混凝法強(qiáng)化城市污水廠一級處理的試驗研究

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隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市污水排放量持續(xù)增加，我國水環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。而要解決城市水污染的根本措施就是建設(shè)城市污水處理廠。由于我國經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)，為了緩解資金不足與環(huán)境污染的矛盾，在目前正興建或擬建的污水處理廠中，往往采用先建一級處理，以后再逐步完善二級處理的策略。但以沉淀為主的一級處理有機(jī)物去除率較低（BOD5去除率僅為20－30％左右），難以有效地控制水環(huán)境污染，為了提高其去除率，必須加以強(qiáng)化處理廠來看，由于第二級生物處理單元能耗大，運行費用高，在目前資金缺乏的情況下，相當(dāng)數(shù)量的污水處理廠經(jīng)常單元能耗大，運行費用高，在目前資金缺乏的情況下，相當(dāng)數(shù)量的污水處理廠經(jīng)常處于停止運轉(zhuǎn)或半運轉(zhuǎn)狀態(tài)，實際處理深度達(dá)不到設(shè)計要求，使已投入的大量資金沒有充分發(fā)揮其環(huán)境效益，因此在二級生物污水處理廠中，也可以通過強(qiáng)化一級處理的方法來減輕二級處理的負(fù)荷。正因為如此，近年來城市污水強(qiáng)化一級處理技術(shù)已逐漸引起國內(nèi)外水處理工程界的重視，成為新的研究熱點。  

在本項研究中，主要對混凝法強(qiáng)化城市污水一級處理技術(shù)進(jìn)行了試驗探討?；炷壳爸饕獞?yīng)用于給水處理和部分工業(yè)廢水處理。在城市污水處理中，由于需要向廢水中投加大量的混凝劑，導(dǎo)致污水處理成本較高；另外污水水質(zhì)常常急劇變化，致使混凝劑的投加量難以控制，從而限制了混凝法在城市污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，一般僅應(yīng)用于城市污水的深度處理中。近年來，隨著化工工業(yè)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型、高效、廉價的絮凝劑；并且工業(yè)自動化技術(shù)在給排水領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，可以按水質(zhì)指標(biāo)自動投加混凝劑，因而混凝法與污水生物處理法相比越來越具有競爭能力。筆者采用目前常用的混凝劑聚合鋁強(qiáng)化城市污水廠的一級處理，并對該工藝與活性污泥法工藝運行費用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析比較。  

一、試驗材料與方法  

1、主要材料  

本試驗研究為實驗室規(guī)模。試驗污水取自武漢市水質(zhì)凈化廠初沉進(jìn)水口：混凝劑采用聚合氯化鋁。  

2、主要分析測試項目及方法  
COD：重鉻酸鉀法  
BOD5：稀釋倍數(shù)法  

二、反應(yīng)時間對污水COD去除率的影響  

向5個燒杯中加入0．8升污水，并加入聚合鋁（其投加量為15mg/l），反應(yīng)時間分別為5min、10min、15min、20min；靜止沉淀30分鐘后取其上清液測定COD值，并按式（1）計算廢水COD的去除率。廢水COD去除率隨反應(yīng)時間的變化關(guān)系見圖1。  
去除率 Y=(CO-C)/CO×100％ （1）  
式中：CO－－處理前廢水的COD值（mg/l）  
C－處理后廢水的COD值（mg/l）:  
在試驗過程中可觀察到：向污水中投加聚合鋁后，生成絮體較快，大約在5分鐘左右大部分絮體已生成。從圖1可知，在反應(yīng)時間為5min－30min范圍內(nèi)，廢水COD去除率在63－74％之間，有機(jī)物去除率相差不大。在15min左右反應(yīng)已基本達(dá)到完全，最佳反應(yīng)時間宜取為15min，故在以下試驗中反應(yīng)時間均取15min。  

