加強一級高效沉淀池處理工藝研究
摘要：由于 經濟 的 發展 ，很多城市附近水環境的有機污染不僅沒有得到控制，還有惡化趨勢。解決城市污水處理 問題 的根本途徑是普及二級處理設施。我國的城市污水處理廠以二級生物處理為主，特別是近年建成的城市污水處理廠多是二級生物處理。全國117座城市污水處理廠中僅有24座為一級處理，約占總數的20.5%、總處理能力的17%;二級處理廠有93座，約占總數的79.5%、總處理能力的83%。二級生物處理污水廠由于能耗大，運行費用高，相當數量的污水處理廠沒能正常運行，實際處理能力低于設計能力。
關鍵詞：高效沉淀池
1 概述
由于經濟的發展，很多城市附近水環境的有機污染不僅沒有得到控制，還有惡化趨勢。解決城市污水處理問題的根本途徑是普及二級處理設施。我國的城市污水處理廠以二級生物處理為主，特別是近年建成的城市污水處理廠多是二級生物處理。全國117座城市污水處理廠中僅有24座為一級處理，約占總數的20.5%、總處理能力的17%;二級處理廠有93座，約占總數的79.5%、總處理能力的83%。二級生物處理污水廠由于能耗大，運行費用高，相當數量的污水處理廠沒能正常運行，實際處理能力低于設計能力。
污水強化一級處理工藝的 研究 ，在基建與運行費用增加不多的條件下，較大地提高污染物的去除率，以達到大幅度削減有機污染物總量的目的。本研究的目的：結合上海某預處理廠出水的具體水質特點，綜合考慮前人的研究成果，主要對高效沉淀池 應用 于城市污水化學強化一級處理進行較為系統的試驗研究，確定各種工藝的處理效果、最優運行條件及參數;
2 高效沉淀池原理
2.1 化學加強一級處理基本原理
化學加強一級處理的基本原理是在污水中投加混凝劑，通過絮凝沉淀的 方法 去除污水中懸浮物質及膠體物質，從而達到對污水中有機物及磷的去除目的。
污水首先與混凝劑快速混合，使混凝劑迅速均勻分散到污水中，利于混凝劑水解，充分發揮混凝劑高電荷對水中膠體電中和脫穩作用;然后進行慢速攪拌作用，通過脫穩顆粒的有效碰撞，同時在水中投加高分子助凝劑，發揮助凝劑的吸附架橋作用，使細小顆粒逐漸結成較大絮體，便于固液分離，使水中的懸浮物質及膠體得到有效去除;同時通過混凝劑與污水中磷酸鹽的化學作用，達到對磷的去除。常規化學一級加強處理流程如圖1：
圖1化學一級強化流程框圖
2.2 高效沉淀池的特點
高效沉淀池根據化學強化一級處理的原理，混合采用機械攪拌快速混合，絮凝階段采用機械絮凝與水力絮凝相結合。絮凝池在前段設置提升攪拌機，部分沉淀的污泥回流至前段，助凝劑也投加在前段，脫穩的原水與絮凝池的絮體形成有效碰撞，結成粗大顆粒，進入后續的折板反應段，通過水力作用進一步形成粗大、密實的礬花。沉淀池部分根據淺層沉淀的原理，采用斜管沉淀池的形式，使沉淀池的表面水力負荷明顯提高，高效沉淀池流程框圖如圖2。
圖2高效沉淀池流程圖
相對于平流沉淀池，高效沉淀池具有以下特點：
① 在裝置中回流一部分沉淀污泥至絮凝段，利用回流污泥與進水混合，使進水中的脫穩微粒與活性泥渣充分接觸，再加上高分子助凝劑的吸附架橋作用，有利于使水中的脫穩微粒形成大顆粒絮體，提高絮凝沉淀效果。
② 回流污泥中的混凝劑、助凝劑在絮凝池中得到充分利用，節約混凝劑及助凝劑的投加量。
③ 沉淀池采用斜管沉淀，可達到泥水快速分離的目的，水力停留時間明顯減少，使沉淀池的占地面積明顯減少，節藥工程費用，經初步工程方案比較，相對于平流沉淀池，高效沉淀池可降低工程造價約20%。
表1常規沉淀池及高效沉淀池參數比較表
|
平流沉淀池（規范值）
|
常規斜管沉淀池（規范值）
|
試驗裝置
|
| 根據原水水質條件、水溫確定，停留時間一般為1.0 ～3.0小時 | 表面水力負荷為9～11 m3/(m2·h) | 試驗停留時間為0.33小時，表面水力負荷為25 m3/(m2·h) |
④ 高效沉淀池在沉淀池下部具有較大的濃縮空間，同時在濃縮池內設有濃縮機，利用慢速攪拌的方法，使污泥能夠在沉淀池下部進行有效濃縮，從而提高污泥的濃度。
3 試驗裝置
試驗裝置設計流量為25 m3/h，整個試驗裝置有快速混合單元、絮凝沉淀單元、加藥單元及控制單元組成，其中絮凝沉淀單元是整個處理裝置的核心。
快速混合單元分為兩格，每格尺寸為1.0 m×0.9 m×1.85 m(有效水深為1.30 m，單格體積為1.2 m3)，內設兩臺攪拌機，轉速為150 r/min，兩格可單獨使用，也可合并使用(試驗中采用其中一格)，原水進入混合池，混凝劑加入點在進入混合池的管道中，在混合池中與原水充分混合，由管道從底部進入絮凝池。
絮凝沉淀池是整個裝置的核心，整個池高為4.95 m(包括干弦0.2 m)，絮凝沉淀池功能上具有絮凝、沉淀及污泥濃縮功能;絮凝部分總體積約為6.6 m3，分為二段，前段的體積為2.6 m3，為機械攪拌絮凝，絮凝池中增設直徑為Φ450 mm的導流筒，在導流筒內設提升攪拌機，通過提升攪拌機使水在絮凝池中循環，同時濃縮池內的污泥回流至前段，與原水充分混合，助凝劑加注點也設在導流筒內，經混合后進入后段，后段體積為4 m3，采用隔板絮凝的形式，污水經隔板絮凝后進入后續沉淀池。沉淀池采用斜管沉淀池，沉淀池的有效面積為1 m2，斜管斜長為1.5 m，在斜管上方設置隔板，使出水均勻，出水采用溢流堰的形式，在沉淀下方是污泥沉淀及濃縮空間，在底部設置污泥刮泥機，試驗裝置還設有回流污泥泵及剩余污泥排出泵。
