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污水纖維球處理技術(shù)論文
1給水處理工藝的比較、啟示及其困惑
1.1自來(lái)水廠(chǎng)凈水工程簡(jiǎn)介
現代自來(lái)水廠(chǎng)處理工藝是隨著(zhù)工業(yè)文明的到來(lái)和現代城市的產(chǎn)生而同步產(chǎn)生的，所以，其發(fā)展歷史遠遠地超過(guò)城市污水廠(chǎng)。而且自來(lái)水廠(chǎng)處理工藝一經(jīng)產(chǎn)生，就萬(wàn)變不離其宗，并且今后將仍然持續有效。自來(lái)水廠(chǎng)的水源主要為天然水體，水處理的目的是去除水體中的膠體顆粒與控制水體中的細菌、致病菌和其他微生物。自來(lái)水廠(chǎng)的處理工藝包括處理單元、清水池和二級泵站等設施。凈水工程設施的功能是將原水凈化處理成符合城市用水水質(zhì)標準的凈水，并通過(guò)二級泵站加壓輸入城市供水管網(wǎng)。
1.2污水廠(chǎng)二級生化處理工藝介紹
城市污水中含有懸浮物、膠體、有機物、致病菌和工業(yè)生產(chǎn)中的有毒有害物質(zhì)，目前，污水處理的方法也多種多樣，通常將其分為：一級處理方法、二級處理方法和三級處理方法。我國城市污水廠(chǎng)已經(jīng)逐步普及了二級處理工藝。上述工藝也是全球公認的典型的城市污水處理工藝。所以，如果想進(jìn)一步改善污水廠(chǎng)尾水水質(zhì)，只有在二級沉淀池后，增加處理設施和處理單元。
1.3比較和啟示
通過(guò)比較自來(lái)水廠(chǎng)處理工藝，可以看出，在污水沉淀處理工藝后，最佳后續單元應該是過(guò)濾處理工藝。
1.4污水廠(chǎng)尾水過(guò)濾處理的困境
�。�1）污水中懸浮顆粒濃度高自來(lái)水沉淀池出水中，懸浮物顆粒是絮凝反應后的粘土類(lèi)顆粒物，粒徑較小、強度很低，進(jìn)入粒徑0.6-1.5毫米的濾料顆粒濾池（如自來(lái)水廠(chǎng)的石英砂濾池）后，水中的顆粒物能夠深入濾料層20-40毫米以上，實(shí)現濾料的深層過(guò)濾，濾料層不會(huì )形成表層過(guò)濾，有助于發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，提高過(guò)濾周期，降低濾料層反沖洗頻率。并且沉淀池出水中的懸浮顆粒濃度通常不超過(guò)10-20mg/L，所以，自來(lái)水廠(chǎng)過(guò)濾池的運行周期一般可以達到12-24小時(shí)以上。和自來(lái)水處理工藝不同的是，污水廠(chǎng)二級沉淀池出水中，懸浮物濃度通常高達30-50mg/L左右，而石英砂濾床等傳統濾料的濾層空隙率較低，濾料層的截污能力低，是縮短過(guò)濾周期的一個(gè)因素。
�。�2）污水中懸浮顆粒粒徑大、強度高污水處理工藝中，二沉池去除的懸浮顆粒未經(jīng)過(guò)混凝反應，而且水體中或懸浮顆粒自身常常帶有氣泡，所以，即使粒徑達3-5毫米的懸浮顆粒，也很容易隨著(zhù)水流上浮而流出沉淀池。這些懸浮顆粒多為脫落的生物膜或活性污泥顆粒物，強度較大，不能借助過(guò)濾水流的剪切作用而深入濾床。
�。�3）傳統濾料過(guò)濾污水周期短、反沖洗耗水量大當人們采用石英砂過(guò)濾方法處理二沉池尾水時(shí)，很容易導致濾料表層的堵塞而形成表層過(guò)濾，過(guò)濾周期只有幾十min，過(guò)濾池的反沖洗水量占過(guò)濾水量的比例高達1/3到1/2左右。即使人們努力通過(guò)改進(jìn)顆粒濾料工藝，如采用升流式濾床過(guò)濾、無(wú)煙煤-石英砂雙層濾料過(guò)濾、陶粒濾料過(guò)濾等，也只能些微地延長(cháng)過(guò)濾周期，而根本無(wú)法達到實(shí)用效果。
