（市政工程专业论文）DEF技术在洗浴废水处理工艺中的应用研究.pdf

摘耍 摘要 本课题针对d e f 技术目前的应用现状及工艺研究的成果，采用以物化法为 基础的基于表面预膜过滤机理的硅藻土过滤技术( d e f ) 生产性装置处理学校内 公共浴室的洗浴废水，详细探讨和研究硅藻土过滤( d e f ) 技术的特点以及该技 术应用于洗浴废水的可行性。并通过初步试验验证该工艺处理洗浴废水后使水质 达到甚至大大优于杂用水水质标准。该处理工艺不但可大大节省基建造价和占 地，并为今后发展一体化小型设备作好理论研究和经验总结。 本课题实验首先通过烧杯试验，分析硅藻土的纳污能力和重复使用的可能。 其次，采用硅藻土过滤器作为实验设备，对洗浴废水进行微滤，研究不同硅 藻土助滤剂投加量下的进水流量、压力随运行时间变化的关系、不同硅藻土( d e ) 投加量下洗浴废水的浊度、c o d c r 等水质参数处理效果随硅藻土过滤器的滤速 变化的情况及处理水中的i o c 值和其处理效果随硅藻土过滤器流量变化的关系 曲线。 试验中还对d e f 过滤设备的某些组件结构( 如：硅藻土过滤组件中的滤布 结构、过滤器罐体形状及影响过滤水流状态的连接管路系统等) 进行改型试验， 使得处理效果更优。并通过因素水平表，分析出改型前后影响浊度、c o d c r 等 水质参数处理率的最优化方案及主要影响因素的排序。 再次，本课题针对d e f 过滤设备的运行特点，在借鉴了国内外一些常见的 过滤基本模型的基础上，提出了d e f 过滤器的预涂层过滤模型。并通过分析该 过滤器内部组件的工作方式，提出了d e f 组件的过滤工况模型，并得到了单根 组件和三根组件的数学模型。并求出了两者间的数学关系。 最后，通过经济成本分析，确定硅藻土过滤器处理洗浴废水的单位成本。 结果表明，硅藻土有一定的纳污能力和再造孔隙能力。能进行重复涂膜。硅 藻土助滤剂用量宜为9 0 0 克( 即相对于滤元面积为1 2 1 6 2 m g ，c m ? ) ，并建议出水 流速宜为o 8 矗m ( 滤元滤速为1 0 8 m ，1 1 ) 。在9 0 0 克硅藻土助滤剂投加量下，进 水流量、压力均显示更好的稳定性，滤饼过滤周期延长；浊度和c o d c r 的去除 率也大大提高，浊度逸出得到有效控制。在相对高的水流流速下，出水水质状态 稳定，除细菌和大肠菌外其他各项常规水质指标均达到杂用水回用标准。简化了 北京工业大学工学硕士学位论文 实际生产中的操作和管理程序，节约了工程运行的经济成本。硅藻土过滤器 ( d e f ) 处理洗浴废水时，在保证同样的出水浊度值时，过滤滤元经过的水流流 速可随d e 投加量的增加而提高，且在此范围内c o d 。处理率随进水水质指标的 升高而升高。 另外，经过改型后的硅藻土过滤器可提高硅藻土过滤器的处理出水水质和预 涂膜的重复使用次数。并使得操作过程对工艺运行的影响减少。增加设备的运行 稳定性。保证涂膜的效果和反冲滤布的清洁性。 硅藻土预涂层过滤模型的建立，使得直接从孔隙率和压降来推出预涂层的过 滤滤速和水损成为可能。便于在实际中确定工况。并可根据层流雷诺数r 启的极 限值和孔隙率的最小值得到速度和水损的极限值。而组件过滤模型中所揭示的三 根组件的过滤流量为单根组件过滤流量的五倍，可通过模型关系换算确定通过一 定流量的最优过滤器结构。 硅藻土过滤器处理洗浴废水的运行费用为每吨o 7 4 6 5 元。因此，硅藻土过 滤工艺处理洗浴废水的运行成本有很好的经济效益和使用前景。假设硅藻土助滤 剂食品级系列价格为3 4 0 0 元吨。本试验所需硅藻土费用为l 1 0 1 6 元年。 硅藻土过滤工艺能深度处理砂滤出水，使水质得到大幅度提高，且对臭味、 溶解性有机物及金属铁等污染指标也有一定的去除能力。该工艺对原水水质变化 有一定的适应能力，排泥量小，硅藻土助滤剂能重复使用，并保持处理水水质稳 定，适合应用于建筑中水处理和污水深度处理工艺中。 关键词；洗浴废水；d e f 技术：模型；经济技术分析 【i a b s t r a c t 砸s t o p i ca i 玎洫ga t 也er c 眦也a t 也e d e f t e c h n i q u ec u e n ta p p l i e ds t a 士i l s 姐dc r a f is t l 妇y a d o p tp r o d l l c t i v ee x p e r i i n e mt o 扭e a tm b a t hw a s t e w a t e ro fs c h o o l b a 衄o o mb 越e do ns 血c 诚p r e - c o a t 丘l 枷o no fp h y s i c h e 【i l i s 时m e o p a r t i c u d a d y d i s c u s s e da n dr e s e 锄，c h e dt h e6 h 缸a 谢s t i c so fd i 强t 斟蛐a u ea n dv a l i d a t e d 也e f 醣s i b i l i t ) r o f a p p l i c a t