碼頭堆場雨水綜合處理與回用

秦菲菲

（交通運輸部天津水運工程科學研究所 天津 300456）

淡水資源日趨短缺，而需水量不斷增長，許多缺水城市和地區無新的水源可開發利用，將雨水、廢水收集處理后予以回收和再用，已成為許多缺水城市或地區的重要資源之一［1－2］。本課題結合碼頭堆場“硬化路面廣，雨水利用率高”的特性開展雨水處理與回用研究，以期為類似區域雨水回用資源化提供一條較為合理、切實可行的方法與途徑。

1 碼頭堆場雨水混凝沉淀處理

混凝沉淀法反應快、絮凝沉淀時間短、處理效果顯著，操作簡單，因而在含油廢水處理中廣泛應用［3－4］。實驗室試研究表明，聚合氯化鋁鐵和聚合氯化鋁對天津港某堆場雨水處理效果比較明顯。綜合考慮噸水成本，本試驗選用聚合氯化鋁作為混凝劑。

1.1 混凝劑最佳投加量的確定

在常規混凝條件下，少量的混凝劑無法將該水體中膠體顆粒脫穩，只有通過增加混凝劑的加入量，破壞膠體顆粒表面的有機涂層，降低膠體顆粒表面負電荷和雙電層排斥作用，減小顆粒間的空間阻礙，達到有利于顆粒間的碰撞效果，才能使水中的膠體顆粒易于脫穩，從而有效去除水體的污染物。

取6個1 000mL燒杯并注入1 000mL原水，調節水樣pH值為7左右，分別加入聚合氯化鋁15，25，35，45mg／L，每次加藥后快速攪拌1min，攪拌強度為300r／min，中速攪拌10min，攪拌強度為100r／min，慢速攪拌10min，攪拌強度為50r／min，靜置25min后，在水面下2～3cm處取上層清液測定COD和SS。實驗結果表明，隨著聚合氯化鋁投加量的增加，處理后水樣的COD和SS含量均逐漸降低，當聚合氯化鋁的加入量大于35mg／L時，COD去除率較高，SS降低明顯。考慮到藥劑投加量的經濟性，選擇藥劑的最佳投加量為35mg／L。

1.2 攪拌強度及時間的確定

在實際工程應用中，通常原水投加定量混凝劑后，在管式靜態混合器中充分混合，此過程相當于混凝試驗的快速攪拌。為了便于在實際過程中的應用，工程中通常將攪拌過程分為快速混合和慢速攪拌2個階段。其中快速攪拌在管式靜態混合器中完成，本文主要探討慢速攪拌強度對混凝過程的影響。

取原水調節pH值為7，投加35mg／L的聚合氯化鋁，在300r／min條件下，劇烈攪拌混合1min，在不同的攪拌強度下慢速攪拌15min，靜沉30min后，在水面下2～3cm處取上清液測定SS，試驗結果見表1。

表1 攪拌強度的確定

攪拌強度對混凝反應過程影響較大，選擇合理的攪拌強度，將促進微粒間的接觸碰撞，提高混凝效果，有利于礬花的充分生成及絮體的沉降。由表1可見，在攪拌強度為90r／min下，處理后SS最低；因而對于本試驗而言，攪拌強度選擇90 r／min為宜。

在確定攪拌強度的前提下，采用不同的攪拌時間，其他條件不變的條件下，測定處理后水樣的SS（見表2）。攪拌時間對于混凝反應的充分程度有直接的影響，攪拌時間過短，混凝反應不充分，絮體間的碰撞幾率小，因而產生的礬花細小且松散；過長的攪拌時間可能會破壞已形成或沉降的絮體結構，還增加了攪拌能耗。綜上試驗結果，攪拌時間取15min為宜。

表2 攪拌時間的確定

1.3 最佳混凝條件

綜上試驗結果，最佳混凝條件見表3。

表3 最佳混凝試驗條件

2 碼頭堆場雨水臭氧－活性炭聯用處理

2.1 臭氧氧化處理

臭氧（O3）是一種強氧化劑。臭氧氧化法與常規水處理方法比較具有顯著的特點，如對于生物難降解物質處理效果好、降解速度快、占地面積小、自動化程度高、無二次污染、浮渣和污泥產生量較少，同時具有殺菌、脫色、防垢等作用［5］。由于雨水對地面的沖刷，收集的雨水中COD含量較高，因此在實驗室采用混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭吸附聯合工藝進行處理。試驗中，根據混凝試驗結果，預先對原水進行混凝處理，PAC投加量為35mg／L，PAM 投加量為3mg／L。混凝出水進入臭氧反應器，通入臭氧質量濃度分別為75，100，150，200和250mg／L，接觸時間分別為20，40和60min，試驗結果見表4。

表4 臭氧對COD處理效果

由表4可見，隨著臭氧質量濃度的增加，出水COD大致呈下降趨勢，但其最大去除率穩定在30%左右，這與以往的工程經驗有很好的吻合性，也表明單純的增加臭氧質量濃度和接觸時間是無效的。這是因為，廢水中存在一些不能被臭氧氧化的物質，為此，擬進一步考察臭氧與活性炭聯用的效果。

