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论悬浮物

污水中悬浮物去除分析

                 一 本文讨论的行业技术背景

   很多问题只有放在一定的环境或背景下才有实际意义,本文讨论悬浮物也是如此,例如污水处理中的悬浮物指标,如果是一级A标准,不是什么大问题,很多手段都可以使其达标,因此,本文讨论悬浮物的行业技术背景是:

1 城镇污水处理范围,意在主要以生活污水处理为主。

2 污水处理指标要求达到地表四类水,也就是环保部与各地陆续实行的新地方标准,或水污染防止行动计划,具体指标为:COD:30mg/L,氨氮:1.5(3)mg/L,  总磷:0.3 mg/L,总氮10(15)mg/L,色度:15度,悬浮物:5 mg/L,本文讨论如何达到5 mg/L以及由此考虑的连带问题。

3 以讨论悬浮物为主兼顾其他指标,实际上悬浮物问题不是孤立的指标,他与COD,总磷,总氮,氨氮,色度都有关联,本文为了讨论方便,特意描述悬浮物问题,需要明确的是:并不是悬浮物达标其他指标也一定达标,但是反过来分析,其他指标要达到要求就必须考虑悬浮物对其影响,甚至是主要影响,因此研究悬浮物去除很有必要。

4 更进一步的意义在于,悬浮物的去除不仅仅是达到地表四类水才有意义,即使达到一级A标准也有现实意义,因为悬浮物会干扰影响生化与污泥脱水,例如污水处理中,如果初沉池阶段不能有效去除20微米以上的悬浮物,则这些悬浮物会对此后的工艺流程造成较大影响,加剧水泵和运动部件的磨损,干扰生化进行,增大后期污泥处理费用等等。

5本文作者水平有限,只是一家之言,所述观点不一定正确,但毕竟有17年的研发实践经验和教训,主要是失败的教训,意在起到抛砖引玉之作用,其他污水处理行业可以作为参考。污水处理的技术创新与实施是一个很漫长的实践过程,很多人可能多年才遇到一次污水技术升级改造的机会,很难在短时间内学习掌握较为全面的新技术或新产品,特别是了解众多失败的经验教训,可是工艺路线和设备选型却关乎技改的投资,运行费用和技改成败,因此,希望本文有助于参考作用,至少使得用户多了一种选择。

二 悬浮物检测方法与分析

    多年以来,很多业界人士习惯于一级B以及一级A指标的实施,因此面对地表四类水指

标时,容易采用传统思维看问题,这里所强调的是:注意了! 悬浮物达到5mg/L可不是简单

的事,长期稳定达标很难,尤其是再加上控制运行成本则更难,至于如何难度大,让我们先从

悬浮物检测开始逐步讨论,请看对于悬浮物是如何检测的,了解这些检测方法就会进一步分析

指导自己的工作,具体检测方法可以在网上查到,要点是:以污水处理悬浮物达到地表四类水

的指标5mg/L为例,将一定的水量通过干燥后0.45微米检测膜,然后再烘干称重,与空白对

照膜片比较,其重量的增加不得超过5 mg,也就是1g的千分之五,5mg/L的含义就是一升水

中的悬浮物不得超过百万分之五。这种检测方法称之为重量法。

进一步分析,自来水的主要指标为:浊度:1,悬浮物:无肉眼可见悬浮物,色度:15, 如

果将污水处理的看起来像自来水,(实际上自来水与矿泉水肉眼观察没有区别,)那么是不是可

以断定检测后一定会达到5mg/L呢?回答是不一定,有可能确实看起来与自来水别无二样,

但是检测悬浮物指标却超标,也就是超过了5mg/L。由此可见技术难度之高。但是为什么会

如此?看起来已经到了自来水的感官水平还怎样处理呢?怪不得很多工艺选择了超滤膜。

  这里引出了一个重要的概念----胶体,前面提到悬浮物采用重量法进行检测,胶体可以溶入水中,例如聚丙烯酰胺,在一升水中完全可以融入10mg固体,而水质的浊度并无变化,也就没有看到可见的悬浮物,但是0.45微米膜片截留烘干后还会显示重量,很多胶体类都会有这种现象。因此本文强调的是:在污水处理过程中,如果要求悬浮物指标,就一定要考虑污水中胶体类的影响,以及选用什么过滤设备能够去除胶体。

三 悬浮物的性状与分析

   选择过滤设备首先应了解被过滤液体中悬浮物的性状,也就是性质和形状,才能有效截留,

污水中的悬浮物分为泥沙和胶体,胶体一部分来于进水,而大部分来自污水处理过程产生的粘

性物质,例如微生物,众所周知微生物可以轻易附着在生化填料上面,说明他们有粘连性,还

有微生物的代谢物,微生物残骸,化学除磷需要添加絮凝剂和助凝剂,例如聚合氯化铝,聚合

氯化铁,聚丙烯酰胺等,与污水反应后会产生繁花,而繁华是典型的粘性物质,一般分析,这

些粘性物质或者胶体粒子小于1微米,这与检测方法相吻合,前面描述的检测方法是用0.45

微米的膜片作为截留的标准膜片,也就是过滤设备只有将大于0.45微米的悬浮物包括胶体有

效滤除,才有可能通过重量法的最终检测。因此选择工艺路线和过滤设备性能至关重要。

四 悬浮物与污水处理

1 污水处理的前端如果能够较好去除悬浮物,一般理解为有效去除大于20微米的悬浮物,这样既可以不影响碳源又会减少各种相关设备的磨损,普遍采用的集水池或均质池,仅靠沉淀还不是很理想,在不增加运行费用或可接受费用前提下,采用过滤工艺设备是今后发展或技改方向。

