一、給水處理工藝的比較、啟示及其困惑
1、自來(lái)水廠凈水工程簡(jiǎn)介
現(xiàn)代自來(lái)水廠處理工藝是隨著工業(yè)文明的到來(lái)和現(xiàn)代城市的產(chǎn)生而同步產(chǎn)生的，所以，其發(fā)展歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)城市污水廠。而且自來(lái)水廠處理工藝一經(jīng)產(chǎn)生，就萬(wàn)變不離其宗，并且今后將仍然持續(xù)有效。自來(lái)水廠的水源主要為天然水體，水處理的目的是去除水體中的膠體顆粒與控制水體中的細(xì)菌、致病菌和其他微生物。自來(lái)水廠的處理工藝包括處理單元、清水池和二級(jí)泵站等設(shè)施。凈水工程設(shè)施的功能是將原水凈化處理成符合城市用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的凈水，并通過(guò)二級(jí)泵站加壓輸入城市供水管網(wǎng)。
2、污水廠二級(jí)生化處理工藝介紹
城市污水中含有懸浮物、膠體、有機(jī)物、致病菌和工業(yè)生產(chǎn)中的有毒有害物質(zhì)，目前，污水處理的方法也多種多樣，通常將其分為：一級(jí)處理方法、二級(jí)處理方法和三級(jí)處理方法。我國(guó)城市污水廠已經(jīng)逐步普及了二級(jí)處理工藝。上述工藝也是全球公認(rèn)的典型的城市污水處理工藝。所以，如果想進(jìn)一步改善污水廠尾水水質(zhì)，只有在二級(jí)沉淀池后，增加處理設(shè)施和處理單元。
3、比較和啟示
通過(guò)比較自來(lái)水廠處理工藝，可以看出，在污水沉淀處理工藝后，較佳后續(xù)單元應(yīng)該是過(guò)濾處理工藝。
4、污水廠尾水過(guò)濾處理的困境
（1）污水中懸浮顆粒濃度高自來(lái)水沉淀池出水中，懸浮物顆粒是絮凝反應(yīng)后的粘土類顆粒物，粒徑較小、強(qiáng)度很低，進(jìn)入粒徑0.6-1.5毫米的濾料顆粒濾池（如自來(lái)水廠的石英砂濾池）后，水中的顆粒物能夠深入濾料層20-40毫米以上，實(shí)現(xiàn)濾料的深層過(guò)濾，濾料層不會(huì)形成表層過(guò)濾，有助于發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，提高過(guò)濾周期，降低濾料層反沖洗頻率。并且沉淀池出水中的懸浮顆粒濃度通常不超過(guò)10-20mg/L，所以，自來(lái)水廠過(guò)濾池的運(yùn)行周期一般可以達(dá)到12-24小時(shí)以上。和自來(lái)水處理工藝不同的是，污水廠二級(jí)沉淀池出水中，懸浮物濃度通常高達(dá)30-50mg/L左右，而石英砂濾床等傳統(tǒng)濾料的濾層空隙率較低，濾料層的截污能力低，是縮短過(guò)濾周期的一個(gè)因素。
（2）污水中懸浮顆粒粒徑大、強(qiáng)度高污水處理工藝中，二沉池去除的懸浮顆粒未經(jīng)過(guò)混凝反應(yīng)，而且水體中或懸浮顆粒自身常常帶有氣泡，所以，即使粒徑達(dá)3-5毫米的懸浮顆粒，也很容易隨著水流上浮而流出沉淀池。這些懸浮顆粒多為脫落的.生物膜或活性污泥顆粒物，強(qiáng)度較大，不能借助過(guò)濾水流的剪切作用而深入濾床。
