摘要：本文介绍了上海白龙港城市污水处理厂所进行的一级强化处理工艺和高效沉淀池的处理能力的试验研究，通过近一年的稳定运行表明，相对初沉池，一级强化处理工艺具有较好的去除效果，其中进行化学一级强化处理对CODcr、SS、P等污染因子的平均去除率可达67%、85%、83%；高效沉淀池表面负荷为常规初次沉淀池的10倍左右，其处理效果与混凝剂和助凝剂的种类、投加量密切相关。
关键词：一级强化处理 污水处理 高效沉淀池
1、概述
由于经济的发展，很多城市水环境的有机污染不仅没有得到控制，还有恶化趋势。解决城市污水处理问题的根本途径是对污水进行二级脱氮除磷处理，但二级生物处理的污水处理厂由于能耗大，运行费用高，建成后，由于运行费用等因素没能正常运行，使实际处理能力低于设计能力，加剧了水体的污染程度。
污水一级强化处理工艺的研究，首先控制磷的排放，同时达到大幅度削减有机污染物总量的目的。本研究的目的是结合上海白龙港城市污水处理厂确定的出水水质目标，对一级强化工艺开展综合研究，对高效应用于城市污水一级强化处理进行较为系统的试验研究，取得一级强化工艺的处理效果和运行参数。
2、一级强化处理工艺的研究
2.1一级强化处理工艺
一级强化处理工艺有多种形式，根据国内外发展情况，采用较多的有化学法一级强化处理、生物絮凝吸附一级强化处理和处理等；
化学加强一级处理的基本原理是在污水中投加混凝剂，通过絮凝沉淀的方法去除污水中悬浮物质及胶体物质，从而达到对污水中有机物及磷的去除目的；
生物絮凝一级强化处理则主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物质，同时伴有少量的生物氧化，其去除机理既有污染物质的物理吸附、化学吸附和生物吸附、吸收作用，又有吸附架桥、沉淀物网捕等絮凝作用；
法处理不需要动力，且负荷高，产泥率低，处理投资及运行费用均较低，对于城市污水，控制反应至水解阶段，代替了传统的初沉池，污水中的有机物不但在数量上发生很大变化，而且在理化性质上发生更大的变化，使污水适宜后续的好氧生物处理。
课题分别对三种一级强化处理工艺进行试验，结合白龙港污水处理厂的进出水水质特点，推荐采用化学一级强化处理高效沉淀技术。
2.2化学强化一级处理工艺
污水首先与混凝剂快速混合，使混凝剂迅速均匀分散到污水中，利于混凝剂水解，充分发挥混凝剂高电荷对水中胶体电中和脱稳作用；然后进行慢速搅拌作用，通过脱稳颗粒的有效碰撞，同时在水中投加高分子助凝剂，发挥助凝剂的吸附架桥作用，使细小颗粒逐渐结成较大絮体，水中的悬浮物质及胶体得到有效去除；同时通过混凝剂与污水中磷酸盐的化学作用，达到对磷的去除。常规化学一级强化处理流程如图1：
3 高效试验研究
3.1、高效的特点
高效是根据化学强化一级处理的原理，采用机械搅拌快速混合、机械絮凝与水力絮凝相结合。絮凝池在前段设置提升搅拌机，部分沉淀的污泥回流至前段，助凝剂也投加在前段，脱稳的原水与絮凝池的絮体形成有效碰撞，结成粗大颗粒，进入后续的反应段，通过水力作用进一步形成粗大、密实的矾花；部分根据浅层沉淀的原理，采用斜管的形式，使的表面水力负荷明显提高；底部采用机械刮泥，使沉淀污泥进一步浓缩，提高污泥的含泥率，减少污泥量和污泥处理设施的规模。
高效流程框图如图2。
相对于普通初次，具有以下特点：
在装置中回流一部分沉淀污泥至絮凝段，利用回流污泥与进水混合，使进水中的脱稳微粒与活性泥渣充分接触，提高絮凝沉淀效果。
回流污泥中的混凝剂、助凝剂在絮凝池中得到充分利用，节约混凝剂及助凝剂的投加量。
采用斜管沉淀，达到泥水快速分离的目的，水力停留时间和占地面积明显减少，节药工程费用，其比较如表1所示。
|
池型 |
普通初次（规范值） |
高效沉淀试验装置 |
|
表面水力负荷 (m3/m2.h） |
根据原水水质条件、水温确定，一般为1.5～3.0 |
25 |
|
停留时间(h) |
1.0～2.0 |
0.33 |
高效在下部具有较大的浓缩空间，同时在浓缩池内设有浓缩机，利用慢速搅拌的方法，使污泥能够下部进行有效浓缩，从而提高污泥的浓度。
3.2、试验装置
试验装置设计流量为25m3/h。整个试验装置有快速混合单元、絮凝沉淀单元、加药及控制单元组成，其中絮凝沉淀单元是整个处理装置的核心；
快速混合单元分为两格，每格尺寸为1.0×0.9×1.85m（有效水深为1.30m，单格体积为1.2m3），内设两台搅拌机，转速为150r/min，两格可单独使用，也可合并使用（实验中采用其中一格）。
