码头堆场雨水综合处理与回用

2015-02-10秦菲菲

交通科技 2015年2期

秦菲菲

（交通运输部天津水运工程科学研究所天津 300456）

淡水资源日趋短缺，而需水量不断增长，许多缺水城市和地区无新的水源可开发利用，将雨水、废水收集处理后予以回收和再用，已成为许多缺水城市或地区的重要资源之一［1－2］。本课题结合码头堆场“硬化路面广，雨水利用率高”的特性开展雨水处理与回用研究，以期为类似区域雨水回用资源化提供一条较为合理、切实可行的方法与途径。

1 码头堆场雨水混凝沉淀处理

混凝沉淀法反应快、絮凝沉淀时间短、处理效果显著，操作简单，因而在含油废水处理中广泛应用［3－4］。实验室试研究表明，聚合氯化铝铁和聚合氯化铝对天津港某堆场雨水处理效果比较明显。综合考虑吨水成本，本试验选用聚合氯化铝作为混凝剂。

1.1 混凝剂最佳投加量的确定

在常规混凝条件下，少量的混凝剂无法将该水体中胶体颗粒脱稳，只有通过增加混凝剂的加入量，破坏胶体颗粒表面的有机涂层，降低胶体颗粒表面负电荷和双电层排斥作用，减小颗粒间的空间阻碍，达到有利于颗粒间的碰撞效果，才能使水中的胶体颗粒易于脱稳，从而有效去除水体的污染物。

取6个1 000mL烧杯并注入1 000mL原水，调节水样pH值为7左右，分别加入聚合氯化铝15，25，35，45mg／L，每次加药后快速搅拌1min，搅拌强度为300r／min，中速搅拌10min，搅拌强度为100r／min，慢速搅拌10min，搅拌强度为50r／min，静置25min后，在水面下2～3cm处取上层清液测定COD和SS。实验结果表明，随着聚合氯化铝投加量的增加，处理后水样的COD和SS含量均逐渐降低，当聚合氯化铝的加入量大于35mg／L时，COD去除率较高，SS降低明显。考虑到药剂投加量的经济性，选择药剂的最佳投加量为35mg／L。

1.2 搅拌强度及时间的确定

在实际工程应用中，通常原水投加定量混凝剂后，在管式静态混合器中充分混合，此过程相当于混凝试验的快速搅拌。为了便于在实际过程中的应用，工程中通常将搅拌过程分为快速混合和慢速搅拌2个阶段。其中快速搅拌在管式静态混合器中完成，本文主要探讨慢速搅拌强度对混凝过程的影响。

取原水调节pH值为7，投加35mg／L的聚合氯化铝，在300r／min条件下，剧烈搅拌混合1min，在不同的搅拌强度下慢速搅拌15min，静沉30min后，在水面下2～3cm处取上清液测定SS，试验结果见表1。

表1 搅拌强度的确定

搅拌强度对混凝反应过程影响较大，选择合理的搅拌强度，将促进微粒间的接触碰撞，提高混凝效果，有利于矾花的充分生成及絮体的沉降。由表1可见，在搅拌强度为90r／min下，处理后SS最低；因而对于本试验而言，搅拌强度选择90 r／min为宜。

在确定搅拌强度的前提下，采用不同的搅拌时间，其他条件不变的条件下，测定处理后水样的SS（见表2）。搅拌时间对于混凝反应的充分程度有直接的影响，搅拌时间过短，混凝反应不充分，絮体间的碰撞几率小，因而产生的矾花细小且松散；过长的搅拌时间可能会破坏已形成或沉降的絮体结构，还增加了搅拌能耗。综上试验结果，搅拌时间取15min为宜。

