翟慧霞

(太原市自來水公司供水設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030009)

1 概述

在中水回用原水中，洗浴廢水是污染程度較輕的污水，屬優(yōu)質(zhì)雜排水，處理難度相對較小，且洗浴廢水排水量較大，容易分流，便于收集，是優(yōu)先選擇的中水回用原水［1］。目前洗浴廢水的處理方法有以物化處理為主的工藝、以生物處理為主的工藝及物化處理和生物處理相結(jié)合的工藝，但由于運(yùn)行費(fèi)用過高、運(yùn)行管理復(fù)雜、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等原因?qū)е铝嗽S多中水回用設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)不到預(yù)期的目的。

所謂預(yù)涂膜過濾技術(shù)是在過濾過程中加入一定量的助濾劑，經(jīng)過一段時(shí)間的循環(huán)，在過濾元件上形成穩(wěn)定的過濾預(yù)涂膜，它將簡單的介質(zhì)表面過濾變?yōu)樯顚舆^濾，產(chǎn)生較強(qiáng)的凈化過濾作用［2］。硅藻土過濾技術(shù)(DEF)采用的助濾劑是硅藻土，該技術(shù)是利用硅藻土特殊的孔結(jié)構(gòu)，主要通過機(jī)械篩濾及吸附截流作用來實(shí)現(xiàn)對水中各污染物去除的。PDF技術(shù)即粉末活性炭和硅藻土聯(lián)用的預(yù)涂膜過濾技術(shù)，該技術(shù)是在DEF的基礎(chǔ)上提出的，過濾方式與DEF一樣，只是在預(yù)涂劑中添加了PAC。DEF技術(shù)目前在水處理領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用于游泳池循環(huán)水處理和飲用水的深度處理中，但硅藻土本身吸附作用的有限性限制了該技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，只局限于有機(jī)物濃度較低的水處理中。

本課題前期將DEF技術(shù)用于洗浴廢水的處理中，結(jié)果表明:DEF技術(shù)處理洗浴廢水是可行的，但同時(shí)也存在著一些問題:試驗(yàn)使用的硅藻土粒徑較大，出水水質(zhì)雖達(dá)到雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但有進(jìn)一步提高的可能和必要;試驗(yàn)結(jié)果表明:DEF對有機(jī)物的去除率不高，平均去除率為40%左右。因此要將該技術(shù)在洗浴廢水的處理中應(yīng)用和推廣，就要在不斷提高出水水質(zhì)尤其是有機(jī)物去除率的同時(shí)，延長過濾周期。PDF技術(shù)正是利用了PAC對有機(jī)物較強(qiáng)的吸附性，除了對水進(jìn)行精密過濾外，同時(shí)還利用PAC的吸附作用去除水中的有機(jī)物［3］。

2 中試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)工藝流程及工況

2.1.1 試驗(yàn)原水

本實(shí)驗(yàn)以某高校學(xué)生浴室的洗浴廢水為實(shí)驗(yàn)原水，通過以下工藝流程對洗浴廢水進(jìn)行處理，處理流量為0.8 m3/h～2 m3/h。

2.1.2 試驗(yàn)工藝流程

工藝流程如下:

洗浴廢水→粗格柵→細(xì)格柵→毛發(fā)過濾器→調(diào)節(jié)池→吸水泵→貯水罐→砂濾罐→硅藻土過濾器→出水。

2.1.3 試驗(yàn)裝置

1)砂濾罐。

試驗(yàn)采用鋼制砂濾罐，濾速為8 m/h～10 m/h，反沖洗強(qiáng)度為6 L/(m2·s)。

2)硅藻土過濾器。

試驗(yàn)采用柱狀硅藻土過濾器，過濾器直徑0.242 m，高度為0.93 m，內(nèi)設(shè)3根過濾組件，直徑為0.06 m。過濾組件由濾元和濾布組成，濾元的材質(zhì)為ABS塑料，呈星形結(jié)構(gòu)，外面被由聚丙乙烯細(xì)紋編織的目數(shù)為325的袋狀濾布包裹。