i o nl l s i n g 证b a ：c l l w a s t e w a t e r 订e a 土n 弛n tv i a p r i m a r y e x p e r i m e m t h ee x p e r i m e me 啦p m e mn o t0 1 1 l ye c o n 衄i z ec o n 蛐n l c 矗a nc o s ta n d o c c u p a t i o n b u ta l s op r e p a r et h et h e o r y 蛆de x p e r i e r l c ef o rt 1 1 ei m p r o v e m c n to f m i c r o e q u i p r n e n ti nf 1 1 t i l r e f i r s t l 孔a c c o r d i gt ob e a l 【e re x p e m t ，a n a l y s ed ec a p 曲i l i 桫o fh o l d m g c o n t 缸蚯n a t i o na n dr 吼商且g 8 e c o n d l y ，a d o p td e 矗h a t i o nl n i c r o 丘l 恤t e i r l t ob a 血w 驰b e w a t 盯_ i th 酷 r e s e a r c h e d 也er e l a t i o ns u c h 嬲硼u x 、p r e s s u r e ，t l l a tc h 锄g e d 研mt i i n e ，t l l ep a r a m e t e r s 廿e 咖e n te 位c t i o na st 啪i d i t y 、c o d c ro f b a t l l i n gw a s t e 坝此r 也a tc h a l l g e d 谢t h 丘1 t e r v e i o c 蚵i nd i v i d u a id ep l l l 5 删魄a n dt l l er e l a t i o n a lc u r v eo ft o ct r e 曲m 呲 胡k d o n ，吐l a tc h 蛆g e d 、】l ，i md e ff l u x e x p e r i m e n ta l s o r e c 0 d g t r l l c tt l l em o n o c 勰ef a b r i co fd e ff 如i l i 妣m a k et h e 甜r e c d o no p t i m m a n da c c o r d i n gt oe l e m e m l e v e lt a b l e ，卸_ a l y s et h eo p t i m 恤p m j e c t a n do r d e ro f 也em a i ne 恐c t i o nt 0 雠缸咖m e n tr a t i oo ft i 】r b i 出虮c o d c r 蛐g r e c o n s 虹u c d o n t i r d l y 也ep 印e ra i n l e da t 吐地d e f 缸l c t i o nc l a r a c t e r i s 吐c s ，u s es o m eo fc o m m o n 蠡1 t e rm o 捌i i l 血ew o r l df o rc o 疵r e n c e ，p u tf o n a r dd e fp r e c o a t 丘l 订a t i o nm o d e l f u n h e r m o r e ，a c c o r d i n gt oa n a l y s et h eo p e r 撕o nm e 也o d ，p u tf o 刑a r dd e fm o d u l e f i l 扛a t i o ni n o d e l ，a r l de l i c i tt h e 舱l a d o n s h i pb e t w ns i i l g l em o d u l ea n dt h r e em o d u l e m o c l e l h 吐城e n d ，a c c o r d i n gt oe c o n 舳吖c o s ta n a l y 出，c o 抵也ec o s to fd e f 虹啦h g w i 血b a c l lw a s t e 、；l 眦e l t h er e s u l ts h o w sm a t ，d eh 笛t h ec a p a _ b m t yo fa c c o r n m o d 砒i n gc o n t 锄畦n a t i o n i i i 北京工业大学工学硕士学位论文 a i l dr e c r e a t 啦也eh o l e i tc a i lb er e p r e c o a l e d t h eo p t i i n 眦d eq 删m t yi s9 0 0 9 a d v i s e 1 eo u t n u