越來越多的斜管被絮凝體堵塞的現象，隨之而來的便是沉淀池表面出現大量不能沉降下去的礬花。這些礬花隨著沉淀池出水進入過濾器，加大了過濾器的負擔，并最終導致過濾運行因出水濁度超標而結束。其主要原因是在二沉池出水濁度高的情況下，投藥后水中形成了很多沉降性能較差的絮凝體，由于斜管沉淀池的形式為逆向流，故沉淀池運行一段時間后這些沉降性能較差的絮凝體就會充盈沉淀池的集泥槽，同時堵塞部分斜管的下部進水端，于是其他斜管中的上向水流速度就會大于設計值，從而把原應下向沉降的絮凝體帶上來，形成沉淀池翻泥現象。混有大量絮凝體的沉淀池出水進入過濾泵后，高速旋轉的葉輪會將絮凝體打碎，使之又成為水中穩定存在的小懸浮顆粒，結果導致過濾出水濁度變大。幾經摸索，技術人員終于找到了解決這一問題的方法，即將沉淀池的間隔排泥方式改為連續排泥，且要在連續運行48h后將沉淀池放空一次，同時沖洗掉斜管表面積存的絮凝體塊。
　　二沉池出水濁度高時，COD值也比前兩種情況的高。檢測(5個周期)結果表明，當二沉池出水濁度高時整個處理系統對COD的去除效率比前兩種情況的高，如二沉池出水COD平均為81.2mg/L，沉淀出水COD平均為59.6mg/L，過濾出水的為36.1mg/L，符合回用水水質要求。整個系統對COD的總去除率達到了55.5%，其中沉淀池對COD的去除率為26.4%、過濾器對COD的去除率為29.1%，這說明沉淀和過濾對COD的去除作用相當，二者不可或缺。因此，既要通過投加適量絮凝劑發揮沉淀池的沉淀作用，又要通過調整過濾器膠囊充水量等方式充分發揮過濾器的過濾作用。

3　結語

　　①為使出水達到回用要求，整個處理系統在不同的二沉池出水水質時的運行條件不同，同時沉淀、過濾對濁度和COD的去除作用也不盡相同。隨著二沉池出水濁度的由小變大則對濁度和COD的總去除率也逐漸變大，但存在著低濁度情況下出水COD反而偏高的現象，其原因是通常二沉池出水具有非溶解性COD所占比例相對較高的特點，但在低濁度時水中懸浮物較少，而溶解性COD比例較大。由于該處理系統只對懸浮雜質去除效率較高，而對溶解性物質幾乎沒有什么去除作用，所以如果二沉池出水濁度低時其COD值偏高，這勢必造成過濾出水的COD值偏高。
　　②從理論上講，初期水頭損失大或水頭損失增長過快都會影響過濾器的經濟運轉和運行周期。在實際運行中，過濾水頭損失都有隨著運行時間的延長而逐漸增長的趨勢，但縱觀運行結果，25個過濾運行周期中有24個是以過濾出水濁度＞5NTU或運行時間過長而結束的，只有1個是以過濾水頭損失達到0.080MPa為終點的。
　　③絮凝劑的投量直接影響回用水的成本，而從運行過程中也發現無論二沉池的出水濁度在哪個范圍，絮凝劑的投量都有一個最佳范圍。
　　④在二沉池出水COD值較大的情況下(與濁度高、低無關)，有時單靠調整絮凝劑的投量并不能完全保證回用水水質達標，這時投加少量的陽離子聚丙烯酰胺能使水質有所改善。

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　　收稿日期：2002-06-21