高效集成凈水系統(tǒng)深度處理生活污水

李洋，易漢平，周麗霞，董瑞光，田繼蘭，吳珍,，李繼定*

（1.鄂爾多斯市紫荊創(chuàng)新研究院，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000；2.清科紫荊（北京）環(huán)保科技有限公司，北京 100096；3.鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展以及城市人口的逐年增長(zhǎng)，我國(guó)污水排放量日益增加[1-2]，國(guó)家環(huán)境保護(hù)監(jiān)督部門對(duì)污水排放的標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格[3-4]。目前，污水深度處理往往需要超、微濾膜技術(shù)[5-6]，但該技術(shù)投資成本較高。而對(duì)于中水回用和“零排放”的處理，需對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，減輕膜材料的污堵，常在納濾、反滲透前端設(shè)置砂濾+碳濾+超濾預(yù)處理單元。該工藝流程長(zhǎng)，砂濾、碳濾易板結(jié)難清洗，超濾膜易污堵，直接導(dǎo)致后續(xù)納濾、反滲透處理單元無法正常運(yùn)行等一系列現(xiàn)實(shí)問題。

高效集成水處理設(shè)備（High Effect Integrated Technology，HEIT）應(yīng)用直徑可調(diào)的分離材料構(gòu)建孔徑可調(diào)（0.05～0.50 μm）的微孔材料。采用層層組合和疊加的方式，構(gòu)成千萬層強(qiáng)大篩分過濾體系。該體系設(shè)計(jì)了強(qiáng)化的氣、水反洗系統(tǒng)，經(jīng)反復(fù)運(yùn)行及反洗處理，水量幾乎沒有衰減或衰減可恢復(fù)，解決了石英砂過濾易污堵和污堵后通量難恢復(fù)問題。此外，高效集成水處理系統(tǒng)濾速可達(dá)30～45 m3/h，相同過濾面積處理水量是石英砂（一般設(shè)計(jì)濾速8～12 m3/h）過濾的約3～5倍。經(jīng)過在煤礦現(xiàn)場(chǎng)中試和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，取得了良好的運(yùn)行效果。

高效集成凈水系統(tǒng)從過濾材料和孔道結(jié)構(gòu)研究入手，依據(jù)不同的原水水質(zhì)和吸附脫附平衡原理、荷葉效應(yīng)和仿生學(xué)原理，結(jié)合流體力學(xué)模擬（CFD）成果，構(gòu)筑和設(shè)計(jì)了強(qiáng)大的抗污染系統(tǒng)，克服了石英砂過濾難以克服的過濾板結(jié)問題，拋棄了微濾超濾過濾不得不采用的化學(xué)清洗，真正做到了綠色、環(huán)保和安全。

1 材料與方法

1.1 高效集成凈水系統(tǒng)

高效集成凈水系統(tǒng)測(cè)試樣機(jī)處理水量為10 m3/h，采用雙罐（1#罐+2#罐）串聯(lián)的運(yùn)行方式。設(shè)備外觀詳見圖1。

圖1 高效集成凈水系統(tǒng)外觀圖

1.2 污水來源

測(cè)試原水為北京市大興區(qū)天堂河污水處理廠二沉池出水。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

運(yùn)行過程中，每日9:00—17:00間隔約60 min記錄一次設(shè)備產(chǎn)水量以及設(shè)備進(jìn)出水壓力，每天測(cè)量一次進(jìn)出水懸浮物、CODCr及氨氮，夜間自動(dòng)運(yùn)行。產(chǎn)水流量及進(jìn)出水壓力從設(shè)備上流量計(jì)及壓力表直接讀出，懸浮物（SS）、CODCr及氨氮檢測(cè)方法參照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）。

HEIT系統(tǒng)測(cè)試樣機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，連續(xù)16 d于1#下進(jìn)水閥及2#上出水閥處取水樣，采用重量法對(duì)水樣進(jìn)行懸浮物的檢測(cè)，采用重鉻酸鉀法對(duì)水樣進(jìn)行CODCr檢測(cè)，采用蒸餾和滴定法對(duì)水樣進(jìn)行氨氮檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)備進(jìn)、出水懸浮物