xs h o u l db c0 8 m 3 m w h e np i t c h i j 唱9 0 0 9d e ，n l e 砌l l 】【、p r e s s l 鹏 s t a l m a r de x t e n dt ob en l o f es t a b l e ，a n dp r e c o a t 丘l 仕撕o np e r i o dt ob e1 0 g e r m 讹a 恤e mr a t i oo ft u r b i d 蚵a n dc o d c ra l s ob ei m p r o v e d t l 曲i d n y 船c a p a b i u t yc 距 b ec on _ 的l l e de 髓c “e l ymh i g hv e l o c 蚵，删s t a n d a r di ss 诅b l e ，e x c e p tb a c t e d a 锄dc o l i f 0 皿，o n l e rw a t e rq l l a l i t yi n d e xa ua c h i e v e u w a t e rs t a n d a r d s o 也ed e f t e c h n i q u ec a ns i m p l i 母t h eo p e 叫o na n dm a r m g e m e n ti l lr e a lp r o d u c 抽皿s a v e 也e e c o n o m yc o s to f e n g 陋r i n g na l s os h m st h a t ，w h e ni ) e 覃扛e a tw i 也b a ：i hw a s t e 、 墙t e rj nt h es a m et i m et o g a m t e eo u t f l u xt u r b i d i 饥v e l o c 时c a na l s oa d v 觚c e 谢吐ld eq 岫n t 蚵a c c e l e m t e d i n t h i sv a n g e ，c o d c r 订c a 缸n e mv a l u ei m p r o v e d 砸l h 湖u 】【哟【n d a r d8 d v 蛆c e d o c h e r h 姐d ，d ef i l 妇吐o na f b 盯r e c o n 蚰m o nc 姐i l p r o v et h eo u t n u x 掣l a l i 毋a n d t h ep r e - c o a tr c u s et i l 】1 e ，d e c r e a s et h e 印e r a t i o n 甜f e c d o l k i n c r e 粕et h ef h i l i t ys ta _ b i l i 吼 i tc a n 昏城r 锄t e et h ee 丑e c d o no f p r e c o 砒姐dc l e a n e s so f s 订a i n d ep r c c o 砒m o d e lm a k ei tp o s s i b l et h a 士g e tp r e c o a tv e l o c 时a n dl o s sd c t l y 丘o mh o l er a t i oa n dp r e s s u r ev a l u e ni sc o n v e n i e n c em p r a c t i c e t oa s s u r et l l e 0 p e r a t i o n a l s oi tc a i la c m e v e 也el i n l i tv a l u eo fv e k 竹a n dl o s s c o r d i n gt ol 妇 f l o wv a l u e - - r e a n da j c c c l i | 唱t o 也e 触a 硒nm o d d ，t h i mm o d u l eo l l 棚u xb 丘v e t i m e sm a n 廿1 a to fs i n g l em o d u l e s o ，i tc a n 嬲s u r co p t h m 蚰固t e rc o n s m l c t i o n a c c o r d i n gt 0m ec o n v e r s l o nr e l a t i o n d e fo p e r a t i o ne c o n o l yc o s ti so 7 4 6 5 ”m n t s o ，d e f 廿e a t 稍mb a t h i n g w a s t e w a t e rh a sg o o de c o n o m yc r e d i ta n da p p l i c a t i o np r o p e r 够s u 拼) o s e i e fs e r i e 3 p r i c ei s3 4 0 0 ”】a n ，t t h ea m l u a lc o s to f d b fe