�。�4）污水過(guò)濾對濾料的基本要求擺在污水處理研究工作者面前的最基本的任務(wù)是，尋找適宜的污水過(guò)濾技術(shù)，改進(jìn)污水處理廠(chǎng)尾水水質(zhì)。污水過(guò)濾濾層應該具有濾料空隙率高、濾料層孔徑大，便于污水中的懸浮顆粒深入濾料層內部，發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，延長(cháng)過(guò)濾周期，降低濾池的反沖洗頻率和反沖洗周期，使污水過(guò)濾實(shí)用化。
2纖維球濾料的結構特征
纖維球過(guò)濾技術(shù)最早是日本于上世紀80年代發(fā)明的技術(shù)，并且經(jīng)過(guò)我國水處理和廢水處理專(zhuān)家幾十年努力改進(jìn)的、不斷發(fā)展的處理技術(shù)。主要產(chǎn)品有剛性纖維球和彈性纖維球等類(lèi)型。其技術(shù)參數特征為：
2.1濾料層空隙率高
纖維球濾料層空隙率高達95%左右，過(guò)濾起始階段，濾料層空隙率甚至高達98%左右；而傳統石英砂濾料層空隙率只有41%左右，即使多孔隙性的陶粒濾料，其濾料層的空隙率也只有70%，況且每個(gè)陶粒的核內空隙和過(guò)度細小的空隙根本無(wú)法發(fā)揮過(guò)濾截流作用）。所以，和傳統濾料相比，纖維球濾料層的空隙率占有絕對優(yōu)勢。
2.2濾料層空隙大，便于發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用
傳統石英砂濾料的粒徑只有0.5-1.2毫米，濾料層的孔隙直徑0.3-0.5毫米，甚至更低。即使陶粒濾料或無(wú)煙煤濾料，濾層孔隙直徑一般也不超過(guò)1毫米。而纖維球濾料的粒徑一般達30-50毫米，濾料層的孔隙直徑高達10-30毫米。為懸浮顆粒深入濾料層創(chuàng )造了條件。
2.3濾料層空隙分布合理
傳統濾料層都是粒徑粗細不等顆粒組成的，在濾料層反沖洗過(guò)程中，很自然地將細小顆粒濾料沖洗到濾池上方甚至沖出池外，由此，形成了上層細小、下層粗大的濾層結構，即反粒徑分布結構。而纖維球則是人為加工的濾料，濾料粒徑大小一致，所以，反沖洗后，上下層濾料的粒徑也是均勻一致的。不僅如此，由于彈性纖維球濾料具有可壓縮性，當進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，濾料層受到過(guò)濾阻力以及自身重力、截流的懸浮顆粒的重力等作用，濾料層受到垂直向下的壓力，并且這種壓力從上到下而逐漸增大，使得彈性纖維球濾料層從上到下的壓縮程度也逐漸增大，結果，濾料層空隙率從上到下逐漸減少，即和傳統濾料層的反粒徑分布特征正好相反，這也是纖維球濾料能夠發(fā)揮深層過(guò)濾作用的另一重要原因。
2.4濾料層比表面積大，吸附能力強
石英砂濾料層的比表面積通常約300—400m2/m3，即使濾粒自身帶孔隙的陶粒濾料層，比表面積也只有600—700m2/m3，而纖維球濾料層的比表面積高達3000—10000m2/m3。纖維球濾料通常為聚酯纖維等材料制成，對于污水中的活性污泥或生物膜顆粒，具有很強的吸附能力，即使在高速過(guò)濾狀態(tài)，也能夠將懸浮顆粒截流在濾層中，保證良好的過(guò)濾出水水質(zhì)。
3纖維球濾料的過(guò)濾運行特征
3.1濾料層過(guò)濾阻力小