進(jìn)、出水懸浮物檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。通過統(tǒng)計(jì)分析，HEIT系統(tǒng)測(cè)試樣機(jī)進(jìn)水懸浮物在17.3～23.1 mg/L，平均進(jìn)水懸浮物20.8 mg/L；出水懸浮物最低3.2 mg/L，最高5.9 mg/L，平均出水懸浮物4.6 mg/L，平均懸浮物去除率約為77.94%。在測(cè)試時(shí)間內(nèi)，通過HEIT系統(tǒng)的清洗過程，出水穩(wěn)定，未出現(xiàn)大波動(dòng)。

圖2 測(cè)試設(shè)備進(jìn)、出水懸浮物檢測(cè)值

2.2 設(shè)備進(jìn)、出水CODCr

如圖3所示，通過統(tǒng)計(jì)分析，HEIT測(cè)試設(shè)備進(jìn)水CODCr在 53.7～63.5 mg/L，平均進(jìn)水 CODCr58.1 mg/L；出水CODCr最低43.5 mg/L，最高49.7 mg/L，平均出水CODCr46.94 mg/L，平均CODCr去除率約為19.11%。在16 d的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)未出現(xiàn)污堵現(xiàn)象。

圖3 測(cè)試設(shè)備進(jìn)、出水CODCr檢測(cè)值

2.3 設(shè)備進(jìn)、出水氨氮測(cè)試

進(jìn)、出水氨氮檢測(cè)結(jié)果如圖4所示：通過統(tǒng)計(jì)分析，HEIT測(cè)試設(shè)備進(jìn)水氨氮在5.3～6.9 mg/L，平均進(jìn)水氨氮6.4 mg/L；出水氨氮最低3.7 mg/L，最高5.0 mg/L，平均出水氨氮4.8 mg/L，平均氨氮去除率約為25.52%。測(cè)試期間產(chǎn)水氨氮未出現(xiàn)大波動(dòng)。

圖4 測(cè)試設(shè)備進(jìn)、出水氨氮檢測(cè)值

2.4 清水回收率計(jì)算

1#HEIT系統(tǒng)清洗周期為80 min，2#HEIT系統(tǒng)清洗周期為160 min，每次清洗時(shí)間約9 min，其中排水20 s，氣洗90 s，水洗70 s，重復(fù)3次。運(yùn)行和反洗均用同一臺(tái)水泵，流速相等，則在160 min時(shí)間內(nèi)設(shè)備共清洗兩次，運(yùn)行時(shí)間為151 min，水洗時(shí)間7 min。回收率根據(jù)公式（1）計(jì)算為95.57%。

2.5 運(yùn)行成本計(jì)算

HEIT系統(tǒng)運(yùn)行無需加藥，在此僅計(jì)算耗電成本，10 m3/h HEIT系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備配置3 kW水泵一臺(tái)、3 kW風(fēng)機(jī)一臺(tái)。1#HEIT系統(tǒng)每日清洗17次，2#HEIT系統(tǒng)每日清洗9次，每次清洗用時(shí)9 min，電機(jī)使用功率按75%計(jì)算。水泵日運(yùn)行時(shí)間21.62 h，風(fēng)機(jī)日運(yùn)行時(shí)間1.95 h，日處理用電量3×21.62×0.75+3×1.95×0.75=53 kW·h，日處理出水量10×24=240 m3/d，按每千瓦時(shí)電0.6元計(jì)算，處理成本=53×0.6/240=0.13 元 /t。

3 結(jié)論

（1）HEIT系統(tǒng)對(duì)于懸浮物約為20 mg/L的二沉池原水，出水懸浮物最低達(dá)到3 mg/L，平均產(chǎn)水懸浮物5 mg/L，平均懸浮物去除率約為77.94%。

（2）HEIT系統(tǒng)對(duì)于CODCr約為58 mg/L的二沉池原水，出水CODCr最低達(dá)到43 mg/L，平均產(chǎn)水CODCr46 mg/L，平均CODCr去除率約為19.11%。

（3）HEIT系統(tǒng)對(duì)于氨氮約為6 mg/L的二沉池原水，出水氨氮最低達(dá)到4 mg/L，平均產(chǎn)水氨氮4.7 mg/L，平均氨氮去除率約為25.52%。

（4）清水回收率約92.93%，每噸水電耗成本約0.13元。經(jīng)HEIT系統(tǒng)處理后，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。