x p e r i i n e n ti s1 1 0 1 6y u 姐 d e fc a l lt r e a t 谢ms a l l do u m o wp r o 响u n d l y i tc a ni m p r o v e 吐l e 啪t e rq u a l 时 h i 舭y 觚dh a v e 血ea b l 竹t og e tr i do 圩o d o r 、b o d 越df e 1 ht e c h n i q u ea d a p t st 0 c h a n g e dw a t e rq 啪廿t y ，a n dh a v el i 砒ed i s c h a r g er e s i d u e ，d ep r e - c o a tc a nr e u s e ，a n d c a nk e e pt 1 1 eo u t f l u xq 删i 哪s t a b i l i 够n 丘tt h ea r c h j t e c 拓a lw a s t e w a t e ra n dw a s t e r w a t e r d e 印1 yp r o c e s s h gt e c h n o l o g 弘 k e yw o r d s b a mw a s t e w a e r d e ft e c h n i q u e ；m o d e l ：e c o n o m i ct e c h n o l o g i c a la n _ a l y s i s f v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：! 逊日期：迎6 每! 墅! ! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名： 缝翼 日期：塑姚坩 第1 章绪论 1 1 综述 1 1 1 洗浴废水概述 洗浴废水是生活污水的主要来源之一，达到城市生活污水量的3 0 。表l - 1 为啥尔滨工业大学崔福义等调查的哈尔滨市不同类型的洗浴废水水质状况。 衰1 1 不同类型洗浴废水水质 洗浴废水所含的污染物主要有人体皮肤分泌物、毛发、污垢、合成洗涤荆和 香料，以及细菌、真菌、大肠杆菌和病毒等。洗浴废水的浊度可达到几十n t u 甚至超过1 0 0 叫但色度不高，嗅昧为强烈的洗浴用品的芳香，具有一定c o d 和b o d 值，不会引起铁、锰、铜、砷、镉、铬、铅、汞、硒和硼等物质的超标 变化。从表1 1 可以看出，受污染严重的主要水质参数有：阴离子洗涤剂、浊度、 c o d 、b o d 、细菌总数和大肠菌群等【l j 。 1 2 国内外洗浴废水处理利用现状 1 2 1国外洗浴废水处理利用概况 ( 1 ) 日本以有较多的“中水道”( 即中水系统) 供生括杂用而著称，约占总的中 水回用量的4 0 。其中，以生活杂用水所占的比重最大。因此，日本开发了很多 污水深度处理工艺，在新型脱氮、脱磷技术，膜分离技术，膜生物反应器技术等方 面取得很大进展的同时，对传统的活性污泥法、生物膜法进行了处理不同源水水 质的工艺实验。建立起了许多“水再生工厂”。 ( 2 ) 美国6 0 年代末就将膜生物反应器用于废水处理。并将中水回用于工业用 水和作高层建筑冲厕、景观等用水。另外，德国、巴西和奥地利的中水处理、回 用效果也不错，处理程度比较高，污水处理量和回用量也高。 用效果也不错，处理程度比较高，污水处理量和回用量也高。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 2 国内洗浴废水处理利用概况 北京先后建成的单一建筑或建筑小区内的中水处理设施近2 0 0 套，如北京国 际贸易中心、京广中心等处理水量大，且采用生物处理工艺流程的场所，其设备 采用单体设计的钢筋混凝土构筑物；而如北京新世纪饭店、新大都饭店、松鹤大 酒店等中水处理水量较小且采用生化或物化处理工艺流程的场所，一般多采用一 体化的中水处理设备，作为宾馆、饭店的中水处理站来说，一般都放在地下室内， 使用安装一体化的中水处理设备可大大减小处理站的面积。 另外，我国其他一些城市如天津、石家庄也在积极尝试利用中水清洗汽车或 建立建筑小区的中水系统。据悉，现在全国已有天津、大连、青岛、西安等十几 个大中城市开始了中水进入居民小区的试点工作。 1 3 洗浴废水处理工艺概况 目前，处理洗浴废水的工艺按技术方法主要可分为3 类：物理化学方法、生 物处理方法和二者相结合的方法。 1 3 1 以物理化学为主的工艺流程 这一类工艺主要包括传统的处理工艺，如反应气浮( 或沉淀) 过滤以及氧 化法和膜滤法等。通常在主工艺的前后阶段需投加混凝剂和消毒剂。这种工艺主 要去除) 3 u m 颗粒物质和胶体。以膜处理为主的工艺，可以去除污物、细菌、病 毒和溶解性的盐类。该工艺处理洗浴废水的效果较好，且设备占地较小，易于实 现自动化。 ( 1 ) 以药剂处理为主的工艺流程 处理方法的流程如图1 1 所示。 图l _ l 以药剂处理为主的洗浴废水物化工艺流程 以药剂为主的洗浴废水处理工艺，主要围绕浊度、c o d c r 和l a s 的去除进 行。