微絮凝超濾再生水補(bǔ)充景觀水體的試驗(yàn)研究

周友新

(鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇鹽城224051)

微絮凝超濾再生水補(bǔ)充景觀水體的試驗(yàn)研究

周友新

(鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇鹽城224051)

以北小河污水處理廠二級(jí)處理出水為原水，經(jīng)微絮凝超濾深度處理后對(duì)景觀水體進(jìn)行補(bǔ)水，對(duì)超濾工藝再生城市污水補(bǔ)充景觀水體的可行性進(jìn)行考察，研究結(jié)果表明，微絮凝超濾對(duì)濁度、總磷等處理效果顯著，但對(duì)色度、CODCr等處理效果不理想，故微絮凝超濾再生城市污水不能回用于娛樂(lè)性景觀水體的補(bǔ)水。

超濾;微絮凝;景觀水體

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市水資源日益緊張，而有限的水資源又受到水污染的嚴(yán)重威脅，為避免水危機(jī)的進(jìn)一步深化，必須對(duì)污水進(jìn)行深度處理，使再生水成為穩(wěn)定的城市水源。近幾年，將城市污水處理后回用于噴灑道路、農(nóng)田灌溉、沖廁、綠化景觀、補(bǔ)充地下水等已越來(lái)越普遍，北京、天津、沈陽(yáng)、太原、青島和大連等城市相繼建設(shè)了污水回用工程。污水的再生回用在缺水地區(qū)及干旱年份更是必不可少，同時(shí)污水的再生利用也減少了污水對(duì)水環(huán)境的污染負(fù)荷。本文對(duì)污水廠二沉池出水經(jīng)過(guò)微絮凝超濾處理，補(bǔ)入污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)32 m2的實(shí)驗(yàn)水池，考察超濾膜對(duì)污水的深度處理效果，同時(shí)對(duì)超濾再生水補(bǔ)充景觀水體的可行性進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

北小河污水處理廠采用普通活性污泥法處理工藝，其出水水質(zhì)有一定的波動(dòng)。本試驗(yàn)取北小河污水廠的二級(jí)出水進(jìn)行直接超濾再生處理，采用國(guó)產(chǎn)(?？诹⑸咎峁?平均截留相對(duì)分子量為100 000 Da的超濾膜，材質(zhì)為改性PVC，采用恒通量過(guò)濾方式，加壓方式為內(nèi)壓式。操作參數(shù)如下:通量2 m3/h，過(guò)濾15 min后進(jìn)行水力清洗，其清洗的程序是用原水正沖15 s，再用濾后水反沖30 s，最后再用原水正沖15 s。原水在進(jìn)入膜組件前先經(jīng)過(guò)以色列Arkal公司生產(chǎn)的100～200 μm疊片式過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行預(yù)處理，以防止大的顆粒阻塞膜孔。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的連續(xù)運(yùn)行后，流量衰減明顯而水力沖洗不能恢復(fù)膜通量時(shí)對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗劑為0.5%的NaOH和20 mg/L的NaClO混合溶液。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的工藝流程如圖1所示:

圖1 實(shí)驗(yàn)工藝流程

實(shí)驗(yàn)中用到的分析儀器有:紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、sp－1105型可見(jiàn)分光光度計(jì)、HH－Ⅲ型化學(xué)耗氧量測(cè)定儀、WGZ－100型散射式光電濁度儀等。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 濁度

濁度是衡量水的光透射率、標(biāo)示排放廢水以及天然水水質(zhì)在膠體和殘留懸浮物等方面的一項(xiàng)指標(biāo)。濁度是由于水中含有泥沙、粘土、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、浮游生物和微生物等懸浮物質(zhì)所造成的。懸浮顆粒和膠體是堵塞超濾膜的主要因素，也是造成SDI(膜污染指數(shù))值超標(biāo)的主要原因。由于北小河污水處理廠的出水水質(zhì)變化較大，所以懸浮顆粒和膠體的成分也有較大差異，主要包括細(xì)菌、黏土、腐殖酸等物，以及預(yù)處理系統(tǒng)中投加的絮凝劑。污水中膠體較難處理，大多數(shù)膠體因帶有同性電荷而相互排斥，懸浮于水中。膠體的去除，可以通過(guò)在原水中投加絮凝劑，經(jīng)有效地混合再通過(guò)UF膜除去形成的微絮凝體。圖2所示為UF出水濁度及其去除率變化情況。試驗(yàn)運(yùn)行期間，原水的濁度為2.95～16.7 NTU，投加的絮凝劑為聚鋁和聚鐵，超濾出水的濁度為0～0.6 NTU，平均濁度為0.01 NTU?？梢?jiàn)盡管原水的濁度變化較大，但是超濾出水的濁度非常穩(wěn)定，大多數(shù)情況下濁度為零。在裝置運(yùn)行的大部分時(shí)間里，濁度去除率一般穩(wěn)定在95%。這是由于超濾膜的孔徑較小，僅為0.01 μm，在投加一定量絮凝劑情況下，超濾膜即可截留了水中幾乎全部的膠體和懸浮顆粒物等。對(duì)二級(jí)處理出水和超濾再生水的濁度比較結(jié)果如圖2所示。

