纤维束-微絮凝过滤工艺运行参数的探讨

　　微絮凝过滤充分体现了深层滤料中的接触凝聚或絮凝作用。它实际是在混凝、过滤作用机理深入研究的基础上，将混凝与过滤过程有机集成一体，形成了当今水处理的高新技术系统。^［1］在处理湖泊、水库等低浊度水方面具有较高的推广价值。
　　 济南市水质净化二厂的再生水工程采用了纤维束—微絮凝过滤工艺，其出水水质符合GB/T18920－2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。与传统处理工艺相比，在投药量、产水量、制水成本等方面具有明显的经济效益。运行期间对该工艺的相关运行参数进行了细致、深刻的研究和分析，以便为该工艺的运行管理提供经验。

一、再生水系统工艺流程介绍
　　 济南市水质净化二厂采用先进的脱氮除磷双沟式氧化沟工艺，日处理污水20万吨。终沉池二级出水经提升泵提升后进入再生水系统， 在投加点加入混凝剂，经混和器混合均匀后，进入纤维束过滤器过滤，以进一步去除水中的悬浮物。纤维过滤器的出水经二氧化氯（ClO₂）消毒后进入清水池，经外输泵加压进入中水管网中。工艺流程为：

　　该工艺的核心设备是纤维束过滤器。它是一种结构先进、性能优良的过滤设备。滤料采用纤维束，它是一种新型的束状软填料，其滤料直径可达几十微米甚至几微米^［2］，并具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题。微小的滤料直径，极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。纤维束滤料的截污容量是石英砂滤料的3倍，是陶滤料的1.7倍；滤速是石英砂滤料的2～2.5倍，是陶滤料的1.5倍^［2］。为了充分发挥纤维束滤料的特长，在纤维束滤料内设有水囊，水囊充一定量的水后，通过水囊对纤维束的挤压，使滤层沿水流方向的截面逐渐缩小，密度逐渐加大，相应滤层孔隙直径逐渐减小，实现了理想的深层过滤。当滤层被污染需要清洗再生时，可将水囊内的水排出，使纤维束处于放松状态，即可用气水方便的清洗。纤维束过滤器可有效去除水中的悬浮物，并对水中的有机物、胶体、铁、锰有明显的去除。它具有过滤速度快、精度高、截污容量大等优点，可广泛用于各种工业用水和生活用水及再生水的过滤处理。

二、 纤维束过滤器运行参数的研究与分析

（一）实验研究条件
　　 净化二厂的再生水系统进水采用了脱氮除磷氧化沟工艺的二级出水，进水水质稳定(SS≤30mg/L； BOD₅≤8mg/L；CODcr≤50mg/L；氨氮≤1.5mg/L；TP≤2.0mg/L)，为本研究提供了可靠的保证；纤维束滤料与滤床深度不变；采用上向流等速变水头过滤，滤速为15～40 m/h，水头损失穿透滤料标准设为0.10MPa；絮凝剂采用聚合氯化铝，根据经验投药量控制在1～10mg/L进行试验。

（二）滤速对过滤周期的影响
　　 过滤周期的长短主要由过滤器进水管和出水管之间的水头损失决定，而起始的水头损失小（仅为0.02 MPa左右，相应延长过滤周期）是纤维束过滤器的优点之一。此外，滤料与滤床深度一定时，滤速越大，颗粒污染物在滤床中向上迁移的越快，过滤周期也越短。六种滤速下,投药量为2 mg/L的试验结果见表1：

表1 滤速对过滤周期的影响

　　实验表明，虽然滤速越小，过滤周期越长，但是滤速太小，相对应单位时段的产水量也减少；滤速太大，过滤周期缩短，反冲洗频繁，相对应的运行成本加大。滤速大于30 m/h，过滤周期明显缩短，出水水质变差；滤速小于25 m/h，虽然出水水质较好，但日产水量明显减少，不能充分发挥设备的效能。所以，在纤维束滤料与滤床深度不变的情况下，25～30 m/h是较佳的过滤滤速。

（三）投药量对过滤周期的影响
　　 投药量(本实验采用了聚合氯化铝)对过滤周期具有显著的影响。实践表明，聚合氯化铝稍低或稍高的投量均会显著影响出水水质和过滤周期，因此精确控制其最佳药投量是获得最佳过滤净化处理效能的关键。在滤速为30 m/h时，加药量与过滤周期的试验结果见表2。

表2 投药量对过滤周期的影响

　　从上表可知，加药量≤1mg/L，虽然过滤周期较长，但是出水水质较差；加药量≥5mg/L，不但过滤周期明显缩短，而且出水水质较差。实验还发现，当加药量为≥5mg/L时，絮凝剂粘附纤维滤料，纤维束过滤器的反冲洗难度加大，待下次运行初始的水头损失加大。加药量为2mg/L和3mg/L，出水水质都很好，但从制水成本和过滤周期方面考虑，2mg/L是较为经济的投药量。所以，在纤维束—微絮凝过滤工艺中，在进水水质SS≤30mg/L时，较小的加药量（2 mg/L）能获得较好的出水水质（浊度≤5NTU）。

（四）反冲洗时间的确定
　　 纤维束过滤器采用了气水反冲洗方式，分三步进行：下向洗、上向洗、排气。在反冲洗过程中，风机流量为1200 m³/h，不进行调节；而调节进水流量，通过纤维束过滤器上的各阀门来完成。其中上向洗水的流量控制在60m³/h，否则，水流太大，会造成纤维束料坠上浮、纤维堆积，影响设备的运行；下向洗水的流量控制在120m³/h，能使滤床保持满水状态，若流量太大，排气水门出水太多，流量太小，滤床在冲洗过程中容易分层。对反冲洗各阶段的历时进行了四种模式的试验，数据见表3。

表3 四种反冲洗模式各阶段历时与耗水量表

　　采用以上四种反冲洗模式,待纤维束过滤器运行并至下次反冲洗时，各参数见表4。

表4 四种反冲洗模式的比较

　　通过上表，可以看出试验三、四与试验一、二比较，运行初水头损失小，过滤周期长，达标产水量大，在一定时期内反冲洗次数少，耗能少；而实验四反冲洗历时长且耗水量大，因此试验三为最佳反冲洗模式。

三、结论

（一）纤维束—微絮凝过滤工艺参数如下：
　　 在滤料与滤床深度不变、进水水质(SS≤30mg/L；BOD₅≤8mg/L；CODcr≤50mg/L；氨氮≤1.5mg/L；TP≤2.0mg/L)相对恒定的情况下，滤速控制在25～30 m/h，聚合氯化铝的投加量控制在2mg/L，就可以稳定运行36 h，出水水质满足GB/T18920－2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。

（二）纤维束过滤器的反冲洗历时
　　 采用下向洗历时10分钟、上向洗历时20分钟、排气历时3分钟的模式进行反冲洗，既能使纤维束过滤器处于良好的运行状态，又能有效地节约能耗，降低制水成本。

参考文献

［1］ 栾兆坤，李科，雷鹏举 微絮凝－深床过滤理论与应用的研究［J］ 环境科学， 1997，16（6）：590-599

［2］ 上海凡清环境工程有限公司 高效纤维过滤器使用说明书

作者简介

陶俊杰 男 毕业于山东建筑工程学院给水排水专业，工程硕士、高级工程师，长期从事水处理工作，现任济南市水质净化二厂厂长。

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