三、污水濃度及混凝劑投加量對COD去除率的影響  

1、試驗方法同上，只不過反應(yīng)時間均為15min，原水COD值不同且聚合鋁的投加量不同。  

2、試驗結(jié)果  

采用以上試驗方法，對不同濃度污水進(jìn)行混凝沉淀試驗，改變混凝劑投加量。所得試驗結(jié)果見圖2。（在圖2中，以聚合鋁的投加量為橫坐標(biāo)，COD去除率為縱坐標(biāo)，繪出在不同污水濃度下，聚合鋁的投加量與COD去除率之間的關(guān)系曲線。）  

3、試驗結(jié)果分析  

（1）從圖2中可知，隨著聚合鋁投加量的增大，COD去除率也隨之增加。并且在投加量低于15mg/l時，COD去除率增長較快。同時從圖中也可看出，在達(dá)到同樣去除率的情況下，對于不同濃度的原水，由于其中所含膠體有機(jī)物的量不同，因而所需聚合物的投加量也不同。在COD去除率相同的情況下，根據(jù)圖2，可圖解原水濃度不同時相應(yīng)的聚合鋁投加量，所得結(jié)果見表1。  
對于不同的污水濃度COD去除率相同時聚合鋁相應(yīng)的投加量 （單位：mg/l）表1  

污水濃度（mg/l） 74．37 103．05 116．28 122．24 161．41   
去  
除  
率（％） 45 － 6 7．8 6 3   
50 4 7 8．8 7．8 5   
55 5．6 8．2 9．8 10 9．4   
60 7 9．8 10．8 14 13   
65 8．5 11．2 12 　 15   
70 　 13 13．2 － －   

    （2）污水中的有機(jī)污染物按其物理形態(tài)，可分為懸浮性、膠體性和溶解性三類有機(jī)物?；炷ǖ闹饕コ龑ο鬄槟z體狀有機(jī)物。若已知某污水中懸浮性有機(jī)物的量，則混凝法所去除的有機(jī)物總量為所有懸浮性有機(jī)物與混凝沉淀所去除膠體狀有機(jī)物的總和，由此可算得某污水去除1mg膠體狀有機(jī)物所需混凝劑投加量。如對于原水COD為103．05mg/l 的污水而言，經(jīng)測這其中懸浮性ＣＯＤ占23％，則對該污水而言，去除1mg膠體性COD所需混凝劑投加量為0．257mg，詳細(xì)計算過程參見表2。  

    （3）對原水COD值為74．37mg/l、116．28mg/l、122．04mg/l、161．41mg/l的廢水而言（經(jīng)測定其中懸浮性有機(jī)物所占的比例分別為21％、28％、30％和32％），參照表2的計算方法，經(jīng)計算得到平均去除1mg膠體性COD所需的混凝劑投加量分別為0．240mg/l     、0．275mg/l、0．340mg/l和0．250mg/l，取其平均值為0．272mg/mg膠體COD。故對武漢市水質(zhì)凈化廠進(jìn)水而言，混凝劑的投量指標(biāo)可定為0．272mg/mg膠體COD。  

    3、聚合鋁投加量的確定  

    聚合鋁的投加量應(yīng)根據(jù)污水的進(jìn)水水質(zhì)以及所要達(dá)到的處理程度來確定。參照上述試驗分析結(jié)果可計算得出不同濃度的污水其相應(yīng)的聚合鋁投加量，所得結(jié)果見表3。  

    去除單位數(shù)量的膠體狀COD所需聚合鋁投加量分析表  

表2  

總COD去除率（％） 45 50 55 60 65   
膠體狀COD去除率（％） 22 27 32 37 42   
  膠體狀COD 去除量（mg/l） 22．67 27．82 33 38．12 43．28   
聚合鋁投加量（mg/l） 6 7 8．2 9．8 11．2   
平均投藥量C（mg/mg膠體COD） 0．265 0．252 0．248 0．257 0．259   
C的平均值（mg/mg膠體COD） 0．257   

