混凝法强化城市污水厂一级处理的试验研究

姜应和， 李玲玲?
（武汉工业大学 土木工程与建筑学院, 湖北 武汉 430070）

　　摘 要：混凝法可以强化城市污水厂的一级处理，对于武汉市水质净化厂而言，混凝剂聚合氯化铝的投加量指标为0.272 mg/mg_胶体COD。该方法与常规城市污水二级处理法相比，运行费用低，并可达到较好的去除有机污染物的效果。
　　关键词： 城市污水； 一级处理； 混凝； 强化
　　中图分类号： X505
　　文献标识码： A
　　文章编号： 1000-4602(2000)03-0012-04

Enhancement of the Primary Treatment in Municipal WWTP by Coagulation
JIANG Ying?he, LI Ling?ling?
(School of Civil Eng. and Architec., Wuhan Univ. of Tech. , Wuhan 430070,China)

　　Abstract： The primary treatment in a municipal wastewater treatment plant ca n be enhanced with coagulation. The dosage of polyaluminum chloride was 0.272 mg /mg colloidal COD for the wastewater from Wuhan WWTP. This process was proved to be effective for organic pollutant removal and its operation cost is less than that of conventional secondary treatment process.
　　keywords: municipal wastewater; primary treatment; coagulation; enhancement

　　为了本缓解资金不足与环境污染的矛盾，在目前兴建或拟建的污水 处理厂中，往往采用先建一级处理，以后再逐步完善二级处理的策略。但以沉淀为主的一级处理对有机物的去除率较低(BOD₅去除率仅为20%～30%左右)，难以有效地控制水环境污染，为了提高其去除率，必须加以强化处理。此外，从我国已建成的二级生物处理污水厂来看，由于第二级生物处理单元能耗大，运行费用高，在目前资金缺乏的情况下，相当数量的污水处理厂经常处于停止运转或半运转状态，实际处理深度达不到设计要求，使已投入的大量资金没有 充分发挥其环境效益，因此在二级生物处理污水厂中，也可以通过强化一级处理的方法来减轻二级处理的负荷。正因为如此，近年来城市污水强化一级处理技术已逐渐引起国内外水处 理工程界的重视，成为新的研究热点^［1］。?
　　在本项研究中，主要对混凝法强化城市污水一级处理技术进行了试验探讨。混凝法目前主要 应用于给水处理和部分工业废水处理。在城市污水处理中，由于需要向废水中投加大量的混凝剂，导致污水处理成本较高；另外污水水质常常急剧变化，致使混凝剂的投加量难以控制 ，从而限制了混凝法在城市污水处理领域中的应用，一般仅应用于城市污水的深度处理中。近年来，随着化工工业迅速发展，出现了许多新型、高效、廉价的混凝剂；并且工业自动化技术在给排水领域的应用越来越广，可以按水质指标自动投加混凝剂，因而混凝法与污水生 物处理法相比越来越具有竞争能力。

1 试验材料与方法

1.1 主要材料
　　 本试验研究为小试规模。试验污水取自武汉市水质净化厂初沉池进水口；混凝剂采用聚合氯化铝。
1.2 主要分析测试项目及方法
　　COD：重铬酸钾法； BOD₅：稀释倍数法。?

2 反应时间对COD去除的影响

　　 向5个烧杯中分别注入0.8 L污水，并加入聚合铝（其投加量为15 mg/L），反应时间分别取5、10、15、20、30min；静止沉淀30 min后取其上清液测定COD值，并计算污水中COD去除率 。COD去除率随反应时间的变化关系见图1。

　　 在试验过程中观察到：向污水中投加聚合铝后，生成絮体较快，大约在5min左右大部分絮体已生成。从图1可知，在反应时间为5～30min范围内，COD去除率在63%～74%之间，有机物去除率相差不大，在15min左右反应已基本完成，故最佳反应时间宜取为15min。?