（3）傳統(tǒng)濾料過(guò)濾污水周期短、反沖洗耗水量大當(dāng)人們采用石英砂過(guò)濾方法處理二沉池尾水時(shí)，很容易導(dǎo)致濾料表層的堵塞而形成表層過(guò)濾，過(guò)濾周期只有幾十min，過(guò)濾池的反沖洗水量占過(guò)濾水量的比例高達(dá)1/3到1/2左右。即使人們努力通過(guò)改進(jìn)顆粒濾料工藝，如采用升流式濾床過(guò)濾、無(wú)煙煤-石英砂雙層濾料過(guò)濾、陶粒濾料過(guò)濾等，也只能些微地延長(zhǎng)過(guò)濾周期，而根本無(wú)法達(dá)到實(shí)用效果。
（4）污水過(guò)濾對(duì)濾料的基本要求擺在污水處理研究工作者面前的基本的任務(wù)是，尋找適宜的污水過(guò)濾技術(shù)，改進(jìn)污水處理廠尾水水質(zhì)。污水過(guò)濾濾層應(yīng)該具有濾料空隙率高、濾料層孔徑大，便于污水中的懸浮顆粒深入濾料層內(nèi)部，發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用，延長(zhǎng)過(guò)濾周期，降低濾池的反沖洗頻率和反沖洗周期，使污水過(guò)濾實(shí)用化。
2 纖維球?yàn)V料的結(jié)構(gòu)特征
纖維球過(guò)濾技術(shù)早期是日本于上世紀(jì)80年代發(fā)明的技術(shù)，并且經(jīng)過(guò)我國(guó)水處理和廢水處理專家?guī)资昱Ω倪M(jìn)的、不斷發(fā)展的處理技術(shù)。主要產(chǎn)品有剛性纖維球和彈性纖維球等類型。其技術(shù)參數(shù)特征為：
2.1 濾料層空隙率高
纖維球?yàn)V料層空隙率高達(dá)95%左右，過(guò)濾起始階段，濾料層空隙率甚至高達(dá)98%左右；而傳統(tǒng)石英砂濾料層空隙率只有41%左右，即使多孔隙性的陶粒濾料，其濾料層的空隙率也只有70%，況且每個(gè)陶粒的核內(nèi)空隙和過(guò)度細(xì)小的空隙根本無(wú)法發(fā)揮過(guò)濾截流作用。所以，和傳統(tǒng)濾料相比，纖維球?yàn)V料層的空隙率占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
2.2 濾料層空隙大，便于發(fā)揮深層濾料的過(guò)濾作用
傳統(tǒng)石英砂濾料的粒徑只有0.5-1.2毫米，濾料層的孔隙直徑0.3-0.5毫米，甚至更低。即使陶粒濾料或無(wú)煙煤濾料，濾層孔隙直徑一般也不超過(guò)1毫米。而纖維球?yàn)V料的粒徑一般達(dá)30-50毫米，濾料層的孔隙直徑高達(dá)10-30毫米。為懸浮顆粒深入濾料層創(chuàng)造了條件。
2.3 濾料層空隙分布合理
傳統(tǒng)濾料層都是粒徑粗細(xì)不等顆粒組成的，在濾料層反沖洗過(guò)程中，很自然地將細(xì)小顆粒濾料沖洗到濾池上方甚至沖出池外，由此，形成了上層細(xì)小、下層粗大的濾層結(jié)構(gòu)，即反粒徑分布結(jié)構(gòu)。而纖維球則是人為加工的濾料，濾料粒徑大小一致。所以，反沖洗后，上下層濾料的粒徑也是均勻一致的。不僅如此，由于彈性纖維球?yàn)V料具有可壓縮性，當(dāng)進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，濾料層受到過(guò)濾阻力以及自身重力、截流的懸浮顆粒的重力等作用，濾料層受到垂直向下的壓力，并且這種壓力從上到下而逐漸增大，使得彈性纖維球?yàn)V料層從上到下的壓縮程度也逐漸增大，結(jié)果，濾料層空隙率從上到下逐漸減少，即和傳統(tǒng)濾料層的反粒徑分布特征正好相反，這也是纖維球?yàn)V料能夠發(fā)揮深層過(guò)濾作用的另一重要原因。
2.4 濾料層比表面積大，吸附能力強(qiáng)