2.2 色度

過(guò)高色度的廢水常給人以不愉快感，排入環(huán)境后又使天然水著色，減弱水體的透光性，影響水生生物的生長(zhǎng)。圖3給出了超濾膜對(duì)二沉池出水中色度的去除情況。

圖2 UF膜對(duì)原水的濁度去除情況

圖3 UF膜對(duì)原水色度的去除情況

從圖3可以看出，無(wú)論使用哪種絮凝劑，其色度的去除率都在40%左右，效果不是很明顯。

2.3 CODCr

水體的富營(yíng)養(yǎng)化除了主要限制因子氮和磷外，藻類的生長(zhǎng)還需要一定量的有機(jī)物質(zhì)及適宜的溫度;所以利用再生水對(duì)景觀水體進(jìn)行補(bǔ)水時(shí)，除了控制氮磷的輸入還要控制有機(jī)物質(zhì)的輸入，而CODCr是一種常用的表示廢水中有機(jī)物的方法，所以在本實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)測(cè)定水中CODCr的量及其去除情況來(lái)表示廢水中有機(jī)物的去除情況。

從圖4可看出，聚合氯化鋁投加量為15 mg/L的情況下，其去除效果比其余幾種投加量的效果好且有較穩(wěn)定的去除率，從圖中可知在不同聚合氯化鐵投加量的情況下CODCr在聚鐵投加量為10 mg/L時(shí)，其CODCr的去除率是最高的。

由此可知，在用直接微絮凝超濾法對(duì)污水廠二沉池出水進(jìn)行深度處理時(shí)，為去除水中的CODCr，聚鋁的最佳投加量是15 mg/L，此時(shí)CODCr的去除率在30%左右，聚鐵的最佳投加量為10 mg/L，此時(shí)CODCr的去除率同樣在30%左右。

圖4 UF膜對(duì)CODCr的去除

2.4 總磷

磷是生物生長(zhǎng)必需的元素之一，但是水體中磷含量過(guò)高，即超過(guò)0.02 mg/L時(shí)，在其它條件合適時(shí)，可造成藻類的大量繁殖，直至數(shù)量上達(dá)到有害的程度，造成湖泊、河流透明度降低，水質(zhì)變壞，也就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化，因此磷也是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)。

磷是第一位限制因子，通過(guò)限制水體中限制性因子可以抑制藻類的生長(zhǎng)，所以在對(duì)污水再生處理并用于景觀水體的補(bǔ)水時(shí)，通過(guò)超濾系統(tǒng)加藥去除限制性營(yíng)養(yǎng)鹽總磷，可以達(dá)到控制藻類的目的。在本實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)考察了超濾膜對(duì)總磷含量的去除，其去除情況如圖5所示。

從圖5可以看出，磷的去除隨著絮凝劑量的增加逐漸提高，當(dāng)絮凝劑投加量超出某范圍后，其去除效果反而下降，由此可以看出，絮凝劑聚鋁的最佳投加量應(yīng)為15 mg/L。

2.5 總氮

根據(jù)王曉昌等［2］對(duì)城市生活污水的測(cè)定及分析可知，城市生活污水中NO3－N和NO2－N濃度幾乎為零;因此無(wú)機(jī)氮僅以NH3－N的形式存在，而且城市生活污水中無(wú)機(jī)氮濃度高于有機(jī)氮，溶解性和懸浮性氮在有機(jī)和無(wú)機(jī)氮中幾乎占同樣的比例。經(jīng)過(guò)污水處理廠二級(jí)處理后，出水中NO2－N幾乎為零，含有有機(jī)氮、NH3－N和NO3－N，NO3－N應(yīng)該是污水廠脫氮工藝過(guò)程中有機(jī)氮以及NH3－N硝化產(chǎn)物。