表2 搅拌时间的确定

1.3 最佳混凝条件

综上试验结果，最佳混凝条件见表3。

表3 最佳混凝试验条件

2 码头堆场雨水臭氧－活性炭联用处理

2.1 臭氧氧化处理

臭氧（O3）是一种强氧化剂。臭氧氧化法与常规水处理方法比较具有显著的特点，如对于生物难降解物质处理效果好、降解速度快、占地面积小、自动化程度高、无二次污染、浮渣和污泥产生量较少，同时具有杀菌、脱色、防垢等作用［5］。由于雨水对地面的冲刷，收集的雨水中COD含量较高，因此在实验室采用混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭吸附联合工艺进行处理。试验中，根据混凝试验结果，预先对原水进行混凝处理，PAC投加量为35mg／L，PAM 投加量为3mg／L。混凝出水进入臭氧反应器，通入臭氧质量浓度分别为75，100，150，200和250mg／L，接触时间分别为20，40和60min，试验结果见表4。

表4 臭氧对COD处理效果

由表4可见，随着臭氧质量浓度的增加，出水COD大致呈下降趋势，但其最大去除率稳定在30%左右，这与以往的工程经验有很好的吻合性，也表明单纯的增加臭氧质量浓度和接触时间是无效的。这是因为，废水中存在一些不能被臭氧氧化的物质，为此，拟进一步考察臭氧与活性炭联用的效果。

但是需要注意的是，加大臭氧的质量浓度必然导致吨水处理成本增加、能耗增加。因此仍然采用低质量浓度的臭氧投加量，以节约能耗和投资。臭氧投加后COD升高，但可生化性相应提高，有利于后续工艺进一步去除COD。从工程适用性角度考虑，确定臭氧氧化技术参数为：臭氧投加质量浓度为75mg／L，接触时间为40min。

2.2 臭氧－活性炭联用试验

活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料［6］。本次试验拟采用天昌（天津）活性炭有限公司生产的 WTMF－1型净水炭。

本组试验中，采用臭氧氧化出水为试验用水，臭氧投加质量浓度为75mg／L，接触时间为40 min。出水再经过活性炭过滤柱，根据类似的工程经验，接触时间定为15，30，45和60min。实验结果见表5，可以发现在接触时间60min时，反应器对各项污染物的去除效果最好。

表5 臭氧活性炭联用对COD去除的影响

采用臭氧投加浓度为75mg／L，接触时间为40min；活性炭过滤柱接触时间45min，对某一次实际降水进行污染物处理，结果见表6，可以发现SS得到了非常好的去除效果。

表6 臭氧活性炭联用对某一次实际降水污染物的去除

3 码头堆场雨水回用

码头堆场雨水经过一级处理后，如何资源化利用，是迫切需要解决的问题。目前中国水运中，大宗的散货货种是煤炭、矿粉。由于装卸、运输起尘造成煤尘、矿粉尘污染环境，使粉尘的污染防治成为港口码头的主要环境问题。目前最常用的煤尘污染防治技术是湿法除尘法，即向堆场喷洒水除尘。除尘水源则成为港口粉尘污染防治中最重要的物资条件。如果能用处理后的雨水或其他非常规水资源除尘，一方面使水资源化，变废为宝，减轻水环境污染负荷，提高水资源的重复利用率，另一方面港口码头开发了除尘水源，降低了用水成本，保证了除尘设施的正常使用，提高了除尘的功效，特别是对于中国北方水资源缺乏的港口城市，具有重要的意义。

港口煤炭除尘用水是交通行业的特殊用水，对除尘用水的水质应满足下列要求。

（1）不影响煤炭、矿粉质量。

（2）不影响除尘设施的寿命。

（3）不破坏环境质量。

（4）不损坏运输船舶和其他机具设备。

实际应用中，重点是考虑水中的氯化物含量对煤炭、矿粉质量的影响，以及对除尘设施和运输船舶等机具的腐蚀。由于雨水处理后氯化物含量较低，可以忽略不计。

由于目前港口码头中水产水规模较小，尚未有管网覆盖。当有湿式除尘、绿化、洗舱等需求时，常用罐车进行装载、运输、高压排出，同样需要管网系统的构建。