正是由于纖維球濾料層的高空隙率、大孔徑特征，濾料層過(guò)濾阻力很小。如反沖洗結束后，纖維球濾料層的起始過(guò)濾阻力只有0.02-0.03米的水頭損失，而石英砂濾料層的起始過(guò)濾阻力達到0.15-0.2米的水頭損失。
3.2過(guò)濾濾速高
由于傳統濾料過(guò)濾的阻力較大，所以，過(guò)濾速度受到限制，通常濾速不超過(guò)10-15m/h，否則，濾層阻力將迅速增加，達到過(guò)濾阻力極限值，不得不頻繁地進(jìn)行反沖洗。此外，傳統濾料層的空隙結構分布不合理，一旦水體中的懸浮顆粒隨著(zhù)高速水流深入到濾料層內部，又很容易導致濾料層的穿透，這也是傳統濾料層無(wú)法進(jìn)行高速過(guò)濾的原因。纖維球濾料過(guò)濾阻力小，即使濾速高達30-40米，過(guò)濾阻力的增長(cháng)速度仍然較緩慢，不會(huì )因阻力的迅速上升而中止過(guò)濾。而且，纖維球濾料層下層的空隙率小、孔徑小、比表面積大，即使懸浮顆粒隨著(zhù)高速水流深入到濾料層內部，也能夠通過(guò)底層細密濾料層的有效截流，防止濾料層穿透。當然，整個(gè)纖維球濾料層的高比表面積以及纖維球的高吸附能力，也是防止濾料層穿透的有效手段，同樣也是纖維球高速過(guò)濾的保證。
3.3濾料層截污能力強
由于纖維球濾料層的高空隙率，以及纖維球濾料深層濾料層的空隙分布特征，使得纖維球濾料層的截污能力大大提高。給水過(guò)濾同步比較實(shí)驗表明，傳統石英砂濾料的截污能力一般不超過(guò)1-2kg/m3，而纖維球濾料層的截污能力高達3-5kg/m3；污水過(guò)濾同步實(shí)驗表明，石英砂濾料層因為表層濾料空隙的迅速堵塞，截污能力反而下降到0.1-0.2kg/m3，當纖維球濾料過(guò)濾廢水時(shí)，恰恰因為大顆粒懸浮物在濾料層表面的截流，更加充分地發(fā)揮了濾料層內部的截流作用，使得纖維球濾料層的截污能力進(jìn)一步提高到5-10kg/m3。
3.4過(guò)濾周期長(cháng)
由于纖維球濾料層的截污能力強，所以，過(guò)濾周期顯著(zhù)提高。在同等濾速過(guò)濾給水時(shí)，纖維球過(guò)濾的周期至少是石英砂濾料的3-4倍；在同等濾速過(guò)濾污水時(shí)，石英砂濾料的周期甚至只有10-20min，而纖維球過(guò)濾至少達8小時(shí)以上。即纖維球過(guò)濾污水的周期甚至是石英砂濾料的50倍以上。由于不需要頻繁地進(jìn)行反沖洗，所以，纖維球過(guò)濾運行非常便捷穩定，并且可以減少工作量。
3.5節省反沖洗水量
纖維球過(guò)濾過(guò)濾周期長(cháng)，反沖洗頻率低，是節省反沖洗水量的一個(gè)原因。纖維球過(guò)濾可以進(jìn)行氣、水同時(shí)反沖洗，通過(guò)氣體的強烈攪動(dòng)作用使懸浮顆粒脫離濾料表面進(jìn)入水體，隨著(zhù)反沖洗水而流出濾池，從而節省大量的反沖洗水量。由于纖維球過(guò)濾池上方設有多孔板，能夠防止濾料隨著(zhù)反沖洗水流失，所以，反沖洗的氣體強度和水流強度都不需要嚴格控制，并且能夠同時(shí)進(jìn)行氣水反沖洗，操作簡(jiǎn)便。傳統濾料的粒徑很小，不能夠通過(guò)多孔板防止反沖洗狀態(tài)的濾料流失，所以，不能進(jìn)行氣水同時(shí)反沖洗。即使進(jìn)行氣體輔助沖洗，也必須先氣體攪動(dòng)、后水流沖洗，操作不便，也不便于節約反沖洗水。纖維球濾料和石英砂濾料的同步給水過(guò)濾實(shí)驗表明，纖維球過(guò)濾的反沖洗水量與過(guò)濾產(chǎn)水量之比，只有石英砂的1/6-1/8。當用于污水過(guò)濾時(shí)，纖維球過(guò)濾的反沖洗水量與過(guò)濾產(chǎn)水量之比，僅為石英砂的1/10。
