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微絮凝/盘式过滤器用于雨水回用处理的研究
更新时间:2016-10-19 来源:《给水排水》 作者:王慧莉,归谈纯,顾海玲,杨俊

摘要:水资源匮乏已经成为人们目前面临的严重危机之一,水资源的供需矛盾日益突出,雨水的收集利用则是缓解这一问题的有效措施之一。建筑屋面的雨水经收集处理后可用于水质要求较低的城市杂用水,从而大大减少自来水的用量,节约宝贵的饮用水资源。微絮凝/盘式过滤器工艺用于雨水回用处理系统,对SS、浊度、TP和铁都有较好的处理效果。在试验水质条件下,PAC投加量为15mg/L时,微絮凝/盘式过滤工艺的出水水质基本满足回用水水质要求。

0 引言

我国尽管以28 000亿m3 的水资源总量占世界排名的第六位,但人均占有量仅为2 250m3,为世界人均值的1/4,是世界上26个最缺水的国家之一。在建筑行业从施工、使用到维护的进程中,都会消耗大量的自然资源以及造成沉重的环境负面影响[1]。因此,考虑利用初期弃流后的雨水经过常规处理,用于厕所冲洗、室外水景补水、绿化浇灌和道路冲洗等用途。

雨水常规处理工艺中的过滤工艺常选用内置石英砂、无烟煤等滤料的过滤器,这类设备体积比较大,滤速慢,反冲洗系统复杂、耗水量大,而且反冲洗不彻底,容易导致过滤器堵塞,运行维护比较麻烦。而盘式过滤器作为一种新型过滤器,早期被用于保护农业灌溉系统,后随着技术的成熟和发展,其应用领域也逐步拓展到了市政给水处理、市政废水处理、工业废水处理、工业用水处理、海水淡化等众多水处理领域。

刘广容等[2]对国内外的盘式过滤器进行测试,由于盘式过滤器盘片内含过水通道,水流无较大阻力,50μm 精度过滤盘片的周期产水量约为0.66m3,100μm 精度过滤盘片的周期产水量约为5.5m3。因此,相较叠式过滤器,盘式过滤器具有滤速快、占地面积小、自动化程度高、运行维护费用低的特点,可因地制宜地安装使用。同时,其盘片采用工程塑料材质,非常坚固,耐磨损、耐腐蚀,使用寿命长,经多年实际应用的验证,其过滤和反洗效果不会因使用时间久而明显衰减,故可考虑将其用于屋面雨水收集后的处理系统中。本文以走马塘河水模拟处理为对象,探讨微絮凝/盘式过滤器在雨水回用处理中应用的可能性和效果。

1 工作原理

盘式过滤器的过滤机理是原水进入盘片后,过滤盘片在弹簧力和水力的作用下被紧紧地压在一起,杂质颗粒被截留在盘片交叉点(如图1所示),经过过滤的水从过滤器流出。其核心技术为盘片。过滤盘片的精度有20μm、50μm、100μm、200μm 多种规格,过滤比大于85%。反冲洗时,由于完全打开的过滤孔隙以及离心喷射的共同作用,反洗过程只需20s左右,自耗水量约为0.25%[3]。

2 试验装置和方法

2.1 试验用水水质

经过对上海市杨浦区走马塘河水水质的分析测定,可知河水与屋面径流雨水水质相近。因此,采用走马塘河水,对微絮凝/盘式过滤工艺的处理效果进行试验研究。上海地区斜坡瓦屋面和平顶水泥屋面两种不同类型屋面的雨水径流经初期弃流2mm后的水质平均值见表1[4]。试验期间走马塘河水水质情况见表2。

2.2 试验取样方法

进水水样采集点为进水调节水箱,出水水样采集点为盘式过滤器的出水管位置。采集某一过滤周期的进、出水水样时,在同一周期内不同时刻共采集3次水样,取3次水样的等比例混合水样进行水质分析。本试验进水流量为10m3/h,过滤周期约为46min,过滤时间为45min,反冲洗时间为20s,每个周期的取样时间分别为15min、25min、35min时刻。每个工况点进行6次平行试验,取其平均值作为进出水浓度。

2.3 试验装置与工艺流程

微絮凝/盘式过滤处理工艺处理模拟雨水的工艺流程如图2所示。

2.4 盘式过滤器选择

针对不同的进水水质和过滤精度,其正常的产水量也是不同的。盘式过滤器的过滤精度越高,处理效果越好,因此在同样进水水质下,产水量相对降低。综合考虑进水水质、过滤精度、产水量等因素以及处理后主要用途为道路清扫、城市绿化浇灌,因此,本试验选择50μm精度过滤盘片。

2.5 试验药剂

微絮凝过滤是在原水中加入絮凝剂,经简易絮凝池或絮凝设备快速混合后形成粒径相近的微絮粒,即刻进行过滤的方式,一般用于处理微污染水源水。微絮凝过滤中不需要生成尺寸很大的絮体,故絮凝剂的投加量也显著减少,据估算可节省10%~30%的药剂[5]。同时,由于微絮凝的絮凝时间较短,要求选用的絮凝剂应能快速发挥絮凝作用[6],且经过盘式过滤器时滤速较快,要求絮体颗粒的密实度高。

水处理中常用的铁盐混凝剂,例如三氯化铁(FeCl3·6H2O)、聚硫酸铁(PFS)等存在一定的返色、腐蚀问题[7]。在混凝沉淀效果相当时,聚氯化铝(PAC)的投加量(以Al2O3计)能降低至硫酸铝的50%左右,且对原水pH的影响小,其制水成本也比采用硫酸铝时降低15%[8]。因此,PAC具有适应性强、生成絮体快且密实、无毒、不会影响色度、可成倍提高效能且相对价廉等优点,可满足雨水处理工艺的要求。本试验采用聚氯化铝(PAC)作为絮凝剂,其Al2O3含量≥28%。

2.6 分析项目及分析仪器

水样主要检测项目为水温、pH、悬浮性固体(SS)、浊度、总磷(TP)、重金属(Fe),样品分析方法及所需分析仪器如表3所示。由于经弃流后的雨水中氨氮、TN和TDS浓度本就比较低,故都符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)和《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)中对冲厕、道路清扫、绿化浇灌和景观用水的水质要求。

3 结果与讨论

3.1 PAC投加量对SS去除效果的影响通过改变PAC的投加量分析微絮凝/盘式过滤工艺对原水中悬浮物去除效果变化趋势,如图3所示。在该工况下SS的去除率曲线均在投加量为15mg/L之前呈快速上升的态势,此后去除率曲线趋于平稳,随着PAC投加量的增加,SS的去除率保持缓慢增长,几乎没有变化。当PAC投加量大于15mg/L时,出水的SS去除率即可达到57.8%,出水的SS稳定在15.7mg/L以下。

版权、出处:《给水排水》

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