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混凝法強化城市污水廠一級處理的試驗研究
隨著社會經濟的發展，城市污水排放量持續增加，我國水環境污染日趨嚴重。而要解決城市水污染的根本措施就是建設城市污水處理廠。由于我國經濟尚不發達，為了緩解資金不足與環境污染的矛盾，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境污染，為了提高其去除率，必須加以強化處理廠來看，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，相當數量的污水處理廠經常單元能耗大，運行費用高，在目前資金缺乏的情況下，相當數量的污水處理廠經常處于停止運轉或半運轉狀態，實際處理深度達不到設計要求，使已投入的大量資金沒有充分發揮其環境效益，因此在二級生物污水處理廠中，也可以通過強化一級處理的方法來減輕二級處理的負荷。正因為如此，近年來城市污水強化一級處理技術已逐漸引起國內外水處理工程界的重視，成為新的研究熱點。在本項研究中，主要對混凝法強化城市污水一級處理技術進行了試驗探討。混凝法目前主要應用于給水處理和部分工業廢水處理。在城市污水處理中，由于需要向廢水中投加大量的混凝劑，導致污水處理成本較高；另外污水水質常常急劇變化，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域中的應用，一般僅應用于城市污水的深度處理中。近年來，隨著化工工業迅速發展，出現了許多新型、高效、廉價的絮凝劑；并且工業自動化技術在給排水領域的應用越來越廣，可以按水質指標自動投加混凝劑，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行了經濟分析比較。
一、試驗材料與方法
1、主要材料
本試驗研究為實驗室規模。試驗污水取自武漢市水質凈化廠初沉進水口：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：稀釋倍數法
二、反應時間對污水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去除率隨反應時間的變化關系見圖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，在反應時間為5min－30min范圍內，廢水COD去除率在63－74％之間，有機物去除率相差不大。在15min左右反應已基本達到完全，最佳反應時間宜取為15min，故在以下試驗中反應時間均取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、試驗結果
采用以上試驗方法，對不同濃度污水進行混凝沉淀試驗，改變混凝劑投加量。所得試驗結果見圖2。（在圖2中，以聚合鋁的投加量為橫坐標，COD去除率為縱坐標，繪出在不同污水濃度下，聚合鋁的投加量與COD去除率之間的關系曲線。）
3、試驗結果分析
（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，根據圖2，可圖解原水濃度不同時相應的聚合鋁投加量，所得結果見表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）污水中的有機污染物按其物理形態，可分為懸浮性、膠體性和溶解性三類有機物。混凝法的主要去除對象為膠體狀有機物。若已知某污水中懸浮性有機物的量，則混凝法所去除的有機物總量為所有懸浮性有機物與混凝沉淀所去除膠體狀有機物的總和，由此可算得某污水去除1mg膠體狀有機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（經測定其中懸浮性有機物所占的比例分別為21％、28％、30％和32％），參照表2的計算方法，經計算得到平均去除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。故對武漢市水質凈化廠進水而言，混凝劑的投量指標可定為0．272mg/mg膠體COD。
3、聚合鋁投加量的確定
聚合鋁的投加量應根據污水的進水水質以及所要達到的處理程度來確定。參照上述試驗分析結果可計算得出不同濃度的污水其相應的聚合鋁投加量，所得結果見表3。
去除單位數量的膠體狀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
進水BOD5值（mg/l） 60 80 100 120 150
進水COD值（mg/l） 86 140 195 250 330
強化一級處理COD去除率（mg/l） 65 65 65 50－65＊ 50－65＊
強化一級處理出水COD值（mg/l） 30 49 68 87－125 115－165
相應出水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中的分析結果可看出，當進水BOD5值低于100mg/l時，經過混凝一級強化處理后，出水即可達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中規定的一級或二級排放標準。當進水BOD5值在100－150mg/l之間時，經過混凝處理后，出水達不到排放標準，因此還需在一級強化的基礎上進一步進行二級處理。
四、運行費用經濟分析
以武漢市水質凈化廠設計進水水質（BOD5值為150mg/l）和目前實際進水水質（BOD5值為50－80mg/l）為例，分別確定出各自采用強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）進行比較。
經濟分析比較
進水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
混凝強化一級處理＋活性污泥法 15 283．27
五、結論
1、從表4中可以看出，進水濃度較低時，采用混凝強化一級處理工藝，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。且在這種進水濃度偏低的情況下，采用活性污泥法有機負荷偏低，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，對于進水濃度較低的污水，采用混凝強化一級處理工藝較適宜。
2、當進水濃度較高時，采用混凝強化一級處理＋活性污泥工藝，其運行費用僅為原有工藝的70％左右。并且在污水廠建設與運行中還具有很強的靈活性。當污水濃度低于設計值或在資金不足的情況下，僅建設、運行強化一級處理工藝流程，適當增加混凝劑的投加量，即可使出水中的有機物大大降低，在一定程度上可以緩解資金不足與環境污染日趨嚴重的矛盾。當污水濃度達到設計值并且資金充足的情況下，再在此基礎上建設、運行二級處理工藝，可使用限的資金充分發揮其環境效益、經濟效益與社會效益。
3、采用混凝強化一級處理工藝，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水有機物濃度均遠小于設計值，采用活性污泥工藝并不適宜，因此可先建強化一級處理工藝。在今后管網逐步趨于完善、進水濃度有可能提高時，再在此基礎上增設二級處理工藝（如活性污泥法，生物接觸氧化法），這對經濟尚不發達而環境污染又較嚴重的我國，具有十分重要的現實意義。
論文出處(作者):
論污水厭氧生物處理新工藝－升流式厭氧污泥床
脈沖澄清池加裝斜管后排泥問題的探討
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