地下水除铁锰滤柱反冲洗废水结团絮凝处理的中试研究

书给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．５２０１４７城镇给排水地下水除铁锰滤柱反冲洗废水结团絮凝处理的中试研究刘加强１黄廷林１邰传民２曹昕１郭英明１席安龙１（１西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安７１００５５；２西安市政设计研究院有限公司，西安７１００６８）摘要以西安某地下水除铁除锰石英砂滤柱反冲洗废水为处理对象，利用结团絮凝工艺进行了中试研究，得出了混凝剂ＰＡＣ、助凝剂ＰＡＭ、水流上升速度Ｕｗ和强制搅拌转速ｎ对结团絮凝工艺的影响规律。在上升流速为３４ｃｍ／ｍｉｎ时，通过优化得出适宜的搅拌转速ｎ为４～８ｒ／ｍｉｎ，ＰＡＣ投量为２０ｍｇ／Ｌ左右，ＰＡＭ投量为１．０～１．２５ｍｇ／Ｌ。适当增加投药量，最大上升流速可达４２．５ｃｍ／ｍｉｎ。在上述运行条件下，可使出水浊度小于１０ＮＴＵ，Ｆｅ小于１．６ｍｇ／Ｌ，Ｍｎ小于０．５ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤＭｎ小于２．０ｍｇ／Ｌ；排泥含水率为９０％～９７％，污泥比阻值为（０．１～０．２）×１０９ｓ２／ｇ。关键词结团絮凝反冲洗废水浊度ＦｅＭｎＣＯＤＭｎ污泥比阻０前言我国自来水厂在常规水处理运行中，滤池反冲洗废水占总产水量的３％～８％，目前我国多数水厂将反冲洗废水直接排放，既浪费能量、浪费水资源又造成环境污染。少数水厂采用混凝—沉淀—浓缩—脱水或浓缩—脱水的处理工艺，然而此传统工艺处理效率低，构筑物多，占地面积大。国外一般将滤池反冲洗废水经滤膜过滤后回用［１］，但这种方法需要新增较多设备，运行费用较高，而且存在膜污染问题。滤池反冲洗废水的含固率较低，一般为０．０２％～０．０５％，远低于沉淀池的排泥水（含固率一般为０．１％～２％），于是在近几年从水混凝角度出发，利用反冲洗废水中已形成的矾花颗粒对混凝的有利作用，国内开展了滤池反冲洗废水直接回流絮凝池，重新利用的研究［２］。反冲洗废水直接回用，不仅可以回收水量，而且还能提高絮凝沉淀效果，具有较好的经济和环境效益。对于采用直接过滤工艺的地下水厂而言，反冲洗废水直接回流利用的方法就不适宜了。笔者提出了采用结团絮凝技术处理直接过滤滤池反冲洗废水的方法。该工艺技术成熟，水力负荷高，且具有小型化、设备化的特点。本文以西安北郊地下水除铁除锰石英砂滤柱反冲洗废水为研究对象（地下水处理为一级砂滤，二级活性炭过滤的工艺），提出了结团絮凝工艺处理此种废水适宜的工艺参数国家自然科学基金项目（５１２７８４０９）。和运行条件。１结团絮凝工艺原理所谓结团絮凝工艺，即控制混凝剂和助凝剂合理的投加及混合条件，使原水中的胶体杂质进行微脱稳絮凝，随后进入结团絮凝流化床装置，控制初始反应阶段条件使之形成小粒径、低倍高密度的微絮体，该絮体进入流化床后即可完成自我造粒。微小絮体在悬浮颗粒表面进行逐一附着，结合后颗粒的空隙达到最小，而密度却能达到最大。结团絮凝体在上升水力搅拌和机械搅拌的双重作用下，颗粒的成长粒径得到有效控制，从而保持一种最为密实的状态。这种高密度的颗粒具有较好的沉降性能，通过设备上部的澄清区后即可完成自行分离过程。２试验装置及方法２．１试验装置中试系统见图１，主要由配水系统、混合装置、管式反应器、造粒流化床设备等几部分组成。造粒流化床装置集絮凝、沉淀、浓缩于一体，结构紧凑，操作简单，是该试验系统的主体装置。造粒流化床设备采用内外套筒形式，内筒是结团絮凝区，内筒直径５０ｍｍ，高１．０ｍ；外径１００ｍｍ，高１．３８５ｍ；集泥斗高８５ｍｍ；内筒体积约２Ｌ；混合装置为管式静态混合器；管式反应器（ＤＮ１０，２０ｍ）；ＬＺＢ－１０玻璃转子流量计（范围１０～１００Ｌ／ｈ）。２．２反冲洗废水特点地下水除铁除锰滤柱反冲洗废水水量相对较DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2014.0040８给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．５２０１４��������������������图１中试系统大，且具有浊度、色度、悬浮物含量、高锰酸盐指数、铁锰含量较高的特点（见表１）。反冲洗（采用气、水联合反冲）时滤料颗粒间截留的杂质及长期运行在滤料表面形成的具有催化活性的锰质、铁质氧化膜破碎、脱落成为ＳＳ、铁、锰等的主要来源，破碎的氧化膜颗粒细小，沉降性能差（见图２，２４ｈ静沉后上清液浊度仍高于１０ＮＴＵ，Ｆｅ、Ｍｎ浓度分别高于１．５ｍｇ／Ｌ、０．５ｍｇ／Ｌ），污染严重，不易处理。表１反冲洗废水的特点ｐＨ浊度／ＮＴＵ色度／倍ＳＳ／ｍｇ／Ｌζ电位／－ｍＶＣＯＤＭｎ／ｍｇ／Ｌ总铁／ｍｇ／Ｌ锰／ｍｇ／Ｌ７．９５～８．２７７００～１０００５００～７００（黑褐色）４８０～６００１８～２５１０～１５１３～１６７２～８６图２废水浊度、Ｆｅ、Ｍｎ随静沉时间的变化２．３药剂及配置混凝剂与助凝剂均是现用现配，选用西安市曲江水厂生产的聚氯化铝（ＰＡＣ）作为混凝剂；选用ＦＯ４１９０ＰＷＧ型阳离子聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）作为助凝剂，相对分子质量约为