化学强化一级处理技术的试验研究

赵伟 魏丹 陈勇
（厦门市污水处理二厂）

1 前言

　　化学强化一级处理技术（投加化学药剂的强化一级处理）在污水处理的研究中历时已久，但由于投加絮凝剂运行费用较高，所以一直阻碍其在实践中的发展。近年来，廉价、高效絮凝药剂的迅速涌现，使化学强化一级处理工艺的基建费用、运行费用都低于二级处理，且其总磷的去除率很高，在国外城市污水处理中已经开始应用。由于它适应我国国情，在国内也得到了普遍的重视，并且已经取得了一定的研究成果。
　　厦门市污水处理二厂一九九六年开始运行，为了节省近期投资，采用一级处理、深海排放的工艺，充分的利用了海洋的自净能力。但由于一级处理去除率低，环境效益差，所以，利用现有工艺，将其改造为化学强化一级处理，以较少的投资削减较大的污染负荷，创造良好的环境效益，是非常有现实意义的建设方案。为了找到最经济合理的技术方案，我们对厦门市污水处理二厂的进水进行了一些化学强化一级处理的试验研究，以便为后续的中试试验提供科学的参数。

2 试验部分

2.1试验污水水质
　　我厂污水大部分为生活污水，有少量工业废水。其水质如下：

表1 厦门市污水处理二厂6月份进水水质（24h混合水样） 项目 COD_cr(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) pH 浓度范围 63.6～197.7 12.8～57.8 28.0～194.0 7.2～7.7

2.2试验药剂及试验方法简述
2.2.1试验药剂
　　选用5种混凝剂，其中无机混凝剂有4种：硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合铝铁，配制浓度为10mg/ml。有机混凝剂1种：阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）。配制浓度为0.1 mg/ml。各种药剂必须当天配制当天使用，否则，有机高分子絮凝剂会降解，而无机絮凝剂则会水解产生沉淀，如果在其中加入硫酸溶解沉淀，则会影响混凝效果。
2.2.2试验方法
　　采用静态烧杯试验，确定各混凝剂单独作用和复合作用的处理效果。
　　单独作用用六联同步搅拌器，投入混凝剂后，160r/min搅拌20秒，100 r/min搅拌3分钟，60 r/min搅拌3分钟，静置1小时，取上清液进行分析。
　　复合作用先加入无机絮凝剂，充分与污水混合（2分钟），再慢慢、均匀加入有机高分子絮凝剂，边加入边搅拌，加入后再缓慢搅拌半分钟，即停止搅拌，静置 1小时后，取上清液进行分析。
2.2.3分析项目
　　由于处理后出水的SS很低，难以测定，所以首先以浊度为主要指标来观察各种药剂对悬浮物的去除率，然后再分析COD_cr、BOD5、总P的去除效果。
2.3试验结果及讨论
2.3.1无机混凝剂单独作用
　　无机混凝剂单独作用时，要求其与污水迅速混合、反应，并使小矾花不断碰撞，变成大而结实，容易沉淀的矾花。由于污水中的胶体比较脆弱，且矾花形成相对容易，因此搅拌速度不宜过快。下表为不同混凝剂单独作用对浊度的去除效果，并对照自然沉降的去除效果。

表二 投加聚合硫酸铁 投加量(mg/L) 150 200 250 300 自然沉降 浊度 19.0 15.0 14.0 12.0 96 去除率(%) 88.8 91.2 91.7 92.9 43.5 注：原水浊度为170

表三 投加聚合氯化铝 投加量(mg/L) 150 200 250 300 自然沉降 浊度 21.6 16.0 13.7 12.6 63.7 去除率(%) 80.4 85.4 87.5 88.5 42.1 注：原水浊度为110

表四 投加聚合铝铁 投加量(mg/L) 100 120 140 160 180 200 自然沉降 浊度 14.9 14.0 11.9 9.3 9.5 8.5 67.7 去除率(%) 91.3 91.8 93.0 94.6 94.4 95.0 60.4 注：原水浊度为171

表五 投加硫酸铝 投加量(mg/L) 100 150 200 250 自然沉降 浊度 20.6 12.9 14.5 11.9 48.0 去除率(%) 78.8 86.7 85.1 87.7 50.5 注：原水浊度为97