利用药剂的氧化作用和絮凝作用，之后为较精密的过滤单元，使洗浴废水净 化，能达到中水回用、生活杂用水平。 一产 ( 2 ) 以膜处理为主的工艺流程 处理方法的流程如图1 2 所示。 图卜2 以膜滤处理为主的洗浴废水物化工艺流程 以膜滤为主的洗浴废水处理工艺，主要以浊度、悬浮物固体、l a s 和有机 物为主要处理对象，处理后的水达到杂用水的标准，可作为中水回用。 1 3 2 以生物处理为主的工艺流程 生物处理法可以发挥微生物的活性，是一种以污治污的环保方法。通过微生 物自身或者代谢产物将溶解性的有机物和某些细菌去除。处理费用较低，但系统 的运行管理较复杂，实现对生物控制的自动化有一定难度。 处理方法的流程如图1 3 所示。 一臣垂寸匝口一酥 圈卜3 以生物处理为主的洗浴废水工艺流程 生物处理是一种廉价、环保的处理技术，有一定的优势。其流程主要为生物 过滤和沉淀过程。主要处理洗浴废水中的s s 、b o d 、c o d 、l a s 、嗅和大肠菌 群等指标，能达到回用水的标准，处理后的水可以作为中水回用。 1 3 3 组合工艺流程 组合工艺充分发挥各种处理方法的不同作用将污水净化，出水水质好，但运 行设备的结构会相对繁琐，操作管理较复杂。系统的影响因素较多，需进行系统 稳定性的调试。 处理方法的流程如图1 - 4 所示。 一匹巫) 匦一水图1 4 组合方法的洗浴废水工艺流程 北京工业大学工学硕士学位论文 组合工艺是将物理化学方法和生物方法组合起来的水处理技术。一般生物处 理过程在前，物理化学处理过程在后。可去除s s 、n h 3 n 、c o d 、b o d 、l a s 、 色度、浊度、嗅和大肠菌群等指标，出水水质符合生活杂用水标准。 1 4 洗浴废水处理设备概况 以下是几种常见的处理洗浴废水的生化与物化设备： 生物接触氧化 生物接触氧化采用生物膜处理技术，一般为两段接触氧化工艺，具有处理效果 稳定、操作简便、易于管理、产生污泥量少并可在短时间内停止运行等特点。在 中小规模的建筑中水处理中，通常选用成套中水处理设备，具有处理时间短、能耗 低、投资少、占地省、操作简便、施工方便、出水水质好、运行稳定等优点。但 对运行条件和水质的稳定性要求较高。 膜生物反应器 膜生物反应器( m b r ) 是一种由膜分离与生物处理相结合的新型水处理技术， 它是利用中空纤维膜组件的分离截流功能，将生物反应器中的活性污泥和大分子 难降解的物质截流在反应器中，提高生化反应效率。膜分离组件的固液分离功能 可使生物反应器中活性污泥量保持较高水平，微生物浓度提高数倍，可以明显提高 处理率，对于冲击负荷大的废水具有较好的处理效果；但m b r 由于自身机理的 原因，运行状况不稳定；受外界环境和水质、负荷等影响，无法实现自动化操作； 中空纤维膜极易堵塞、运行时所消耗的附加能量很大 1 7 。 s b r 工艺 s b r 工艺( 间歇式活性污泥法) 技术采用时间分割的操作方式替代空间分 割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动 态沉淀。s b r 工艺的基本特点是在一个池子中完成污水的生化反应、沉淀、排 水、排泥。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，无污泥回流系统耐冲 击负荷能力强，可在一个池内实现除磷脱氮。尤其适用于间歇无序排放和流量变 化较大的建筑小区内的中水处理。但同时，也会造成周围环境受污染，并伴有噪 音，该工艺所需占地面积较大，出水周期较长。 悬浮填料潜水曝气工艺 悬浮填料潜水曝气工艺处理效果好、技术成熟可靠、运行稳定、设备操作维 4 第1 覃堵论 护方便、抗冲击负荷能力强。水下曝气机混合室内由于紊动及能量交换作用，形 成了剧烈的混掺现象，氧总的转移系数大，利用率高，同时混合液中活性污泥和 悬浮填料处于强烈搅动的悬浮状态，生物膜直接受到水、气流的搅动，加速了生 物膜的更新，使其经常保持较高的活性。但该工艺占地面积仍较大，运行操作时 需消耗大量能量。 最近也出现了一些利用硅藻土处理污、废水的工艺，但对硅藻土预处理和 精度要求很好，而且原水还必须通过复杂的预处理，达到较好的水质后才能通过 硅藻土设备，也有一些工艺是将硅藻土作为混凝剂使用的。 1 5 本章小结 洗浴废水作为优质杂排水，占生活污水的3 0 。是中水回用的主要水源。 目前国内外都在积极回收和利用洗浴废水，利用物化或生化工艺处理后作为杂用 水回用。 洗浴废水的处理工艺大致有三种，各有其适用范围。在实际选择处理工艺时， 应分析原水水质特点，选择相应的处理工艺。 洗浴废水的处理设备发展相当迅速，耳前，各类新的单体处理设备和一体化 设备均在不断推陈出新。硅藻土过滤技术正是迎合了这一契机，受到了人们的重 视。 第2 章d e f 技术的过滤机理及运行模式 2 1 硅藻土滤料的种类、特性与作用 2 1 1 硅藻土的分类 硅藻土是硅藻遗骸经成岩作用形成的多孔性天然矿物，孔隙率 7 5 ，即以 上部分是孔隙，因而它是一种天然的良好滤料。