加藥單元主要加注混凝劑及加注助凝劑，采用計量泵投加。
4 試驗結果及情況 分析
4.1 試驗安排
試驗裝置于2000年12月25日運至現場進行設備安裝、調試，于2001年1月7日正式開始試驗，根據小試的藥劑篩選，半生產性試驗主要針對FeCl3、Al2(SO4)3·18H2O兩種混凝劑進行試驗，助凝劑主要Nalco公司提供的8173、9901及AS32，試驗對不同混凝劑及助凝劑投加量的具體安排如表2和表3：
表2投加混凝劑FeCl3試驗情況表
|
助凝劑(mg/L)
|
8173
|
9901
|
AS32
|
|||
|
0.5
|
0.5
|
0.3
|
0.2
|
|||
|
流量m3/h
|
25
|
25
|
25
|
25
|
25
|
25
|
|
FeCl3 (mg/L)
|
80
|
60
|
50
|
40
|
35
|
35
|
表3投加混凝劑Al2(SO4)3·18H2O試驗情況表
|
助凝劑(mg/L)
|
9901
|
AS32
|
|||||||||||
|
0.5
|
1.0
|
1.5
|
0.5
|
1.0
|
0.8
|
0.6
|
0.4
|
0.2
|
0.3
|
||||
|
流量 (m3/h)
|
15
|
25
|
25
|
25
|
30
|
35
|
25
|
35
|
25
|
||||
|
Al2(SO4)3·18H2O(mg/L)
|
80
|
60
|
70
|
||||||||||
4.2 試驗結果
試驗期間結果見表4。
表4 試驗結果數據表
|
時間
|
流量
|
混凝劑
|
助凝劑
|
進水COD
|
出水COD
|
COD去除率
|
進水PO4-P
|
出水PO4-P
|
P去除率
|
進水SS
|
出水SS
|
SS去除率
|
||
|
m3/h
|
種類
|
投加量
|
種類
|
投加量
|
mg/L
|
mg/L
|
%
|
mg/L
|
mg/L
|
%
|
mg/L
|
mg/L
|
%
|
|
|
1月7日
|
25
|
FeCl3
|
80
|
8173
|
0.33
|
246
|
68.8
|
72
|
2.55
|
0
|
100
|
154
|
12
|
92
|
|
1月8日
|
25
|
FeCl3
|
60
|
9901
|
0.5
|
198
|
77
|
61
|
3.41
|
0.33
|
90
|
78
|
34
|
56
|
|
1月9日
|
25
|
FeCl3
|
40
|
9901
|
0.5
|
255
|
115
|
55
|
2.73
|
0.43
|
84
|
117
|
3
|
97
|
|
1月10日
|
25
|
FeCl3
|
40
|
9901
|
0.5
|
259
|
108
|
58
|
2.77
|
0.55
|
80
|
99
|
12
|
88
|
|
1月11日
|
25
|
FeCl3
|
50
|
9901
|
0.5
|
245.9
|
80.9
|
67
|
2.59
|
0.33
|
87
|
164
|
14
|
91
|
|
1月12日
|
25
|
硫酸鋁
|
60
|
9901
|
0.5
|
637.5
|
94.2
|
85
|
9.33
|
0.87
|
91
|
263
|
22
|
92
|
|
1月13日
|
25
|
硫酸鋁
|
60
|
9901
|
0.5
|
210
|
101
|
52
|
2.81
|
1.33
|
53
|
81
|
30
|
63
|
|
1月14日
|
25
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1
|
698.9
|
167.5
|
76
|
7.1
|
1.02
|
86
|
168
|
18
|
89
|
|
1月16日
|
15
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
0.5
|
185.7
|
90
|
52
|
2.77
|
1.12
|
60
|
77
|
31
|
60
|
|
1月17日
|
30
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
191
|
107
|
44
|
2.8
|
0.57
|
80
|
103
|
19
|
82
|
|
1月18日
|
35
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
253
|
136
|
46
|
4
|
0.7
|
83
|
96
|
27
|
72
|
|
1月20日
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
1
|
220
|
105
|
52
|
3.7
|
0.7
|
81
|
112
|
25
|
78
|
|
1月21日