表六 投加聚合铝铁 投加量(mg/L) 80 100 浊度 12.3 10.6 去除率(%) 84.5 86.7 注：原水取自然沉降上清液，浊度为79.5

　　（1）试验结果表明，无机絮凝剂都有明显的强化处理效果，可大幅度提高悬浮物的去除率。增加药量可以使去除率明显提高。
　　（2）表六可充分说明，无机絮凝剂可去除大量自然沉降无法去除的胶体和小粒径的悬浮物。说明其可以有效的压缩双电层，使胶体脱稳。
　　（3）无机絮凝剂的投加量较大，运行费用高，产泥量大，所以不宜单独使用。
2.3.2无机絮凝剂与有机絮凝剂复合作用
　　为了降低药耗，节约成本，提高处理率，充分发挥不同絮凝剂间的协同作用，使无机絮凝剂与有机絮凝剂复配使用。复配使用中，先加入带正电荷的无机絮凝剂，使污水中胶体脱稳，再加入带负电荷的阴离子型聚丙烯酰胺，使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大。由于有机高分子容易机械降解，所以复配使用对水力条件要求较高。搅拌要均匀，速度要慢。下表为同一进水下的自然沉降、复合作用、单独作用对照的试验结果。

表七 同一进水的对照结果 投加药剂及加药量 分析项目 COD_cr(mg/L) BOD5(mg/L) TP(mg/L) 浊度 进水 317.0 56.4 4.4 170 自然沉降 出水 181.2 27.8 2.1 51.8 去除率 42.8% 50.7% 52.3% 69.5% 聚铁200mg/L 出水 88.5 12.1 0.5 9.8 去除率 73.0% 78.5% 88.6% 94.2% 聚铝200mg/L 出水 80.5 12.1 0.7 8.4 去除率 74.6% 78.5% 84.1% 95.1% 硫酸铝50mg/L+PAM 1mg/L 出水 100.6 13.8 0.7 5.0 去除率 68.3% 75.5% 84.1% 97.1% 硫酸铝100mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 88.1 11.8 0.6 4.0 去除率 72.2% 79.1% 86.4% 97.6% 硫酸铝50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 57.9 14.5 0.7 5.0 去除率 81.7% 74.3% 84.1% 97.1% 聚铝铁50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 42.8 11.6 0.6 2.9 去除率 86.5% 79.4% 86.4% 98.3% 注：水温为27℃ pH值为7.2 Cl-离子浓度为2327.6 mg/L

　　（1）从试验现象上看，复配使用所产生的絮体比单独投加无机絮凝剂产生的絮体结实紧密，絮体形成速度和沉降速度快。
　　（2）试验数据表明，复配使用可大大减少投药量，且去除率明显提高。以硫酸铝50mg/L+PAM0.5 mg/L的投药量，可以去除COD_cr、 BOD5、 TP和浊度分别达到81.7%、74.3%、84.1%和97.1%，出水指标大大低于二级生化处理排放标准。
　　（3）出水总磷含量低于1.0mg/L的国际标准，不会造成富营养化的问题，避免造成象赤潮那样的藻类的繁生问题。这是由于Al3+ 和Fe3+ 可与PO43- 反应生成AlPO4和FePO4沉淀。
　　（4）投加铁盐和铝盐，处理效果差别不是很大，但投加铁盐后，出水色度偏高，所以铁盐的应用将受到很大的限制。但铁盐除磷效果略好一些。
　　（5）投加聚合铝铁+PAM的去除率比投加硫酸铝+PAM的去除率略高一些，但聚合铝铁、聚合氯化铝等的价格是硫酸铝的2~3倍，所以，硫酸铝+PAM是我们的首选药剂。
2.3.3本方法对其他水质的适应情况
　　本试验取其他污水厂进水水样，用硫酸铝与PAM复合使用，对水样进行处理，结果如下。

表八 杏林污水处理厂水样（其成分中工业废水占大部分比例） 投加药剂及加药量 分析项目 COD_cr(mg/L) 浊度 进水 182.6 70.5 硫酸铝100mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 77.3 3.7 去除率 57.7% 94.8% 硫酸铝50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 100.6 8.0 去除率 44.9% 88.7%