2.1.4 試驗(yàn)工況

為了研究該技術(shù)預(yù)涂量、PAC種類及DE和PAC的配比三種影響因素對進(jìn)水流量及出水處理效果的影響，得出了針對實(shí)驗(yàn)原水的PDF技術(shù)的最佳運(yùn)行工況。本課題在前期DEF及燒杯試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，針對不同預(yù)涂量、PAC目數(shù)及PAC和DE的配比設(shè)計(jì)了以下10種工況。試驗(yàn)中采用700 g，800 g，900 g，1 100 g 4種不同的預(yù)涂量，100目，200目，250目三種不同目數(shù)的PAC，1∶1，2∶1，3∶1 不同的 DE 和 PAC 配比，其中 A，B，C，D，E，F(xiàn)，G工況DE和PAC配比均為1∶1，主要是考察不同的預(yù)涂量和PAC種類對進(jìn)水流量及各污染物去除率的影響;E，H，I，J工況預(yù)涂量均為 800 g，DE 和 PAC 的配比為 1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶3，主要是相同預(yù)涂劑種類及預(yù)涂量下，不同預(yù)涂劑配比下對進(jìn)水流量及各污染物的去除率的影響。

不同試驗(yàn)工況見表1。

表1 不同試驗(yàn)工況一覽表

2.2 PAC種類及預(yù)涂量對進(jìn)水流量及各污染物去除率的影響

2.2.1 進(jìn)水流量隨運(yùn)行時(shí)間的變化曲線

圖1為不同PAC種類及預(yù)涂量工況下，進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化曲線。

由圖1可以看出，相同PAC種類，增加預(yù)涂量可以延長運(yùn)行時(shí)間;一定的預(yù)涂量下，進(jìn)水流量隨PAC目數(shù)的增大減小速度加快，這是因?yàn)楣柙逋辆哂歇?dú)特的孔結(jié)構(gòu)，有孔隙再造的能力，屬于助濾劑，而PAC不是助濾劑，主要對污染物起吸附作用，而且為了保證PAC吸附容量的充分發(fā)揮，一般選擇粒徑較小、吸附速度較快的PAC，因此在預(yù)涂劑中加入PAC對運(yùn)行周期有一定的影響。因此在確保對有機(jī)物去除率的前提下，盡量減少預(yù)涂劑中PAC的量，選擇合適目數(shù)的PAC，以延長過濾周期。

圖1 不同工況下進(jìn)水流量與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系

2.2.2 不同PAC種類及預(yù)涂量下濁度和CODCr的去除率

從圖2，圖3中可以看出，PDF工藝對洗浴廢水中的濁度均有較高的去除效果，而對CODCr的去除率相對較低且各工況之間相差較大。濁度的去除率隨著預(yù)涂量的增大和PAC粒徑的減小都有所提高，但增幅不大。CODCr的去除率隨預(yù)涂量的增加而增大，隨PAC的目數(shù)的減小而減小。

分析原因如下:

1)濁度的去除主要靠機(jī)械篩濾作用，而機(jī)械篩濾作用隨著預(yù)涂膜厚度的增大也即預(yù)涂量的增加，濾層截污能力提高，是由于水流通過濾層流線增長，因此懸浮顆粒的截留時(shí)間也增長，當(dāng)外部的硅藻土沒有攔截住懸浮顆粒時(shí)，逐步由內(nèi)側(cè)的硅藻土來截留。

圖2 不同工況下濁度去除率

圖3 不同工況下CODCr去除率

2)CODCr的去除除了隨濁度的減小而去除一部分外，其中溶解性有機(jī)物的去除主要靠吸附作用完成，而吸附作用又受到PAC投加量及粒徑影響，投加量越大粒徑越小，吸附點(diǎn)越多，吸附作用也就越強(qiáng)。因此，CODCr的去除率受PAC目數(shù)及投加量的影響較大。同時(shí)還可以看出，與PAC的目數(shù)相比，預(yù)涂量對去除效果的影響較大，但隨著PAC目數(shù)的增大，預(yù)涂量對CODCr去除效果的影響相對減弱。這一現(xiàn)象說明了，PAC的吸附作用在CODCr的去除中起主要作用，在此種情況下，盲目的增加PAC的投加量不僅對CODCr去除率的提高沒有明顯的效果，而且容易造成PAC的浪費(fèi)，同時(shí)當(dāng)PAC粒徑過小時(shí)還可能堵塞預(yù)涂膜的孔隙對濁度的去除造成一定的影響。