2 在污水处理的终端增加过滤工艺,实际上很多化学除磷工艺中过滤已经是必不可少的设备,但是本文强调的不仅仅是化学除磷需要过滤,而是污水提标本身也需要过滤,这就是尽量降低悬浮物,而降低悬浮物可以优化工艺参数。

3 污水处理终端的悬浮物是什么?悬浮物含有非溶性的COD,降低悬浮物就是降低COD,例如一级A指标的悬浮物为10mg/L,如果降低到≤ 5mg/L,则COD大约可以降低1—5mg/L,不要小看这个数字,四类水COD为30mg/L,一级A指标COD为50mg/L,如何从50降到30,这是提标改造的难题,原则就是在每一个环节都降低一部分,加起来就有可能达标,而不是在一个环节一次性降低20 mg/L,那样难以有较好的性价比。

4 悬浮物含有磷元素,包括含磷聚磷菌悬浮物以及化学除磷产生的絮体,高效去除这些悬浮物就会为降低总磷做贡献。

5 污水处理新标准还有色度要求,(15倍或15度),自来水的指标就是15,也就是污水处理后的出水看起来像自来水,水的色度分为真色与表色,真色是去除了悬浮物呈现的颜色,表色是没有去处悬浮物呈现的颜色,下图中间的水样是二沉池产水,呈现黄颜色,那么如何脱色

     

呢?根据真色与表色的基本原理,首先是去除表色,因为真色的去除需要处理溶解于水中的颜

色物质,这需要加药或者强氧化,这些都需要费用,如果一开始不分真色与表色就采用加药或

强氧化方式,可能处理费用过高或没有必要,因此应该先去除表色。

   图中是一滴水大胖微滤设备在宝钢现场,仔细观察现场中间黄颜色的水样,这是过滤前进

水取样,在阳光照射下有一定的透明度,一般理解为是真色所致,也就是不可能采用过滤的办

法脱色,因为如果有悬浮物透明度会很差或根本不透明,事实上还有一种可能,这就是极其细

微的悬浮物也会造成表色,例如胶体类,问题是采用何种方式去除悬浮物从而脱色,宝钢处理

的现场正是典型的案例,没有采用超滤膜而是通过一滴水的大胖微滤(采用不定型微孔颗粒作

为滤料),同样起到了脱色的作用。由此可省略氧化加药工艺,降低综合处理成本。由水样可

以看出,色度应该已经小于15度。

6图上的水样分为三种,从左到右分别为滤后产水,过滤设备进水和反洗排污水,也就是在大胖微滤罐滤料的上层是截留的高浓度污水,滤料下层是色度小于15度,SDI小于4的高品质滤后产水,由此可见中间滤层的显著效果,真正起到了过滤截留作用,效果非常明显,同比砂滤罐做不到这样的精度,超滤膜可以做到但是很快就堵塞,难以正常工作。这就是大胖高精度过滤的显著效果。

五 悬浮物去除方法分析

采用什么技术路线和工艺设备去除悬浮物,这需要慎重选择,必要时要做中试,尤其是大流量的污水处理厂,技改一次意义重大,涉及到投资和运行费用,最重要的是能否长期稳定运行,因此必须科学决策,以污水提标一级A至地表四类水为例,悬浮物指标(SS):5mg/L,怎样选择过滤工艺设备呢?此前有二条工艺路线,第一条是石英砂深床过滤,第二条是膜分离过滤,试分析如下:

◎ 关于石英砂深床过滤

◆ 早期有的污水提标技改选择了石英砂深床滤池,典型参数是:滤层深度1.83米,砂粒直径1—3mm,石英砂比重2.6 g/cm³,滤床要承担高精度过滤和反硝化生物滤床功能,优点是价格便宜,缺点是需要建设水泥池或改造水泥池,需要布设滤板,滤头和进出水装置,采用跌水进入容易卷入空气,造成反硝化缺氧环境不稳定,浪费碳源,

◆ 最重要的是滤料容易板结,反洗的能耗水耗较大,同时为了保持颗粒级配需要控制反洗强度,而控制反洗强度又不一定得到理想的冲洗效果,依照上述重量法检测出水悬浮物指标,会出现不稳定状态。

