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论悬浮物

试论污水提标的悬浮物难题

关键词分析

1.1地表四类水指标

污水处理一级A再提标,达到地表四类水(准四类或类四类),其中有二个重要指标是确定的,既总磷达到0.3mg/L,悬浮物达到5mg/L,这二个指标相辅相成,本文仅就此展开讨论。

1.2 悬浮物测量方法:

悬浮物(SS)的测定采用重量法,国标(GB1190189  定义:水质中的悬浮物是指通过0.45μm过滤膜,截流在过滤膜上并于103-105℃烘干至恒重的固体物质。这里需要明确的是:采用0.45μm过滤膜过滤,既可以截留可见物,也可以截留不可见物,也就是溶解性胶体。与污水处理现场有关的现象是:即使终端出水看起来如同矿泉水一样透明,看不见悬浮物,但是经过重量法测量仍有可能达不到地表5mg/L要求。

1.3 浊度与悬浮物关系

  浊度用浊度计测定浊度计发出光线,使之穿过一段样品,并从与入射光90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。这种散射光测量方法称作散射法。GB  13200---91),因为测量方法不同,因此浊度与悬浮物指标没有对应关系,同样的浊度,悬浮物可能达标也可能不达标,例如浊度0.5NTU,这相等于矿泉水的透明度,但是水中有个砂粒,这时浊度可能没有变化,但是悬浮物指标却升高了。

1.4 关于化学除磷

污水处理提标达到地表四类水,总磷要求达到0.3mg/L,一般认为生物除磷可以达到0.5mg/L,但是当要求达到0.3mg/L时则需要增加化学除磷工艺,所谓的化学除磷就是添加絮凝剂,例如聚合氯化铝,聚合氯化铁等,还要添加助凝剂---聚丙烯酰胺,以利于沉淀分离,这样水中会呈现繁花悬浮物。这为出水悬浮物达标增加了难度。

1.5 关于悬浮物组成

当我们讨论污水处理一级A再提标至地表四类水,其中悬浮物要求5mg/L,实质上在讨论什么呢?实质在讨论如何去除水中包括的下列物质:

生化池中的微生物,微生物代谢物,微生物残骸,泥沙,胶体,化学除磷产生的絮体繁花,聚丙烯酰胺产生的粘性物质,这些物质的平均粒径均小于10微米。

污水提标现存问题

对多家已经实施污水一级A提标至地表四类水进行调研总结,归纳如下规律:

2.1 没有发现采用沉淀的方式达到5mg/L

2.2 均采用了化学除磷方式。

2.3 悬浮物去除采用了深床滤池或超滤膜

深床滤池存在问题

3.1 反洗水量大,一般为产水量的10%左右,这些反洗水不能排到污泥浓缩池,排到工艺前段则造成来系统来水不稳定,影响到后面的生化工艺。

3.2 反洗能耗高导致加大了运行费用,例如每天10万立方城镇污水厂深床滤池,每小时流量4200 m³/h,需要滤池面积为420平米,装填石英砂滤料756立方,按照容重2T /m³计算,总计为1512吨。按照标准的砂滤池反洗强度(14L/.s),设置10个滤池,每个滤池面积42平米计算,需要提供2000 m³/h反洗泵供水,这需要55KW的反洗泵四台,以每个滤池每天反洗一次,每次0.5小时计算,每天反洗耗电耗约1000度。

 3.3除此以外还有可能产生滤料板结和过滤精度不稳定的现象,每个反洗周期前段时间悬浮物不稳定,后段时间则流量下降。因为胶体粒子小于10微米,由图可见,采用砂滤工艺比较吃力,因此,深床滤池可以用但是不好用,不理想。

超滤膜存在问题

4.1超滤在精度方面具有绝对优势,精准选用微滤膜也可以满足要求,因此实际上大多数现场应用的是微滤精度的膜组件,由于外观一样,因此很多人习惯称之为超滤膜,这不影响到本文实质问题的讨论。多年来超滤膜在污水处理得到越来越广泛的应用,但是其技术瓶颈限制了大规模推广。