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.8
|
336
|
116
|
65
|
4.5
|
1.1
|
76
|
166
|
30
|
82
|
|
1月22日
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.6
|
270
|
100
|
63
|
6.5
|
0.96
|
85
|
138
|
21
|
85
|
|
1月23日
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.4
|
210
|
90
|
57
|
5.6
|
1.04
|
81
|
118
|
20
|
83
|
|
1月24日
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.2
|
210
|
105
|
50
|
7.2
|
1.3
|
82
|
108
|
60
|
44
|
|
1月25日
|
25
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.3
|
156
|
36
|
77
|
2
|
0.18
|
91
|
132
|
13
|
90
|
|
1月29日
|
25
|
FeCl3
|
35
|
AS32
|
0.2
|
592
|
124
|
79
|
1.8
|
0.3
|
83
|
62
|
9
|
85
|
注：FeCl3不含結晶水，硫酸鋁含有18個結晶水
* 代表斜管上方有礬花飄出
4.3 試驗結果及分析
通過以上試驗，可以得出以下結論：
(1)物化處理的效果
由上表可見，投加硫酸鋁及三氯化鐵對水中的有機物均有較好的去除效果，在三氯化鐵(不含結晶水)投加量40～80 mg/L，硫酸鋁(含結晶水)投加量60～80 mg/L的情況下，試驗期間進水CODCr在100～700 mg/L(平均為300 mg/L)的情況下，出水CODCr一般在50～150 mg/L之間，出水平均CODCr為99 mg/L，COD的去除率一般在40%～80%，平均CODCr去除率為67%;試驗期間進水PO43--P在2～9 mg/L(平均為4.1 mg/L)的情況下，出水PO43--P在0.2～1.1 mg/L，出水平均PO43--P為0.7mg/L，PO43--P的去除率為60%～95%，平均PO43--P去除率為83%;試驗期間進水SS在50～50 mg/L(平均為148 mg/L)的情況下，出水SS在9～46 mg/L之間，出水平均SS為23 mg/L，SS平均去除率為85%;
(2)裝置的處理能力
本試驗裝置的設計處理能力為25 m3/h，運行過程中，溫度一般在12～15℃之間，流量基本穩定在24～26 m3/h之間。采用FeCl3作為混凝劑、同時投加0.5 ppm的9901助凝劑，由于FeCl3比重較重，因此沉淀出水中有微小礬花出現，出水效果較為理想。
當采用Al2(SO4)3·18H2O作為混凝劑，水溫在12～15℃之間時，由于溫度較低，同時由于Al2(SO4)3礬花較輕，因此處理流量達到25 m3/h時，沉淀時上方有輕質礬花飄出， 影響 到感觀效果，助凝劑投加量增加至1.0 ppm，出水效果略有好轉，但沒有明顯改善。將處理流量降至15 m3/h，出水礬花明顯好轉，處理效果好，感觀效果好。另外將處理流量提高至35 m3/h，助凝劑投加量為1.5 mg/L，出水中有礬花飄出，影響到感觀效果。在投加助凝劑AS32時，助凝劑的助凝效果有明顯提高，投加量比9901少，當助凝劑AS32投加量0.3 mg/L，處理流量達到25 m3/h時，在沉淀時上方有微小礬花飄出，效果較為理想。
由此可見，裝置的處理能力與混凝劑和助凝劑的種類以及投加量有關。
(3)不同加藥量的處理效果
為使試驗結果有可比性和實用性，本次試驗采用最常用的鐵鹽和鋁鹽作為混凝劑，半生產性試驗中，FeCl3(以不包含結晶水 計算 )的投加量分別為80、60、50、40 mg/L進行投加，從試驗結果來看，在現有進水濃度條件下可以看出，FeCl3(以不包含結晶水計算)投加量40 mg/L，出水PO43--P在0.5 mg/L左右，穩定在1 mg/L以下。
當采用Al2(SO4)3·18H2O(以包含結晶水計算)時，投加量分別為80、60 mg/L，由于出水中礬花較FeCl3多，影響水中PO43--P的去除效果，在現有水質情況下，Al2(SO4)3·18H2O投加量在60 ～ 80 mg/L能夠滿足出水水質要求。
試驗分別對助凝劑8173/9901及AS32進行實驗(助凝劑投加時伴有水稀釋)，試驗表明：AS32的助凝效果比9901好，9901比8173好，當采用鐵鹽作混凝劑時，AS32投加量為0.3 ppm效果較好，而用9901時，需投加0.5 ppm，AS32形成的礬花相對大且密實，由此可見，助凝的品種及投加量對高效澄清的處理效果有較大的影響。
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