碼頭堆場雨水綜合處理與回用

秦菲菲

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)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(qū)無新的水源可開發(fā)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(qū)的重要資源之一［1－2］。本課題結(jié)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(qū)域雨水回用資源化提供一條較為合理、切實(shí)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(yīng)快、絮凝沉淀時(shí)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(yīng)用［3－4］。實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(guī)混凝條件下，少量的混凝劑無法將該水體中膠體顆粒脫穩(wěn)，只有通過增加混凝劑的加入量，破壞膠體顆粒表面的有機(jī)涂層，降低膠體顆粒表面負(fù)電荷和雙電層排斥作用，減小顆粒間的空間阻礙，達(dá)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(wěn)，從而有效去除水體的污染物。

取6個(gè)1 000mL燒杯并注入1 000mL原水，調(diào)節(jié)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(qiáng)度為300r／min，中速攪拌10min，攪拌強(qiáng)度為100r／min，慢速攪拌10min，攪拌強(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(dāng)聚合氯化鋁的加入量大于35mg／L時(shí)，COD去除率較高，SS降低明顯?？紤]到藥劑投加量的經(jīng)濟(jì)性，選擇藥劑的最佳投加量為35mg／L。

1.2 攪拌強(qiáng)度及時(shí)間的確定

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

取原水調(diào)節(jié)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(qiáng)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(yàn)結(jié)果見表1。

表1 攪拌強(qiáng)度的確定

攪拌強(qiáng)度對混凝反應(yīng)過程影響較大，選擇合理的攪拌強(qiáng)度，將促進(jìn)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(qiáng)度為90r／min下，處理后SS最低；因而對于本試驗(yàn)而言，攪拌強(qiáng)度選擇90 r／min為宜。

在確定攪拌強(qiáng)度的前提下，采用不同的攪拌時(shí)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(shí)間對于混凝反應(yīng)的充分程度有直接的影響，攪拌時(shí)間過短，混凝反應(yīng)不充分，絮體間的碰撞幾率小，因而產(chǎn)生的礬花細(xì)小且松散；過長的攪拌時(shí)間可能會破壞已形成或沉降的絮體結(jié)構(gòu)，還增加了攪拌能耗。綜上試驗(yàn)結(jié)果，攪拌時(shí)間取15min為宜。

表2 攪拌時(shí)間的確定

1.3 最佳混凝條件

綜上試驗(yàn)結(jié)果，最佳混凝條件見表3。

表3 最佳混凝試驗(yàn)條件

2 碼頭堆場雨水臭氧－活性炭聯(lián)用處理

2.1 臭氧氧化處理

臭氧（O3）是一種強(qiáng)氧化劑。臭氧氧化法與常規(guī)水處理方法比較具有顯著的特點(diǎn)，如對于生物難降解物質(zhì)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(chǎn)生量較少，同時(shí)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(shí)驗(yàn)室采用混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭吸附聯(lián)合工藝進(jìn)行處理。試驗(yàn)中，根據(jù)混凝試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)先對原水進(jìn)行混凝處理，PAC投加量為35mg／L，PAM 投加量為3mg／L?；炷鏊M(jìn)入臭氧反應(yīng)器，通入臭氧質(zhì)量濃度分別為75，100，150，200和250mg／L，接觸時(shí)間分別為20，40和60min，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 臭氧對COD處理效果

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

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

2.2 臭氧－活性炭聯(lián)用試驗(yàn)

活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料［6］。本次試驗(yàn)擬采用天昌（天津）活性炭有限公司生產(chǎn)的 WTMF－1型凈水炭。

本組試驗(yàn)中，采用臭氧氧化出水為試驗(yàn)用水，臭氧投加質(zhì)量濃度為75mg／L，接觸時(shí)間為40 min。出水再經(jīng)過活性炭過濾柱，根據(jù)類似的工程經(jīng)驗(yàn)，接觸時(shí)間定為15，30，45和60min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，可以發(fā)現(xiàn)在接觸時(shí)間60min時(shí)，反應(yīng)器對各項(xiàng)污染物的去除效果最好。

表5 臭氧活性炭聯(lián)用對COD去除的影響

采用臭氧投加濃度為75mg／L，接觸時(shí)間為40min；活性炭過濾柱接觸時(shí)間45min，對某一次實(shí)際降水進(jìn)行污染物處理，結(jié)果見表6，可以發(fā)現(xiàn)SS得到了非常好的去除效果。

表6 臭氧活性炭聯(lián)用對某一次實(shí)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(jīng)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(yùn)中，大宗的散貨貨種是煤炭、礦粉。由于裝卸、運(yùn)輸起塵造成煤塵、礦粉塵污染環(huán)境，使粉塵的污染防治成為港口碼頭的主要環(huán)境問題。目前最常用的煤塵污染防治技術(shù)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(guī)水資源除塵，一方面使水資源化，變廢為寶，減輕水環(huán)境污染負(fù)荷，提高水資源的重復(fù)利用率，另一方面港口碼頭開發(fā)了除塵水源，降低了用水成本，保證了除塵設(shè)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(yè)的特殊用水，對除塵用水的水質(zhì)應(yīng)滿足下列要求。

（1）不影響煤炭、礦粉質(zhì)量。

（2）不影響除塵設(shè)施的壽命。

（3）不破壞環(huán)境質(zhì)量。

（4）不損壞運(yùn)輸船舶和其他機(jī)具設(shè)備。

實(shí)際應(yīng)用中，重點(diǎn)是考慮水中的氯化物含量對煤炭、礦粉質(zhì)量的影響，以及對除塵設(shè)施和運(yùn)輸船舶等機(jī)具的腐蝕。由于雨水處理后氯化物含量較低，可以忽略不計(jì)。

由于目前港口碼頭中水產(chǎn)水規(guī)模較小，尚未有管網(wǎng)覆蓋。當(dāng)有濕式除塵、綠化、洗艙等需求時(shí)，常用罐車進(jìn)行裝載、運(yùn)輸、高壓排出，同樣需要管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建。

4 結(jié)論

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

（2）采用混凝沉淀對碼頭堆場雨水進(jìn)行預(yù)處理，選用聚合氯化鋁（PAC）為混凝劑，投加量為35mg／L，調(diào)節(jié)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(jìn)入臭氧氧化工段。

（3）臭氧氧化工段運(yùn)行條件為：臭氧投加濃度75mg／L，接觸時(shí)間40min；出水進(jìn)入活性炭吸附柱?；钚蕴课焦ざ危佑|時(shí)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(shí)際降水進(jìn)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(zhì)量的影響，以及對除塵設(shè)施和運(yùn)輸船舶等機(jī)具的腐蝕。但由于目前港口碼頭中水產(chǎn)水規(guī)模較小，尚未有管網(wǎng)覆蓋。當(dāng)有濕式除塵、綠化、洗艙等需求時(shí)，仍需用罐車進(jìn)行裝載、運(yùn)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(shè)計(jì)與運(yùn)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(shù)及工程實(shí)例［M］北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［4］ 吳 燕.小區(qū)中水回用的處理技術(shù)研究［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，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(qiáng)化處理焦化尾水試驗(yàn)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(yīng)用研究［D］.青島：青島理工大學(xué)，2010.