工业水处理, 2021, 41(11): 99-102 doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2021-0154

• 试验研究 •

高效纤维束滤池用于污水厂提标改造的中试研究

储杰,

上海友联竹园第一污水处理投资发展有限公司, 上海 200137

Pilot-scale application of high-efficiency fiber bundle filter for upgrading and reconstruction of sewage treatment plant

CHU Jie,

Shanghai Youlian Zhuyuan No.1 Sewage Treatment Investment & Development Co., Ltd., Shanghai 200137, China

收稿日期: 2021-08-31  

Received: 2021-08-31  

作者简介 About authors

储杰(1987-),硕士,工程师电话:18818219589,E-mail:jiechudan@126.com , E-mail：jiechudan@126.com

Abstract

A pilot-scale application of high-efficiency fiber bundle filter was carried out for advanced wastewater treatment in a municipal sewage treatment plant. The removal efficiency and effluent concentrations were monitored under three conditions, i.e., direct filtration by fiber bundle filter, filtration with polyaluminium chloride addition by fiber bundle filter, and filtration with polyaluminium chloride as well as sodium acetate by fiber bundle filter. The results showed that the fiber bundle filter was effective for sewage treatment with both polyaluminium chloride and sodium acetate added. The average removal efficiencies of total nitrogen, total phosphorus and suspended solid were 18.2%, 40.2% and 55.5%, and their concentrations in the effluent were 12.3 mg/L, 0.38 mg/L and 7 mg/L, respectively. The effluent quality met the first-class A standard of Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant(GB 18918-2002).

Keywords： high-efficiency fiber bundle filter ; sewage treatment plant ; upgrading and reconstruction

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储杰. 高效纤维束滤池用于污水厂提标改造的中试研究. 工业水处理[J], 2021, 41(11): 99-102 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0154

CHU Jie. Pilot-scale application of high-efficiency fiber bundle filter for upgrading and reconstruction of sewage treatment plant. Industrial Water Treatment[J], 2021, 41(11): 99-102 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0154

近年来，国家水环境保护和治理力度不断加大，《水污染防治行动计划》（“水十条”）〔1〕的颁布实施使我国水环境治理进入了一个新阶段〔2〕。为进一步全面保护水环境，我国城镇污水处理厂普遍面临提标改造的要求。如何高效地对污水厂尾水进行深度处理，成为污水处理行业亟需解决的关键问题〔3-5〕。

高效纤维束滤池采用一种新型的软填料——纤维束作为滤料，其单丝直径可达几十μm甚至几μm。微小的滤料直径可极大地增加滤料的比表面积和表面自由能，增加水中污染物与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高过滤效率和截污容量，可有效去除污水的悬浮固体〔6-7〕。同时，研究表明，纤维束表面可附着反硝化细菌，形成生物膜，辅以碳源投加，可实现深度生物脱氮〔8〕。

笔者通过构建一套高效纤维束滤池，用于市政污水厂尾水深度处理的中试研究，分别考察直接过滤、投加聚合氯化铝（PAC）+过滤、投加PAC和乙酸钠+过滤三种模式下，纤维束滤池对总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮固体（SS）的去除效果，为市政污水厂提标改造提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 污水来源

污水来源于上海某市政污水处理厂提标改造前沉淀池出水，该厂提标改造前设计污水处理规模170万m3/d，污水处理采用带硝化功能的活性污泥工艺，设计出水水质要求为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）二级排放标准，如表 1所示。

表1   提标改造前设计进出水水质

Table 1  Influent and effluent quality before upgrading and reconstruction

项目COD/（mg·L-1）NH4+-N/（mg·L-1）TN/（mg·L-1）TP/（mg·L-1）SS/（mg·L-1）
设计进水25030—4150
设计出水（二级）10025（30）—330
一级B608（15）20120
一级A505（8）150.510

注：括号外数值为水温＞12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

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该厂提标改造前连续两年运行出水主要污染物月度统计分析显示，提标改造前实际运行出水主要污染物指标基本达到一级B排放标准，如图 1所示。

图1

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图1   提标改造前出水水质情况

Fig.1   Effluent quality before upgrading and reconstruction


1.2 研究方法

本研究以提标改造前沉淀池出水作为试验进水，选用高效纤维束滤池进行试验，运行流程如图 2所示。

图2

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图2   高效纤维束滤池工艺流程

Fig.2   Flow chart of high-efficiency fiber bundle filter process


该中试装置处理水量9 m3/h，滤速18 m/h，反冲洗周期24 h，反冲洗时间20 min，反冲洗水强度8 L/（s·m2），反冲洗空气强度60 L/（s·m2），装置每天24 h连续运行。根据前期批次试验得到最佳中试药剂投加量：30%聚合氯化铝（Al2O3质量分数≥10%）30 mg/L，20%乙酸钠100 mg/L。

1.3 试验流程

经前期试验研究，探索出适合该厂水质的最佳药剂投加量，并分别进行三种不同模式的试验：（1）沉淀池出水经高效纤维束滤池直接过滤（即过滤）；（2）沉淀池出水投加PAC后经高效纤维束滤池过滤（即PAC+过滤）；（3）沉淀池出水投加PAC和乙酸钠后经高效纤维束滤池过滤（即PAC+乙酸钠+过滤）。