3 污水浓度、混凝剂量对COD去除的影响

3.1 试验方法
　　试验方法同上，只不过反应时间均为15min，原水COD值不同且聚合铝的投加量不同。
3.2 试验结果
　　 对不同浓度污水（见表1）进行了混凝沉淀试验，所得结果见图2。

表1　试验污水COD值

mg/L 污水样 A B C D E COD值 74.37 103.05 116.28 122.04 161.41

3.3 试验结果分析
　　① 从图2可知，随着聚合铝投加量的增大，COD去除率也随之增加，并且当投加量低于15mg/L时，COD去除率增长较快。同时，在达到同等去除率的情况下，对于不同浓度的原水，由于其所含胶体有机物的量不同，因而所需聚合铝的投加量也不同。在COD去除率相同的情况下，根据图2，可图解原水COD浓度不同时相应的聚合铝投加量，所得结果见表2。

表2 对于浓度不同的污水的COD去除率相同时聚合铝的投加量 去除率（%） 污水浓度类别 A B C D E 聚合铝投量（mg/L) 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 污水中的有机污染物按其物理形态，可分为悬浮性、胶体性和溶解性三类。在混凝剂投加量不大的情况下，通过混凝作用主要可去除污水中难以沉淀的细小悬浮性有机物及胶体性有机物。虽然分子量较大的溶解性有机物分子尺寸较大，具有一定的胶体特性，可通过混凝法得到部分去除，但在混凝剂投加量不大时，能去除的这部分有机物所占的比例有限，可忽略不计。因此，混凝法所去除的有机物总量近似为所有易沉淀的悬浮性有机物与通过混凝作用所去除的细小悬浮性及胶体性有机物的总和。若已知污水中可沉淀的悬浮性有机物的量，即可推算得到去除1mg细小悬浮性及胶体性有机物所需混凝剂投加量（所去除的主要为胶体状COD，故以下均以胶体状COD来表示）。如原污水COD值为103.05mg/L时，经测定其中易沉淀悬浮性COD占23%，则对该污水而言，去除1mg胶体状COD所需混凝剂投加量为0.257mg，详细计算过程参见表3。

表3 去除单位数量的胶体状COD所需聚合铝量分析表 总COD去除率（%） 45 50 55 60 65 COD_胶体 去除率（%） 22 27 32 37 42 COD_胶体去除量（mg/L) 22.67 27.82 33 38.12 43.28 聚合铝投加量C（mg/mg_胶体COD） 6 7 8.2 9.8 11.2 平均投药量C（mg/mg_胶体COD） 0.265 0.252 0.248 0.257 0.259 C的平均值（mg/mg_胶体COD） 0.257 注 原水COD为103.05mg/L,其中悬浮性COD为23%，聚合铝投加量参见表2。

　　③ 对原水COD值为74.37、116.28、122.04、161.41 mg/L的污水而言（经测定其中易沉淀悬浮性有机物所占比例分别为21%、28%、30%、32%），参照表3的计算方法，经计算得到平均去除1mg胶体状COD所需混凝剂的投加量分别为0.240、0. 275、0.340和0.250mg，取其平均值为0.272mg/mg_胶体COD。故对武汉市水质净化厂而言，混凝剂的投量指标可定为0.272 mg/mg_胶体COD。

4 聚合铝投加量的确定

　　聚合铝的投加量应根据污水的进水水质以及所要达到的处理程度来确定。参照上述试验分析结果，可推算不同浓度的污水其相应的聚合铝投加量，所得结果见表4。从表4中的分析结果可看出，当进水BOD₅值低于100mg/L时，经过混凝一级强化处理后，出水即可达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中规定的一级或二级排放标准 。当进水BOD₅值在100～150mg/L之间时，经过混凝处理后，出水达不到排放标准，因此还需在一级强化的基础上进一步进行二级处理。