主要化学成分是s i 0 2 ，约占 7 0 一9 0 ，其次是越2 0 3 和f e 2 0 3 等，( f e 2 0 3 含量较少，在o 5 9 5 8 2 之间) ( 还 含有c a o 、m 9 0 ) 硅藻土是一种非晶态的无定形物质，没有固定熔点，当温度 达到一定范围时开始熔融。( 国产硅藻土中s i 0 2 含量在7 7 v 8 9 之间) ( a 1 2 0 3 含量位第二，在4 1 1 之间) 硅藻中圆筛藻、小环藻为主，约占体积的9 0 ， 其次为直链藻，另外还有一些辐环藻、半盘藻、独球藻以及少量杂质。目前工艺 中使用的硅藻土类型根据不同需要有：硅藻原土、烧结硅藻土及助熔煅烧硅藻土。 经煅烧或助熔煅烧后的产品因有机物及一些无机灰分被烧去，其真密度较厚土有 所提高，但相互间变化不大，而原土、煅烧和助熔煅烧硅藻土的视密度相差很大， 助熔煅烧产品的视密度最大。 2 1 2 硅藻土的物化特性 硅藻原土的真密度随其化学成分的不同和矿土的地区不同而不同，基本上与 二氧化硅真密度一致，约在2 眦5 加m 3 范围内。 硅藻土加工对理化性能的影响：硅藻土经过煅烧后，一部分物质被烧失，二 氧化硅含量明显提高。煅烧使硅藻土一些微孔被熔合，表面被熔化而变得圆滑。 助熔煅烧是获得大粒径助滤剂的一种有效方法。经助熔煅烧加工后，硅藻土 细粒被烧结在一起，使其粒径比原土的粒径大1 一一1 0 倍。助熔煅烧产品必须经粉 碎分筛，以取得粒度一致的助滤剂。 2 1 _ 3 硅藻土助滤剂的主要性能指标 粒度、堆密度、比表面积以及成分含量等，其中粒度分布是最主要的性能指 标之一。它直接决定过滤孔道大小和微孔尺寸分布，粗粒度的颗粒透水性较好， 但过滤精度较低，故应按要求的流量和过滤精度两方面，选择粗细合适的硅藻士。 过滤元件孔道尺寸按过滤精度及助滤剂粒度分布而定，一般为o 0 2 5 6 o n 】i n ，本 北京工业丈学工学硬士学位论文 试验过滤组件的孔道尺寸为o 0 4 4 m m 。使硅藻土粒子得以架桥形成均匀的预涂 层。硅藻土浓度一般取为o 3 加6 ，循环流量可取为正常流量的1 2 倍，预涂 压力一般为o 1 m p a 左右。 表2 1 助滤剂性能指标 过滤精度( 啪)过滤助剂粒径( 啪)过滤速率( 米，小时) l 551 也 5 3 03 01 5 3 5 ) 3 02 5 2 1 4 硅藻土的最佳粒度分布 d e f 能去除5 0 n m 以上的杂质颗粒，当然，这与预涂剂的粒度、预涂膜的厚 度有关。嵊县原土颗粒分布比较集中，约6 7 粒径在3 4 3 8 3 4 u m 范围之间。而 粗硅藻土颗粒的粒径分布则较分散，这与产品的加工工艺有关。粒径集中的产品 是不加助熔剂的煅烧产品。硅藻土的比表面积通常在2 肛8 0 m 2 g 之间。硅藻土的 颗粒很小，一般在几u 瑚r 3 0 u m 以上，最小可截留o 1 1 u m 的杂质粒子。 2 1 5d e 在d e f 技术中的作用 硅藻土作为松散过滤介质，具有发达的孔隙结构，硬度高，稳定性好，化学 杂质含量少，可用于加工助滤剂，作为过滤介质的预涂膜辅助过滤，在压力作用 下，污水经过d e 预涂膜孔隙及滤元，进行精密过滤。 2 2 硅藻土助滤剂的表面预涂过滤机理 如图2 2 所示，形成硅藻土表面预涂层的目的是为了防止过滤介质( 滤布) 孔隙被堵塞，而使用助滤剂在过滤介质上面均匀地形成一个起始滤层。大于孔隙 的以及与孑l 隙大小相等的颗粒在水流作用下拥向孔隙，造成一些更窄的通道能将 进料液中更小的颗粒分离出来形成滤饼，滤饼在以后悬浮液的过滤中起过滤介质 的作用。硅藻土过滤机理是通过硅藻土预涂层孑l 隙的精密筛滤、表面电位迁移、 截留和深层吸附等特性，将大分子污染物质从水中截留到滤饼中。以滤元微小单 位分析，d e 组件的过滤机理主要有机械筛滤、孔隙内部阻留、表面吸附。这种过 滤方式往往过滤介质的起始水头比较小，到预定的水头后需停止过滤，让滤饼层 沉降到过滤器底部，然后重新启动进水泵，滤饼可以重复预涂截留污染物。待初 始水头达到一定值，浊度开始漏失，说明预涂层已经失效，必须进行反冲洗，重 新预涂新的助滤帮。 被分离的溶液以一定的流速沿着滤膜表面流动，溶液中溶剂和低分子量物 质、无机离子以高压侧透过滤膜进入低压侧，并作为滤液而排出，而溶液中高分 子物质、胶体颗粒及微生物等被滤膜截留，最终连同硅藻土残渣一起排出。由于 它的分离机理主要是借助机械筛份作用，膜的化学性质对膜的分离特性影响不 大。与生化处理工艺中的中空纤维膜相比较，中空纤维膜的能量损失非常大，并 更容易堵塞，水头损失增长也很快。而硅藻土过滤则不需要很大的压差工作，在 没达到浓差极化前不会堵塞。并可以通过重复涂膜及反冲洗将附着在预涂膜上的 杂质冲洗掉。 捕囊控于 原液 盘 枣树 藏灌 c 予壤璇 图2 2 硅藻土助滤剂表面预涂机理 2 3d e f 装置的模式和特性 2 3 1d e 过滤器内部构造： 硅藻土过滤器的过滤模式是一种新型表面预涂过滤模式，过滤器内部如图 2 3 ，由滤元、滤布所组成的滤水组件、过滤器筒壁、压板和上下盖板组成。 滤元的结构如图2 4 的材质为a b s 塑料，呈星型结构，外面被由聚丙乙烯 斜纹编织的目数为3 2 5 的袋状滤布包裹，组成过滤器的滤水组件。