但是需要注意的是，加大臭氧的質量濃度必然導致噸水處理成本增加、能耗增加。因此仍然采用低質量濃度的臭氧投加量，以節約能耗和投資。臭氧投加后COD升高，但可生化性相應提高，有利于后續工藝進一步去除COD。從工程適用性角度考慮，確定臭氧氧化技術參數為：臭氧投加質量濃度為75mg／L，接觸時間為40min。

2.2 臭氧－活性炭聯用試驗

活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料［6］。本次試驗擬采用天昌（天津）活性炭有限公司生產的 WTMF－1型凈水炭。

本組試驗中，采用臭氧氧化出水為試驗用水，臭氧投加質量濃度為75mg／L，接觸時間為40 min。出水再經過活性炭過濾柱，根據類似的工程經驗，接觸時間定為15，30，45和60min。實驗結果見表5，可以發現在接觸時間60min時，反應器對各項污染物的去除效果最好。

表5 臭氧活性炭聯用對COD去除的影響

采用臭氧投加濃度為75mg／L，接觸時間為40min；活性炭過濾柱接觸時間45min，對某一次實際降水進行污染物處理，結果見表6，可以發現SS得到了非常好的去除效果。

表6 臭氧活性炭聯用對某一次實際降水污染物的去除

3 碼頭堆場雨水回用

碼頭堆場雨水經過一級處理后，如何資源化利用，是迫切需要解決的問題。目前中國水運中，大宗的散貨貨種是煤炭、礦粉。由于裝卸、運輸起塵造成煤塵、礦粉塵污染環境，使粉塵的污染防治成為港口碼頭的主要環境問題。目前最常用的煤塵污染防治技術是濕法除塵法，即向堆場噴灑水除塵。除塵水源則成為港口粉塵污染防治中最重要的物資條件。如果能用處理后的雨水或其他非常規水資源除塵，一方面使水資源化，變廢為寶，減輕水環境污染負荷，提高水資源的重復利用率，另一方面港口碼頭開發了除塵水源，降低了用水成本，保證了除塵設施的正常使用，提高了除塵的功效，特別是對于中國北方水資源缺乏的港口城市，具有重要的意義。

港口煤炭除塵用水是交通行業的特殊用水，對除塵用水的水質應滿足下列要求。

（1）不影響煤炭、礦粉質量。

（2）不影響除塵設施的壽命。

（3）不破壞環境質量。

（4）不損壞運輸船舶和其他機具設備。

實際應用中，重點是考慮水中的氯化物含量對煤炭、礦粉質量的影響，以及對除塵設施和運輸船舶等機具的腐蝕。由于雨水處理后氯化物含量較低，可以忽略不計。

由于目前港口碼頭中水產水規模較小，尚未有管網覆蓋。當有濕式除塵、綠化、洗艙等需求時，常用罐車進行裝載、運輸、高壓排出，同樣需要管網系統的構建。

4 結論

（1）本文采用混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭吸附聯合工藝對碼頭堆場雨水進行處理。

（2）采用混凝沉淀對碼頭堆場雨水進行預處理，選用聚合氯化鋁（PAC）為混凝劑，投加量為35mg／L，調節pH值為7在300r／min條件下，劇烈攪拌混合1min，90r／min慢速攪拌15min，靜沉30min后，出水進入臭氧氧化工段。

（3）臭氧氧化工段運行條件為：臭氧投加濃度75mg／L，接觸時間40min；出水進入活性炭吸附柱。活性炭吸附工段，接觸時間控制在45 min。采用上述處理工藝對天津港某碼頭堆場某一次實際降水進行污染物處理，效果顯著。

（4）雨水處理后氯化物含量較低，可以忽略水中的氯化物含量對煤炭、礦粉質量的影響，以及對除塵設施和運輸船舶等機具的腐蝕。但由于目前港口碼頭中水產水規模較小，尚未有管網覆蓋。當有濕式除塵、綠化、洗艙等需求時，仍需用罐車進行裝載、運輸、高壓排出。

［1］ 尚海濤，楊 琦，康家偉，等.混凝－吸附法深度處理城市生活污水再生利用的中試研究［J］.給水排水，2010（S1）：177－180.

［2］ 初江濤.港口含油廢水深度處理回用工程的設計與運行［J］.水道港口，2013，34（S2）：154－157.

［3］ 韓劍宏，于玲紅，張克峰.中水回用技術及工程實例［M］北京：化學工業出版社，2004.

［4］ 吳 燕.小區中水回用的處理技術研究［D］.南京：南京農業大學，2007.

［5］ 李長東，李國一，王建功，等.臭氧催化氧化－生化組合工藝強化處理焦化尾水試驗研究［J］.水道港口，2013，34（S2）：173－176，179.

［6］ 王 曉.過濾吸附在中水回用處理中的應用研究［D］.青島：青島理工大學，2010.