表九 厦门市污水处理一厂水样（其成分中生活污水占大部分比例） 投加药剂及加药量 分析项目 COD_cr(mg/L) 浊度 进水 139.1 44.0 硫酸铝50mg/L +PAM 0.3 mg/L 出水 46.7 7.2 去除率 66.4% 83.6% 硫酸铝50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 52.2 6.7 去除率 62.5% 84.8%

　　从上述结果可以看出，本试验中所述方法对不同水质均有很好的处理效果。对其他污水厂的改造也有借鉴和参考作用。
2.4工艺的比较及改造方案
2.4.1运行特点及运行费用
　　强化一级处理由于工艺简单，所以运行及维护都比较容易，不易受外界条件干扰，除磷效果稳定。而二级生化处理工艺复杂，运行管理与维护技术要求较高，易受外界条件干扰，受各种技术参数影响，除磷效果不稳定。另外，对于象厦门市污水处理二厂这样的污水，如用生物法处理，由于其COD_cr值低、Cl离子含量高，活性污泥将会生长不良。所以，强化一级处理是比较合适的一种工艺。
　　一个一级处理厂的运行管理费用一般为0.2元人民币左右。以上述硫酸铝50mg/L+PAM0.5 mg/L的投药量计算，每吨硫酸铝大约为1000元人民币，每吨高分子絮凝剂大约为2万1千元人民币，每吨污水只需加入0.06元人民币的药剂，即可使出水混浊度和COD_cr的去除率从原来的69.5%和42.8%提高到97.1%和81.7%，各项指标均达到二级生化处理的排放标准。而对于同样的二级生化处理厂来说，其运行管理费用大约为0.5元人民币以上，所以本文所讨论的强化一级处理工艺将节省运行管理费用50%左右。
2.4.2关于基建费用
　　一般而言，修建一座二级生化污水处理厂的基建投资费用是1500元/(日处理1吨污水)，修建一座一级强化型污水处理厂的基建投资费用700元/(日处理1吨污水)，所以化学强化一级处理基建费用的优势是显而易见的。而对于厦门市污水处理二厂而言，将原有的一级处理工艺略加改造即可，所以投资少，效果好。
2.4.3关于污泥的初步测算
　　由于化学强化一级处理工艺将去除绝大部分的SS，所以产生的污泥量会较大。按照5～7月的平均值，厦门市污水处理二厂SS去除率为68%，平均每天产生污泥14立方米（含水率68.2%左右）。改造后，如果SS去除率提高到90%，污泥量将提高到平均每天18.5立方米。
2.4.4工艺改造方案
　　厦门市污水处理二厂原有工艺大致如下：格栅→曝气沉砂池→平流式沉淀池→深海排放。这种工艺SS和 COD_cr的去除率大约在50%和30%左右。受水质影响处理效果不稳定。将其改造为强化型，可以将曝气沉砂池改为混合反应池，即改为：格栅→加无机药剂→气曝混合反应池→加有机药剂→平流式沉淀池→深海排放。此工艺与香港昂船洲污水处理厂的工艺十分相似，香港昂船洲污水处理厂运行平稳，其SS去除率在80%左右。所以化学强化一级处理工艺在厦门市污水处理二厂有很高的可行性。

3 结论

　　化学强化一级处理工艺基建投资少，占地面积小，运行管理灵活简便，运行费用低，处理过程稳定可靠，是极具生命力的新型技术。对于厦门市污水处理二厂的污水，选用硫酸铝与阴离子型聚丙烯酰胺复合使用，投药量为硫酸铝50mg/L+PAM0.5 mg/L，药剂费用为每吨污水0.06元人民币，即可使出水达到二级排放标准，且总磷的含量低于国际标准。

参考文献

　　1 任洁，等.上海合流污水物化法强化一级处理的中试研究.《给水排水》，1999；25（9）
　　2 尤作亮，等.城市污水强化一级处理的研究进展.《中国给水排水》，1998，14（5）
　　3 艾嘉和.香港昂船洲污水处理厂《中国给水排水》，1999，15（6）