对三种试验模式的进出水分别进行连续一个月监测，每天定时取样检测分析，分别采取碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）、钼酸铵分光光度法（GB 11893—89）和重量法（GB 11901—89）测定样品中TN、TP和SS含量。

2 结果与讨论

2.1 总氮去除率

利用高效纤维束滤池处理沉淀池出水，对不同模式下TN的去除效果进行分析，如图 3所示。当高效纤维束滤池直接过滤和投加PAC后过滤时水中TN含量变化较小，处理后出水TN分别为12.1~16.3、12.1~18.3 mg/L，两种试验模式下出水TN均值为14.7 mg/L，但出水TN含量不稳定，均出现大于15 mg/L（一级A标准限值）情形。当同时投加PAC和乙酸钠后过滤，出水TN降低较显著，处理后TN为9.6~14.3 mg/L，均值为12.3 mg/L，且均低于15 mg/L，符合一级A标准。

图3

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图3   TN去除效果

Fig.3   The removal effect of TN


从图 3可知，高效纤维束滤池投加PAC和乙酸钠后过滤对TN的去除效果明显优于直接过滤和投加PAC后过滤。分析表明，高效纤维束滤池投加乙酸钠后TN去除效果较为显著，过滤及投加PAC对于TN的去除效果不明显，此结果与念东等〔9〕关于污水厂化学除磷效果研究结论相一致。由于有机化学合成材料在污水处理过程中存在挂膜速度慢、挂膜量小、生成膜与载体之间的结合度差等问题〔8〕，污水厂二级出水中的总氮主要以硝态氮为主，需通过投加碳源以保证生物反硝化过程是该中试装置实现TN去除的主要原因〔10-11〕。

2.2 总磷去除率

高效纤维束滤池对TP的去除效果如图 4所示。

图4

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图4   TP去除效果

Fig.4   The removal effect of TP


由图 4可知，投加PAC+过滤以及投加PAC和乙酸钠+过滤两种模式对TP的去除效果较为显著，其TP去除率均在40%左右，且出水TP均低于0.5 mg/L，达到一级A标准。由于直接过滤时TP去除率仅为3.5%左右，因此高效纤维束滤池投加PAC后铝盐与磷酸盐的沉淀作用〔12-13〕是TP有效去除的主要原因。但需注意，过量投加PAC对污水的浊度影响较大，同时增加污水处理成本。

2.3 悬浮固体去除率

图 5所示为高效纤维束滤池对SS的去除效果。该中试装置对污水中SS的去除效果明显，三种试验模式下SS去除率均在40%~65%，且处理后出水SS均值为7 mg/L，低于一级A标准规定的10 mg/L。值得注意的是，中试研究中PAC投加量相对较低，PAC和磷酸盐反应产生的沉淀对高效纤维束滤池处理后出水SS浓度并无显著性影响，该结论与有关污水厂化学除磷研究结果相符合〔14〕。李思敏等〔15〕研究不同混凝剂的污水除磷效果显示，PAC投加量较低时，SS去除效果不明显。该中试研究表明高效纤维束滤池的截留作用是污水中悬浮固体去除的关键因素。

图5

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图5   SS去除效果

Fig.5   The removal effect of SS


2.4 三种运行模式下高效纤维束滤池的综合评价

在相同运行工况条件下，对比高效纤维束滤池在不同运行模式下对污染物的去除率，以对该中试装置污染物处理效果进行综合评价。图 6所示为三种运行模式下高效纤维束滤池对TN、TP和SS的平均去除率。

图6

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图6   不同运行模式下TN、TP和SS平均去除率比较

Fig.6   Average removal efficiency of TN, TP and SS under different experimental conditions


从图 6可知，直接过滤仅对污水中SS有显著去除，而投加PAC后过滤可同时提高对TP和SS的去除率。为使污水中TN同样达到一级A标准，需同时投加PAC和乙酸钠以补充碳源实现有效的生物反硝化过程。因此，辅助投加PAC和乙酸钠，可显著提高高效纤维束滤池对污水的处理效果，其中TN、TP和SS的平均去除率分别为18.2%、40.2%和55.5%，污水处理厂尾水水质得到明显改善。

3 经济分析

根据高效纤维束滤池投加PAC和乙酸钠后过滤的运行工况，计算该中试装置运行成本：动力费0.074 5元/m3、PAC0.019 8元/m3、乙酸钠0.145 0元/m3。

由运行成本分析可知，沉淀池出水经高效纤维束滤池投加PAC和乙酸钠后过滤的运行单耗约为0.24元/m3，成本略高。但该工艺具有成熟稳定、过滤效果好、滤速较大、占地面积小等优势〔6-7〕，可应用于生活用水、工业用水及废水深度处理等领域〔16-17〕。

4 结论

（1）研究结果表明，在辅助投加PAC和乙酸钠时，高效纤维束滤池处理污水效果显著，其中TN、TP、SS平均去除率分别为18.2%、40.2%、55.5%，且处理后出水平均质量浓度分别为12.3、0.38、7 mg/L，达到一级A排放标准。

（2）虽然运行成本略高，但高效纤维束滤池因处理效果良好稳定、占地面积小等优点使其在市政污水深度处理方面有较大应用前景。同时，该工艺在面临进水流量波动较大或者污染物高于日常均值等突发情况时的处理能力，还有待于进一步研究。

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