由下頁(yè)圖6可知，不同絮凝劑對(duì)總氮的去除效果均不顯著，且隨著絮凝劑量的增加，總氮的去除也沒(méi)有明顯提高，由此可知微絮凝超濾工藝對(duì)原水中總氮的去除不能達(dá)到要求。根據(jù)王曉昌［2］等對(duì)生活污水中污染物的研究知道，生活污水中溶解性氮濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于懸浮性氮，而懸浮性的氮通過(guò)一級(jí)處理或強(qiáng)化一級(jí)處理大部分可以去除。通過(guò)污水廠的二級(jí)處理后，出水中的氮大部分為溶解性的氮，超濾膜對(duì)總氮的去除，主要是絮凝吸附為主，而絮凝吸附主要去除原水中少量的懸浮性和大分子有機(jī)氮，對(duì)原水中小分子氮的絮凝吸附作用甚微，而超濾膜的截留分子量較原水中的氮的分子量大，故其去除效果不佳。

2.6 大腸菌

國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局對(duì)景觀環(huán)境用水的再生水水質(zhì)指標(biāo)有明確的要求(GB/T18921－2002)，指標(biāo)中對(duì)大腸菌和糞大腸菌均有嚴(yán)格要求，本實(shí)驗(yàn)中也對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分析，結(jié)果如下頁(yè)圖7所示。

圖6 UF膜對(duì)總氮的去除

圖7 UF膜對(duì)大腸菌的去除情況

從圖7中可以看出，超濾膜對(duì)總大腸菌及糞大腸菌的去除率幾乎接近100%，我們可以認(rèn)為用超濾再生污水時(shí)，再生回用水中大腸菌符合景觀環(huán)境用水的再生水水質(zhì)控制指標(biāo)(GB/T18921－2002)中觀賞性景觀環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)(2 000個(gè)/L)，但不滿足娛樂(lè)性景觀環(huán)境用水中水景類對(duì)再生水回用標(biāo)準(zhǔn)的要求(不得檢出)。

3 結(jié)論與建議

①該污水處理廠的二級(jí)出水如果直接回用于景觀水體，其出水水質(zhì)不能滿足推薦的景觀水水質(zhì)要求，因此二級(jí)出水必須經(jīng)深度處理后才能回用于景觀。②一定的絮凝劑投加量的情況下，直接微絮凝超濾工藝對(duì)水中磷的去除可以達(dá)到98%以上。③直接微絮凝超濾工藝對(duì)水中CODCr的去除只有30%左右，效果不明顯。④微絮凝超濾工藝不適宜用于去除原水中總氮。⑤微絮凝超濾工藝對(duì)水中大腸菌并不能完全達(dá)到100%的去除，如超濾出水直接用于娛樂(lè)性景觀用水需進(jìn)行消毒處理。

［1］鮑憲枝.大旱后對(duì)缺水城市的思考［J］.給水排水，2001，27(3):16－18.

［2］王曉昌，金鵬康，趙紅梅，等.城市生活污水中的污染物分類及處理性評(píng)價(jià)［J］.給水排水，2004，30(9):38－40.

［3］侯瑞波，陳曄.中水回用的處理工藝［J］.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2002，29(10):39－40.

［4］王鶴立，陳雷，程麗，等.再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)探討［J］.中國(guó)給水排水，2001，17(12):31－35.

［5］陳立，王啟山，邱慎初，等.《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》國(guó)標(biāo)制定過(guò)程中的若干問(wèn)題研究［C］.全國(guó)城市污水再生利用經(jīng)驗(yàn)交流和技術(shù)研討會(huì)論文集，天津:2003，10.

［6］李健，李富元，關(guān)代宇，等.天津開(kāi)發(fā)區(qū)“雙膜法”污水再生回用工程［J］.中國(guó)給水排水，2003，19(4):96－97.

X52

A

1003－3467(2010)20－0022－04

2010－09－21

周友新(1971－)，女，從事污水處理研究工作，電話:13805107952。