4.2 流量衰减,平均每年下降15---20%,每3—4年需要更换膜组件,规模较小的污水厂问题不明显,但是每天数万吨,十万吨,数十万吨规模,则流量衰减问题用户难以接受。

4.3 运行管理复杂,运行中需要反洗,药剂清洗和离线清洗,需要加盖厂房,北方需要厂房保温供暖,这些都加大了投资和运行费用。

4.4 超滤膜可以保证出水品质,即使流量衰减,但是出水仍可以稳定达到1mg/L

  这本来是优点,但是用在污水处理达到5mg/L这个指标上,反而成了缺点,主要原因是:污水处理的原则是够用为好,达标即可,不是越高越好,因为受到运行费用的限制,既然是要求达到5mg/L,那就没有必要达到1mg/L,即使为了保险选择留有余地,达到4mg/L也足可以了,进一步提高指标会消耗更高能量和费用,但是膜过滤精度取决于过滤孔径规格大小,成品膜组件的孔径是固定的不能调整,因此用在这个工艺环节中,还是可以用,但是不理想。

节能微滤技术提出

综合深床砂过滤与膜过滤的优缺点,研究成功节能微滤技术及成套装备系统。

  

左图是湖泊治理的过滤效果,右图是含油污水的过滤效果

1 采用了多微孔过滤材料。

2 解决了传统砂滤12项技术瓶颈

3 研究了独特的反冲洗技术与设备。

4 创新的过滤容器内部架构

5 创新的系统设计理念。

6 现有设备设施的技改与配套设备。

节能微滤过滤材料

节能微滤选用颗粒状天然或烧结微孔滤料,根据被过滤液体和悬浮物性质而搭配不同材质,典型参数为:比重:1.2—1.5 g/cm³,容重:0.7—0.9 g/cm³,孔隙率:70—80%,比表面积:15--25/g,抗压强度:5—6Mpa,抗剪强度:3—4Mpa

 改变了传统砂滤颗粒级配的装填方式,全部为均质滤料,根据过滤精度而决定滤层装填高度,一般滤床深度为2—3米。

节能微滤截留原理


这是过滤截留原理示意图,左图表示超滤由固定孔径机械截留,截留的杂质在表面堆积,小于孔径的杂质会透过膜,液体的过滤路径只有0.1微米。过滤精度越高则孔径越小,但是推动力也越大,而节能微滤的过滤路径是超滤路径的数千倍,更多的截留杂质不仅仅是在表面,而是在滤层和微孔之中,深长的过滤路径弯弯曲曲,路径的宽度忽大忽小,同时由于对颗粒表面的改性处理,不同的改性表面能够对不同的杂质具有吸附作用,从而使得较小的杂质难以穿透滤层,初期截留的杂质进一步增加了滤料的表面积,从而可以截留更多更小的杂质,称之为以渣滤渣。

 

节能微滤反冲洗

节能微滤运行中,杂质暂时滞留在滤床之中,所谓暂时滞留实际上是一种介稳状态,介于稳定和不稳定之间,达到介稳状态需要多种因素,包括流量,压力,流速,颗粒直径,空隙率,被截留杂质的形状,胶体类的厚度和粘度,液体的表面张力,液体温度,出水背压,滤料表面的改性方式和亲水性,等等,破坏其中的一种或多种条件,会使得本来可以截留的杂质穿过滤层而失去截留作用,利用这个现象,故意创造不稳定条件,这就是反冲洗原理。

实际设备的反冲洗采用压缩空气作为动力,通过过滤容器内部结构实现均匀反冲洗,无需设置反洗水池和反洗泵,可同比可降低80%水耗和80%反洗电耗。

九节能微滤的设备形式

9.1 微滤组件

微滤组件产品借鉴了超模组件的概念,设计为直径1.2米高度6米的微滤罐,在实际应用中也可以向膜组件那样无限并列使用。由于可以露天安装使用,因此适合不同流量要求,适合场地有限又需要技改提标的场合,微滤组件不需要方方正正的场地,可以根据现场情况而任意组合摆放。