4纖維球濾料過(guò)濾能夠應用于污水處理
事實(shí)上，從上述運行特征已經(jīng)可以得出結論：纖維球濾料可以用于污水過(guò)濾，并且能夠穩定運行。纖維球濾料孔徑大，且自上向下逐漸遞減，污水過(guò)濾時(shí)，活性污泥顆�；蛎撀涞纳锬�，也能夠輕易地深入到濾料層深層，發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，不至于因為濾料表層堵塞使過(guò)濾周期急劇下降。相反，傳統石英砂或無(wú)煙煤等濾料過(guò)濾污水時(shí)，則不能夠發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，周期急劇下降而不能適用。相對于給水處理，污水中的懸浮顆粒濃度更高，一般濾料即使發(fā)揮深層截污能力，也難以保持較高的過(guò)濾周期；纖維球濾料空隙率高、截污能力大，這也是纖維球濾料能夠用于污水過(guò)濾的另一主要原因。纖維球過(guò)濾設備的反沖洗條件是氣水同時(shí)反沖洗。借助于氣體攪動(dòng)，可以提高反沖洗效果、降低反沖洗用水量。而污水處理工藝中，常常采用鼓風(fēng)曝氣。借助鼓風(fēng)曝氣氣源進(jìn)行纖維球過(guò)濾設備反沖洗，可以避免增設鼓風(fēng)設備，這也是纖維球過(guò)濾設備能夠便捷地用于污水過(guò)濾的另一條件。
5纖維球濾料過(guò)濾工藝是當今污水深度處理的最佳選擇
5.1技術(shù)優(yōu)勢
由于我國城市污水量逐年增加，我國不得不執行更加嚴格的污水尾水排放標準。但是，我國污水處理廠(chǎng)的處理工藝仍然停留在污水二級生化處理，并且今后一段時(shí)期內，國家或地方政府也不可能要求污水廠(chǎng)增設活性炭、臭氧氧化、反滲透等深度處理工藝。而針對越來(lái)越嚴格的排放標準，二級生物處理又無(wú)能為力，這應該是業(yè)內人士的共同認識。上述運行數據表明，纖維球過(guò)濾二沉池出水時(shí)，懸浮顆粒濃度從10-20mg/L左右下降到2mg/L以下，SS去除率接近90%；COD濃度從70-80mg/L左右下降到40mg/L左右，COD去除率接近50%。纖維球過(guò)濾不僅能夠顯著(zhù)改善尾水水質(zhì)，符合當今發(fā)展趨勢；而且能夠高速過(guò)濾，濾速可以達到20-40m/h。而且過(guò)濾周期達到10-20h，即能夠穩定地用于污水過(guò)濾，不必頻繁地進(jìn)行反沖洗。
5.2經(jīng)濟優(yōu)勢
纖維球過(guò)濾設備投資較省，一般約20-30元/（m3水/日）。只需要增加二級生物化學(xué)處理工藝投資的1-2%的投資，即可以實(shí)現污水深度處理。而其它深度處理單元的投資通常高達纖維球過(guò)濾的幾十倍甚至幾百倍。纖維球過(guò)濾設備再生簡(jiǎn)便，只需要進(jìn)行氣水反沖洗，并且反沖洗耗水量很少，成本很低。與活性炭吸附的再生費用簡(jiǎn)直不能比較。
5.3空間改造優(yōu)勢
纖維球過(guò)濾設備占地很少，通常相當于二沉池占地的1/40-1/20。由于體量很小，所以，便于在已經(jīng)建有二級生物處理工藝的現狀污水廠(chǎng)內增設，改造工程非常簡(jiǎn)便。此外，纖維球過(guò)濾設備體量小，所以，常常制造成罐式過(guò)濾設備，運輸、移動(dòng)、安裝等也非常便捷。
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