◆ 水泥结构的滤池一旦建成,今后的技改可能性很小,因为会受到池型结构限制。这样限制了今后新技术的推广应用,也限制了自身不断降低费用的途径。

◆ 还有很多细节不理想,例如,滤料要求尽量接近圆形,以有利于水流通道,石英砂表面光滑,在担任反硝化滤池过程中,好不容易挂上反硝化菌,但是反洗时由于表面光滑而摩擦掉落,致使反洗后反硝化效果下降导致出水总氮不稳定。

◎ 关于膜过滤分离设备

◆为了得到稳定的出水指标,可以选择超滤膜,超滤膜的最显著优点是出水稳定,即使进水悬浮物发生变化出水也会始终控制在一定范围,基本可以控制在1mg/L左右,但是缺点也是明显的,这就是超滤完全可以截留胶体,因为过滤精度会小于0.1微米,但是超滤又特别不适于截留胶体,因为胶体连石英砂都可以附着,当然也可以附着在膜丝表面,无论怎样清洗还是会导致流量逐渐下降,因此不但一次性投资高还必须定期更换膜组件,这样导致了运行费用高难以大规模推广。

◆选用超滤膜工艺必须在膜前配置预处理系统,例如自清洗不锈钢网过滤设备,精度低对保护超滤膜不够,精度高不锈钢网本身也会堵塞,也需要清洗,这样无形中增大了运行维护的管理成本。

◆超滤膜的产水量随温度而变化,温度越低流量下降的越快,因此北方地区需要厂房车间以及供暖设备,配置较好的环境条件,这又是一笔投资。

◆超滤膜组件的工作压力一般0.2—0.25Mpa,这个压力可以达到扬程20—25米,但是大多数污水处理的最终结果是排入低于地平面河道,例如每天5万吨的处理量,就需要将5万吨污水举起来25米高,这相当于8层楼,但是并没有在8楼应用,而是又返回到了地面以下,总高程差大于25米,这是能源的浪费,是为了克服膜组件的阻力而不得已提供动力。电耗就是运行成本。

◆ 超滤膜产水悬浮物可以稳定达到1mg/L左右,远小于四类水5mg/L的要求,按理说这是好事,但问题是并不需要这样好的指标,好的概念永无止境,污水处理的原则是够用为好,从5降到1消耗的就是运行成本,污水标准的制定是科学的,综合考虑了各方因素,尤其是运行成本的因素,超滤膜等于无端承担了多余的运行费用。这是由于超滤膜的技术原理所决定的,由于膜的过滤孔径是固定的,所以不能够调整出水悬浮物含量,只是一个固定值,这有些遗憾。

六 悬浮物去除与大胖系列

◆ 综上所述,在研究了各种过滤技术设备,尤其是污水提标要考虑投资,运行费用,场地要求,特别是悬浮物达到5mg/L的大趋势背景下,大胖系列应运而生,由于是针对性产品,因此具有综合优势,使用户又多了一种选择。

◆ 所谓的大胖就是顺应人们习惯于对超滤膜大胖的称呼与概念,大胖超滤膜组件的首要特点是标准化,规模化,无限并列使用,只有标准化才能够广泛使用,只用规模化才能够降低生产成本,而无限并列使用则适应了各种流量要求,满足用户的再开发。

◆ 北京一滴水的大胖系列就是学习了超滤膜组件的大胖概念,但不是膜组件,而是不定型滤料,首选的是轻质微孔活性颗粒材料,这是对石英砂的学习继承与改进。

◆ 北京一滴水的大胖是直径1.2米,高度6米的微滤罐,同样可以无限并列使用,继承了砂滤与超滤膜组件的优点,改进了不足,而所谓的系列指的是以大胖微滤罐为基础形成了全新的产品形式,前后都可以附加其他设备,从而解决更多问题,例如微滤罐之前配置加药系统,则可以形成微絮凝+微滤设备,从而起到化学除磷作用,投加碳源则可以作为反硝化深床滤池使用,如果用户现在已经在使用超滤膜,但是又不满意,则可将进入超滤的输水管路开一个三通,将其中的一部分水旁路进入大胖设备,看看过滤效果,如果能够达标,则可以逐步替代超滤机组。等等。

◆ 北京一滴水的大胖系列由于是针对性研发产品,因此具有独到特点,对比石英砂深床滤池,运行费用降低,出水稳定可靠,无需动用大规模的水泥基建方式,可以快速安装使用,以后有了新技术也可以随时拆除更新(设备租赁),对比超滤膜组件,流量不衰减,无需二次投资定期更换膜组件,无需药剂清洗或离线清洗,无需前置过滤,设备维护量下降,投资与运行费用都得以降低。

◆ 北京一滴水的大胖系列既适合于新建,也适合于技改升级,在很多情况下可以直接替代超滤膜组件作为污水终端,出水悬浮物不但可以到达到5mg/L,甚至可以达到1mg/L,这样就看到了另一个技术优势,这就是出水悬浮物的指标是可以调整的,例如地表四类水的产水悬浮物指标,实际运行中控制在悬浮物3—4 mg/L之间足以,这样比超滤组件会同比降低运行费用。

 

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