總之，從預(yù)涂量來說，當(dāng)預(yù)涂量達(dá)到800 g以上時(shí)，CODCr的去除率相對穩(wěn)定，且隨著預(yù)涂量的增加而增大。預(yù)涂量為700 g時(shí)，濁度的去除效果不穩(wěn)定，雖然對濁度有一定的去除率但出水濁度達(dá)不到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。從PAC的目數(shù)來看，相同的預(yù)涂量下采用200目的PAC和250目的PAC對CODCr的去除率相差不大，同時(shí)考慮到水頭損失隨運(yùn)行時(shí)間的變化，不宜采用250目的PAC。因此，在綜合考慮各種污染物去除率、運(yùn)行時(shí)間及經(jīng)濟(jì)等方面，本試驗(yàn)采用200目的PAC，預(yù)涂量為800 g。

2.3 相同預(yù)涂劑種類及預(yù)涂量下，不同預(yù)涂劑配比下對進(jìn)水流量及各污染物的去除率的影響

2.3.1 200目PAC-DE聯(lián)用不同配比下硅藻土過濾器進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化關(guān)系

從圖4中可以看出，在運(yùn)行前10 min內(nèi)的進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化較不穩(wěn)定，規(guī)律性不明顯。運(yùn)行10 min以后，曲線趨于穩(wěn)定，具有一定的規(guī)律性。在相同的預(yù)涂劑種類及預(yù)涂量的情況下，隨著預(yù)涂劑中PAC比重的減小，進(jìn)水流量隨運(yùn)行時(shí)間的變化減小。工況J(DE∶PAC=3∶1)時(shí)，進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化曲線最平緩，也就是可以保證較長的過濾周期。

圖4 不同配比下進(jìn)水流量與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系

2.3.2 不同配比下濁度、CODCr及LAS的去除率

同時(shí)考慮圖5，圖6不同工況下各污染物的去除率，不同的配比對濁度和LAS的影響不大，而不同配比對CODCr的去除影響較大但沒有規(guī)律性。

圖5 不同工況下運(yùn)行30 min出水的去除率

圖6 不同工況下運(yùn)行180 min出水的去除率

綜合考慮不同配比工況下各污染物的去除效果并結(jié)合進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化情況，本試驗(yàn)采用DE∶PAC=3∶1。

2.4 PEF技術(shù)與DEF技術(shù)對污染物去除效果的比較分析

從圖7，圖8中可以得出，預(yù)涂劑中添加PAC時(shí)比單獨(dú)使用DE、濁度和CODCr的去除率均有不同程度的提高，并且PDF技術(shù)能在較高的進(jìn)水負(fù)荷下保證較好的處理效果。這是因?yàn)樵赑DF技術(shù)中PAC吸附和DE過濾互為補(bǔ)充，PAC吸附有機(jī)物彌補(bǔ)了DE應(yīng)用于洗浴廢水處理的不足，同時(shí)硅藻土過濾又為PAC提供了一種新的應(yīng)用形式，充分發(fā)揮了PAC的吸附特點(diǎn)和容量。

圖7 不同過濾流量下濁度去除率

圖8 不同過濾流量下CODCr去除率

3 結(jié)語

1)中試實(shí)驗(yàn)分別對預(yù)涂量、PAC種類及PAC和DE配比等影響因素進(jìn)行了考察，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果從進(jìn)水流量隨運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系、各污染物的去除率和經(jīng)濟(jì)因素等方面綜合考慮，建議本試驗(yàn)設(shè)備最優(yōu)運(yùn)行工況為采用小于 200目的 PAC，預(yù)涂量800 g，DE∶PAC=3∶1。

2)與DEF技術(shù)相比，PAC和DE聯(lián)用可以有效地提高濁度及CODCr的去除率，并且可以在較高的進(jìn)水負(fù)荷下達(dá)到較好的處理效果。針對試驗(yàn)原水，PDF技術(shù)在最優(yōu)工況下，對濁度的去除率可以達(dá)到98%，CODCr的去除率達(dá)到73%，LAS的去除率達(dá)到97%，同時(shí)PDF技術(shù)具有小型化、運(yùn)行管理簡單、間歇性運(yùn)行、投資和處理成本低等特點(diǎn)，將具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］崔福義，任 剛，安 全.混凝法處理洗浴廢水的試驗(yàn)研究［J］.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，20(1):69-73.

［2］趙顯日.硅藻土預(yù)涂層過濾技術(shù)［J］.遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，23(1):58-59.

［3］紀(jì)任旺，范瑾初，仇雁翎.粉末活性炭與硅藻土聯(lián)用(PDF)用于飲用水深度處理的研究［J］.環(huán)境與開發(fā)，1998，13(3):5-9.

［4］寇立森.硅藻土過濾技術(shù)及設(shè)備［J］.流體工程，1992(9):42-46.