表4 聚合铝投加量的确定 进水BOD₅值（mg/L) 60 80 100 120 150 进水COD值（mg/L) 86 140 195 250 330 强化一级处理COD去除率（%） 65 65 65 50-65 50-65 强化一级处理出水COD值（mg/L) 30 49 68 87-125 115-165 相应出水BOD₅值（mg/L) 18.7 24.0 29.0 35-45 42-56 去除胶体状COD值（mg/L) 28 46 64 42-82 56-109 聚合铝投加量（mg/L) 8 13 18 11-22 15-30

注 （1）表中COD与BOD₅的相关关系是根据试验中对武汉市水质净化厂进水以及出水所测得的若干COD及其BOD5值采用回归分析求得，其相关关系分别如下：
进水：BOD₅=0.3672×COD+28.233 R=0.8083 出水：BOD₅=0.2803×COD+10.27 R=0.8083
（2）污水中悬浮状，胶体状以及溶解状有机物分别按各1/3计。
（3）对于进水浓度较高的污水，经过一级强化处理后，往往还需进行二级处理。如果二级处理采用活性污泥法，为保证活性污泥的正常生长，其进水浓度不能过低，因此一级强化处理COD去除率不能过高，故表中带*者COD去除率按50%～65%。
（4）表中聚合铝的投加量按每去除1mg胶体状COD需消耗0.272mg聚合铝计算。

4 运行费用分析

　　以武汉市水质净化厂设计进水水质（BOD₅值为150mg/L）和目前实际进水水质（BOD₅值为50～80mg/L）为例，分别计算各自采用强化一级处理工艺流程时所需运行费用，并与分别采用该厂现有工艺流程进行比较。所得分析结果见表5。

表5 经济分析比较 进水BOD5值（mg/L) 工艺流程 聚合铝投加量（mg/L) 运行费用（万元/年） 80 原有工艺流程 　 230.21 混凝强化一级处理 15* 53.90 150 原有工艺流程 　 399.25 混凝强化一级处理+活性污泥法 15 283.27

注　（1）武汉市水质净化厂设计规模为50000m3/d，现采用常规活性污泥法处理工艺。
　　（2）表中运行费用仅考虑沉砂池后的污水处理部分所需电费及药剂费。
　　（3）根据表4，当进水BOD5值为80mg/L，且COD去除率为65%时，聚合铝投加量为13mg/L。*表示为确保对污水中有机的去除率，聚合铝投加量取为15mg/L。

5 结论

　　① 当进水有机物浓度较低时，采用混凝法强化城市污水一级处理，可使出水满足一级或二级排放标准，其运行费用仅为常规活性污泥法处理工艺的23%左右。对我国许多南方城市而言，其城市污水的实际进水浓度远低于设计值，宜采用该工艺。
　　② 当进水有机物浓度较高时，仅采用混凝法强化城市污水一级处理，出水达不到排放标准。采用混凝强化一级处理+活性污泥法，可确保出水达标，且运行费用仅为原有工艺的70%左右。?
　　③ 采用混凝法处理城市污水，有机物去除率与有机污染物的物理形态组成密切相关。污水中溶解性COD比例越小，可达到的COD去除率越高。若污水水质与武汉市水质净化厂的进水相似，反应时间宜取15min，聚合铝投加量指标为0.272mg/mg_胶体COD。该小 试结果可为后续的中试和生产性试验奠定基础。

参考文献：
［1］ 尤作亮等.城市污水强化一级处理的研究进展［J］.中国给水排水，1998，1 4（3）：28-31. ?
［2］ 邵林广.南方城市污水处理厂实际运行水质远小于设计值的原因及其对策［J］.给水排水，1999，25（2）. ?

---

作者简介： 姜应和(1963- )， 男， 江苏人， 武汉工业大学教授，硕士， 主要从事水污染控制方面的研究。
电　　话：(027)87651786(O) 87651112(H)?
手　　机：(0)13707171883?
收稿日期：1999-11-16