过滤状态下， 滤布在过滤水流的压力作用下，紧紧地贴在滤元表面。硅藻土助滤剂就靠水流自 下而上的水流的压力差和流动形成一个稳定的动态平衡，均匀地附着在滤布的表 面，形成一层具有微小孔隙的硅藻土滤膜。反冲洗状态下，水流自上而下，将滤 布撑开，脱离滤元，附着在滤布表面的硅藻土滤饼就随水流脱离滤布表面，从过 滤器下部的排水管排出。因此，该设备的脱渣率很好，冲洗后滤布表面恢复清洁， 保证了下次涂膜时，助滤荆形成均匀、致密的预涂膜。 9 图2 3 过滤器构造及工作状态下的内部水流流态 图2 4d e f 过滤器内部滤元构造 2 3 2d e 过滤器的运行模式： d e f 工艺系统如图2 5 所示。 幽2 5d e f 工艺系统图 卜混凝投药桶2 一预涂桶4 一硅藻土过滤器 d e f 过滤器运行模式如图2 3 所示： 充液一先将预涂桶内盛满清水，用水泵将水抽送至硅藻土过滤器底部进 水，向过滤容器内充液，直至过滤器内装满清水： 投加助滤剂往预涂桶中投入定量硅藻土助滤剂并混合搅拌： 涂膜开启涂膜泵，将预涂桶内已经搅拌成浆状的混合液抽吸至过滤器 内，从底部向上使其均匀地涂在组件滤元( 如图2 4 ) 外包裹的袋状滤布表面。 并使水流通过过滤组件，从过滤器上部出水，并使过滤水再回流至预涂桶内，形 1 0 成小循环，大约1 0 1 5 分钟预涂桶中的液体变得清澈透明，即在组件的滤元外 包裹的袋状滤布表面形成均匀的一层预涂膜，厚度约2 3 毫米，此时停止搅拌， 过滤的前期准备结束。 过滤当予涂槽内液体降到l ，3 处时，关闭小循环，同时打开过滤洗浴 废水的管道系统阀门，将洗浴废水送入过滤器中进行过滤。过滤过程中，由于液 体中的悬浮物不断被予涂膜截留，容器内压力缓缓上升，当压力达到2 3 k g c m 2 时，过滤周期结束。 排出残液和残渣过滤结束，停泵同时打开排水阀，用压缩空气和反冲 洗水将过滤器内的残液和残渣排空。 清洗滤元排渣后，从上部用反冲洗水至上而下地将滤元组件彻底冲 洗干净，以便保证下个过滤周期较好的涂膜效果。 以上是一个过滤周期的操作方法，若要连续过滤时，可并联二台过滤器交替 进行。 2 3 3 选择d 髓过滤介质的基本要求： 过滤介质的作用原理与过滤操作步骤相关。用于表面预涂膜过滤的过滤介质 技术特性必须满足此种过滤的特殊要求：介质的结构能保证开始过滤时，颗粒能 迅速在介质表面”架桥”，使细颗粒不致流失( 即穿滤) ；介质的孔道内夹持颗粒的 比率低，介质的堵塞最小；滤饼能容易地完全地卸除；介质结构便于清洗再生。 常用的滤饼过滤介质主要有滤布、滤网、侧边式滤芯等。对用作深层过滤的 介质，则要求其结构满足指定的截留精度，能阻挡要求阻挡的颗粒；床层要有足 够的容量，使其被颗粒堵塞的进程缓慢，以延长操作周期。 对各种过滤介质的共同要求是：优良的过滤特性( 比阻小，截留精度高等) ；良 好的物理、机械性能( 强度高，搞蠕变，刚柔性，耐磨性高等) ，在一定工艺操作条件 及环境下，化学稳定性好( 耐腐蚀，耐高温及微生物等) ，清洗、再生方便，价格便 宜，来源可靠。 ( 1 ) 过滤介质对固体颗粒的捕集能力 这关系到过滤的分离次序。所谓捕集能力就是能截留的最小颗粒尺寸。捕集 能力取决于介质本身的孔隙大小及分布情况。下表为各类过滤介质能捕集的最小 颗粒。 北京工业大学工学硕士学位论文 表2 6 备类过滤介质播集的最小颗粒表 介质类型 举例能够截留的最小颗粒( 微米) 滤布天然及合成纤维编织的滤布 1 0 滤网 金属丝编织隔 5 非织造纤维介质纸( 纤维素) 纸( 玻璃纤维材料) 毛毡 5 2 1 0 多孔材料薄膜 o 0 0 5 刚性多孔材料 陶瓷金属陶瓷 1 3 松散固体介质硅藻土膨胀珍珠岩 运行时间) 进水水质) 过滤流量 上表中，k 值等于各影响因素下的去除率的和，k 值等于刚3 。影响因子r 等于k 的最大值与最小值之间的差。t 为单因素下k 值的和。 从上表最终得出的数据分析可知，各个因素的最优方案为；9 0 0 克硅藻土涂 膜量下的浊度平均去除率最高，比3 0 0 克硅藻土预涂膜量下的浊度去除率平均值 高3 1 9 7 ；而该值在所有影响因子r 中也属于最高值，这就是说在最优化方案中， 涂膜量占的影响比重最大。同理，运行时间为1 天( 重复利用次数为1 次) 的浊 度平均去除率最高，比运行时间为3 天的浊度去除率平均值高2 4 1 8 。因此，运 行一天最优，且在四个影响因素的影响因子中位居第二：而进水水质为3 0 n 1 u 时为最优，且在影响因子中排第三。最后，影响因子最小的是过滤流量，最优值 为1 o m 3 h 。通过以上的分析可知，预涂膜量高对浊度处理率的影响最大，且起 到决定性的作用，所以该型前的设备对硅藻土的预涂量要求较高，应采用9 0 0 克 北京工业大学工学硕士学位论文 硅藻土预涂膜量，以便保证平均浊度去除率值较高，而进水浊度和过滤流量对试 验的结果影响并不会太大。 ( 2 ) 改型后过滤影响因素分析： 因素 a 涂膜量 b 过滤流量c 砂滤水质d 重复预涂次数 浊度去除率 试验号 ( g ) ( m 3 h ) ( n 叫)( d ) ( ) 列号 l234 13 0 0 0 8515 0 0 0 23 0 01 01 024 0 0 0 33 0 01 21 531 0 0 0 46 0 0o 81 035 8 3 3 56 0 01 01 514 1 6 7 66 0 01 2524 2 8 6 79 0 00 81 526 0 0 0 89 0 01 o534 0 0 0 g9 0 01 2l o14 4 4 4 k 11 0 0 0 0i 6 8 3 31 3 2 8 61 3 6 1 1 i 【21 4 2 8 61 2 1 6 71 4 2 7 71 9 1 1 9t = 3 8 7 3 k 31 4 4 4 49 7 3 01 1 1 6 71 0 8 3 3 k 13 3 3 35 6 1 i4 4 2 94 5 3 7 k 24 7 6 24 0 5 64 7 5 96 3 7 3 k 34 8 1 53 2 4 33 7 2 23 6 1 l r1 4 8 12 3 6 81 0 3 72 7 6 2 最优化方案为：重复预涂2 次，过滤流量为0 8 m 3 h ，涂膜量为9 0 0 克，砂滤进水 水质为1 0 n t u 。 影响因素次序是：运行时间 过滤流量 涂膜量 砂滤进水水质 从上表最终得出的数据分析可知，各个因素的最优方案为：运行时间为2 天的浊度平均去除率最高，比运行时间为3 天时的浊度去除率平均值高2 7 6 2 ， 因此，运行时间占的影响比重最大。过滤流量的最优值为0 8 m 3 h ，在四个影响 园子中位居第二。9 0 0 克硅藻土涂膜量的影响因子r 为最优值，且在四个影响因 子r 中排第三；最后，影响因子最小的是进水水质，当砂滤进水1 0 n t u 时为最 优。通过以上的分析可知。改型后预涂膜量对浊度处理率的影响大大减小，而运 行时间( 预涂膜重复使用次数) 延长了，并起到了决定性的作用，所以改型后设 备的运行成本降低。但改型后过滤流量的最优值降低了，而且对砂滤进水水质的 要求也较高，因此应加大对洗浴废水的预处理，使水质达到硅藻土过滤器的进水 要求，以便保证平均浊度去除率值较高，但进水浊度和预涂膜量稍有变化对试验 的结果影响并不会太大。 4 1 2 影晌c o d 。去除率的主要因素： 表4 3c o d c r 处理率三因素四水平表 因素 c o d c r 去除率 a 涂膜量 b 过滤流量c 进水c o d c r ( ) 试验号( g ) ( m 3 h )( g l ) 列号 123 1 2 0 0 0 63 03 3 3 3 2 2 0 0 0 84 04 5 5 3 z o o1 o5 02 8 6 4 z 0 0l ，26 0l 1 l l 53 0 0 o 86 05 1 4 3 6 3 0 0lo3 06 1 1 l 7 3 0 0工 24 01 3 1 5 8 3 0 00 65 04 2 8 6 9 6 0 01 o 4 02 5 0 0 1 0 6 0 01 25 05 7 1 4 1 1 6 0 0o 66 06 1 1 5 1 2 6 0 0 o 83 02 7 2 7 1 3 9 0 01 _ 25 06 2 5 0 1 4 9 0 00 66 07 1 4 2 1 59 0 00 83 01 2 5 0 1 69 0 0l o4 05 4 5 5 k 1 n 8 5 42 0 8 7 61 3 毛2 l l 【21 6 8 5 51 3 6 7 01 3 8 2 0 t = 6 5 8 6 2 i 【3 1 7 0 5 61 6 9 2 61 9 1 1 0 k 4 2 0 0 9 71 4 3 9 0 1 9 5 u k l 3 9 5 l6 9 5 94 4 7 4 k 25 6 1 84 5 5 74 6 0 7 l 【3 5 6 8 5 5 6 4 26 3 7 0 k 4 6 6 9 94 7 9 7 6 5 0 4 r2 7 4 82 4 0 22 0 3 0 6 0 m g l 。 影响因素次序是：预膜量 过滤流量 进水水质 从上表最终得出的数据分析可知，各个因素的最优方案为：9 0 0 克硅藻土 北京工业大学工学硬士学位论文 涂膜量下的c o d c r 平均去除率最高，比3 0 0 克硅藻土预涂膜最下的浊度去除率 平均值高2 7 4 8 ；而该值在所有影响因子r 中也属于最高值，这就是说在最优化 方案中。涂膜量占的影响比重最大。同理，过滤流量在四个影响因素的影响因子 中位居第二，且当过滤流量为o 6 m 3 l l 时最优；而进水水质的c o d c r 为6 0 m g ，l 时为最优，且影响因子为最小。通过以上的分析可知，预涂膜量对c o d c r 处理 率的影响最大，且起到决定性的作用，所以设备处理洗浴废水的c o d “时，对 硅藻土的预涂量要求较高，应采用9 0 0 克硅藻土预涂膜量，以便保证平均c o d c r 去除率值较高，而进水c o d c r 和过滤流量对试验的结果影响并不会太大。 综合以上各水质指标的分析可知，硅藻土过滤装置的预涂膜量为9 0 0 克时最 优，且影响的作用最大；运行时间、过滤流量和进水水质的影响就相对小些。因 此，该设备可适应于处理间歇性流量和进水水质在