9.2 非标微滤罐

厂标微滤罐是直径3米高度6米的定型产品,这主要是考虑方便运输,非标最大直径可以做到6米,但是需要在现场制造。

9.3 滤池改造

 一级A污水处理再提标,首先是挖掘现有设施的潜力,优化工艺参数,其次才是新增设备,节能微滤可以对现有的滤池进行技术改造,改造内容是:滤池内部结构改造,重置滤料承托层,安装反冲洗部件,更换合适的滤料,增加空压机系统,全套控制电器和软件系统。

传统砂滤与节能微滤对比一览表

内    容

传统砂滤

节能微滤

备    注

流  速   m/h

810

1015  

同比可减少占地面积

过滤精度 µm

10  

1

 

滤罐压降 Mpa

0.1

0.020.05  

压降低说明阻力小

滤池压头损失

1--1.5 m

0.51.0

二沉池后可位差过滤

过滤材料

石英砂

微孔材料

微孔比重轻

滤料直径 mm

0.51.2

1--3

直径大可提高容垢量

反冲强度L/㎡.S

14-16

0.5--2

仅相当于溢流量

反冲方式

+

自主创新

反冲理念

以水为动力

压缩空气为动力

节能技术路线

反冲相对水耗

100%

20%

节约反冲用水

反冲相对能耗

100%

20%

节约反冲用电

反冲周期  h

1224

2472

周期长就是节能

容垢量相对量

一倍

五倍以上

提高有效工作周期

滤料装填

颗粒级配

均质滤料

均质滤料不乱层

滤料比重 g

2.6

1.21.5

仅滤料既节能57%

滤料运行

漏料或板结

不会漏料或板结

微滤材料损耗低

进水条件

SS10 mg/L

SS50 mg/L

微滤短时可以更高

 

 

 

超滤膜与节能微滤对比一览表

对比内容

超滤膜

节能微滤

备注

设备厂房

需要

不需要

 

膜前过滤

需要

不需要

 

出水SS

1mg/L

15mg/L

地表四类水为5 mg/L

出水精度

不可调

可调整

可调整能降低运行费用

药剂清洗

需要

不需要

 

流量衰减

1015%/每年

不衰减

100%保持设计流量

滤材更换

3年左右

有效寿命20

预装20年自然损耗量

运行费用

100%

5070%

电耗与维护费用

同比投资

100%

6070%

价格与工艺有关

进水SS

≤10mg/L

≤50mg/L

节能微滤短时可以高数倍

占地情况

需要整块场地建设正规厂房

标准单元,多套设备并列

微滤设备可以露天任意摆放,充分利用边角余地。

 

节能微滤与一级A再提标

  一级A提标达到地表四类水,其中悬浮物5mg/L,总磷0.3 mg/L,这需要在现有生化终端增加化学除磷和过滤工艺,对于已经采用超滤膜作为过滤设备的用户,已经体会到了超滤膜优缺点,节能微滤弥补了其不足之处,完全可以替代超滤膜工艺达到同样效果,不但如此,还可以调整出水指标,达到够用为好,同比降低运行费用,不再二次投资更换膜组件,最重要的是解决了流量衰减难题。

  具体的实施方法可以是:采用微滤组件可以快速安装就位并通水运行,不需要建设厂房(北方需要保温),可以由小到大逐步增加规模,开始与超滤膜并列运行对比,确认后暂停超滤系统作为备用而运行微滤组件,直至完全替代超滤组件。

   对于采用砂滤池而希望技术改造的用户,我们可以先提供一套适度规模的微滤系统体会运行,规模可以等同于用户的滤池规格,如果确认,则停止一个滤池运行而技改,由于已经有同等规格微滤池在运行,因此不影响总出水量。

对于正在考虑提标的用户,尤其是大流量的污水厂,我们的建议是:引进各个工艺路线做对比运行测试,对经济技术指标进行全面评判再做决定。

小结:

  节能微滤技术研究借鉴了传统砂滤和超滤优势,摒弃了不足之处,用于一级A再提标滤除悬浮物是可行的。出水悬浮物指标可以达到小于5mg/L,既可以是新建也可以是改造升级,具有推广可操作性。  

 

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