聚合鋁投加量的確定  

表3  

進(jìn)水BOD5值（mg/l） 60 80 100 120 150   
進(jìn)水COD值（mg/l） 86 140 195 250 330   
強(qiáng)化一級處理COD去除率（mg/l） 65 65 65 50－65＊ 50－65＊
強(qiáng)化一級處理出水COD值（mg/l） 30 49 68 87－125 115－165   
相應(yīng)出水BOD5值（mg/l） 18．7 24．0 29．0 35－45 42－56   
去除膠體狀COD值（mg/l） 28 46 64 42－82 56－109   
聚合鋁投加量（mg/l） 8 13 18 11－22 15－30   

    從表3中的分析結(jié)果可看出，當(dāng)進(jìn)水BOD5值低于100mg/l時，經(jīng)過混凝一級強(qiáng)化處理后，出水即可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中規(guī)定的一級或二級排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)進(jìn)水BOD5值在100－150mg/l之間時，經(jīng)過混凝處理后，出水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此還需在一級強(qiáng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行二級處理。  

    四、運行費用經(jīng)濟(jì)分析  

    以武漢市水質(zhì)凈化廠設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)（BOD5值為150mg/l）和目前實際進(jìn)水水質(zhì)（BOD5值為50－80mg/l）為例，分別確定出各自采用強(qiáng)化一級處理工藝流程時所需運行費用，并與該廠原有工藝流程（活性污泥工藝）進(jìn)行比較。  

    經(jīng)濟(jì)分析比較  

進(jìn)水BOD5值（mg/l） 工藝流程 聚合鋁投加量（mg/l） 運行費用（萬元／年）   
80 原有工藝流程 ／ 230．21   
混凝強(qiáng)化一級處理＋沉淀原有工藝流程 13取15 53．90   
150 原有工藝流程 ／ 399．25   
混凝強(qiáng)化一級處理＋活性污泥法 15 283．27   

五、結(jié)論  
1、從表4中可以看出，進(jìn)水濃度較低時，采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝，其運行費用僅為原有工藝的23％左右；并且其工藝流程簡單、處理單元少、操作管理較方便。且在這種進(jìn)水濃度偏低的情況下，采用活性污泥法有機(jī)負(fù)荷偏低，活性污泥生長不良，不僅運行費用高，也給運行管理帶來不便。因此，對于進(jìn)水濃度較低的污水，采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝較適宜。  

2、當(dāng)進(jìn)水濃度較高時，采用混凝強(qiáng)化一級處理＋活性污泥工藝，其運行費用僅為原有工藝的70％左右。并且在污水廠建設(shè)與運行中還具有很強(qiáng)的靈活性。當(dāng)污水濃度低于設(shè)計值或在資金不足的情況下，僅建設(shè)、運行強(qiáng)化一級處理工藝流程，適當(dāng)增加混凝劑的投加量，即可使出水中的有機(jī)物大大降低，在一定程度上可以緩解資金不足與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的矛盾。當(dāng)污水濃度達(dá)到設(shè)計值并且資金充足的情況下，再在此基礎(chǔ)上建設(shè)、運行二級處理工藝，可使用限的資金充分發(fā)揮其環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。  

3、采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝，對我國許多南方城市污水處理廠較為適宜，如武漢、桂林、廣州等地的城市污水處理廠目前實際進(jìn)水有機(jī)物濃度均遠(yuǎn)小于設(shè)計值，采用活性污泥工藝并不適宜，因此可先建強(qiáng)化一級處理工藝。在今后管網(wǎng)逐步趨于完善、進(jìn)水濃度有可能提高時，再在此基礎(chǔ)上增設(shè)二級處理工藝（如活性污泥法，生物接觸氧化法），這對經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)而環(huán)境污染又較嚴(yán)重的我國，具有十分重要的現(xiàn)實意義。