石英砂濾料層的比表面積通常約300-400m2/m3，即使濾粒自身帶孔隙的陶粒濾料層，比表面積也只有600-700m2/m3，而纖維球?yàn)V料層的比表面積高達(dá)3000-10000m2/m3。纖維球?yàn)V料通常為聚酯纖維等材料制成，對(duì)于污水中的活性污泥或生物膜顆粒，具有很強(qiáng)的吸附能力，即使在高速過(guò)濾狀態(tài)，也能夠?qū)腋☆w粒截流在濾層中，保證良好的過(guò)濾出水水質(zhì)。
3 纖維球?yàn)V料的過(guò)濾運(yùn)行特征
3.1 濾料層過(guò)濾阻力小
正是由于纖維球?yàn)V料層的高空隙率、大孔徑特征，濾料層過(guò)濾阻力很小。如反沖洗結(jié)束后，纖維球?yàn)V料層的起始過(guò)濾阻力只有0.02-0.03米的水頭損失，而石英砂濾料層的起始過(guò)濾阻力達(dá)到0.15-0.2米的水頭損失。
3.2 過(guò)濾濾速高
由于傳統(tǒng)濾料過(guò)濾的阻力較大，所以，過(guò)濾速度受到限制，通常濾速不超過(guò)10-15m/h，否則，濾層阻力將迅速增加，達(dá)到過(guò)濾阻力極限值，不得不頻繁地進(jìn)行反沖洗。此外，傳統(tǒng)濾料層的空隙結(jié)構(gòu)分布不合理，一旦水體中的懸浮顆粒隨著高速水流深入到濾料層內(nèi)部，又很容易導(dǎo)致濾料層的穿透，這也是傳統(tǒng)濾料層無(wú)法進(jìn)行高速過(guò)濾的原因。纖維球?yàn)V料過(guò)濾阻力小，即使濾速高達(dá)30-40米，過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)速度仍然較緩慢，不會(huì)因阻力的迅速上升而中止過(guò)濾。而且，纖維球?yàn)V料層下層的空隙率小、孔徑小、比表面積大，即使懸浮顆粒隨著高速水流深入到濾料層內(nèi)部，也能夠通過(guò)底層細(xì)密濾料層的有效截流，防止濾料層穿透。當(dāng)然，整個(gè)纖維球?yàn)V料層的高比表面積以及纖維球的高吸附能力，也是防止濾料層穿透的有效手段，同樣也是纖維球高速過(guò)濾的保證。
3.3 濾料層截污能力強(qiáng)
由于纖維球?yàn)V料層的高空隙率，以及纖維球?yàn)V料深層濾料層的空隙分布特征，使得纖維球?yàn)V料層的截污能力大大提高。給水過(guò)濾同步比較實(shí)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)石英砂濾料的截污能力一般不超過(guò)1-2kg/m3，而纖維球?yàn)V料層的截污能力高達(dá)3-5kg/m3；污水過(guò)濾同步實(shí)驗(yàn)表明，石英砂濾料層因?yàn)楸韺訛V料空隙的迅速堵塞，截污能力反而下降到0.1-0.2kg/m3，當(dāng)纖維球?yàn)V料過(guò)濾廢水時(shí)，恰恰因?yàn)榇箢w粒懸浮物在濾料層表面的截流，更加充分地發(fā)揮了濾料層內(nèi)部的截流作用，使得纖維球?yàn)V料層的截污能力進(jìn)一步提高到5-10kg/m3。
3.4 過(guò)濾周期長(zhǎng)
由于纖維球?yàn)V料層的截污能力強(qiáng)，所以，過(guò)濾周期顯著提高。在同等濾速過(guò)濾給水時(shí)，纖維球過(guò)濾的周期至少是石英砂濾料的3-4倍；在同等濾速過(guò)濾污水時(shí)，石英砂濾料的周期甚至只有10-20min，而纖維球過(guò)濾至少達(dá)8小時(shí)以上。即纖維球過(guò)濾污水的周期甚至是石英砂濾料的50倍以上。由于不需要頻繁地進(jìn)行反沖洗，所以，纖維球過(guò)濾運(yùn)行非常便捷穩(wěn)定，并且可以減少工作量。