絮凝单元是整个装置的核心，絮凝沉淀单元功能上具有絮凝、沉淀及污泥浓缩功能；絮凝部分总体积约为6.6m3，分为二段，前段的体积为2.6m3，为机械搅拌絮凝，絮凝池中增设直径为Ф450mm的导流筒，在导流筒内设提升搅拌机，通过提升搅拌机使水在絮凝池中循环，同时浓缩池内的污泥回流至前段，与原水充分混合。助凝剂加注点也设在导流筒内，经混合后进入后段，后段体积为4m3，采用隔板絮凝的形式，污水经隔板絮凝后进入后续；沉淀部分采用斜管，的有效面积为1m2，斜管斜长为1.5m，出水采用溢流堰的形式；污泥浓缩部分在沉淀下方，在底部设置污泥刮泥机，试验装置还设有回流污泥泵及剩余污泥排出泵，整个池高为4.95m（包括干弦0.2m），示意图如图3所示。
加药及控制单元主要有混凝剂、助凝剂加注计量泵及控制系统组成。
3.3、试验结果
1） 试验安排
于2001年1月7日正式开始试验，试验主要针对FeCl3、Al2(SO4)3.18H2O两种混凝剂进行试验，助凝剂采用某公司提供的8173、9901及AS32进行试验。
2） 试验结果
高效试验期间的部分结果见表2
|
时间 |
流量 |
混凝剂 |
混凝投加量mg/l |
助凝剂 |
助凝投加量mg/l |
进水COD |
出水COD |
COD去除率 |
进水PO4-P |
出水PO4-P |
P去除率 |
进水SS |
出水SS |
SS去除率 |
备注 |
|
mg/l |
mg/l |
|
mg/l |
mg/l |
|
mg/l |
mg/l |
|
| ||||||
|
1.7 |
25 |
FeCl3 |
80 |
8173 |
0.33 |
246 |
68.8 |
72% |
2.55 |
0 |
100% |
154 |
12 |
92% |
|
|
1.8 |
25 |
FeCl3 |
60 |
9901 |
0.5 |
198 |
77 |
61% |
3.41 |
0.33 |
90% |
78 |
34 |
56% |
|
|
1.9 |
25 |
FeCl3 |
40 |
9901 |
0.5 |
255 |
115 |
55% |
2.73 |
0.43 |
84% |
117 |
3 |
97% |
|
|
1.10 |
25 |
FeCl3 |
40 |
9901 |
0.5 |
259 |
108 |
58% |
2.77 |
0.55 |
80% |
99 |
12 |
88% |
|
|
1.11 |
25 |
FeCl3 |
50 |
9901 |
0.5 |
245.9 |
80.9 |
67% |
2.59 |
0.33 |
87% |
164 |
14 |
91% |
|
|
1.12 |
25 |
硫酸铝 |
60 |
9901 |
0.5 |
637.5 |
94.2 |
85% |
9.33 |
0.87 |
91% |
263 |
22 |
92% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.13 |
25 |
硫酸铝 |
60 |
9901 |
0.5 |
210 |
101 |
52% |
2.81 |
1.33 |
53% |
81 |
30 |
63% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.13 |
25 |
硫酸铝 |
60 |
9901 |
0.5 |
273.9 |
154.1 |
44% |
3.85 |
1.74 |
55% |
110 |
51 |
54% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.14 |
25 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1 |
698.9 |
167.5 |
76% |
7.1 |
1.02 |
86% |
168 |
18 |
89% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.14 |
25 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1 |
301.6 |
130.1 |
57% |
3.1 |
0.65 |
79% |
95 |
19 |
80% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.16 |
15 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
0.5 |
185.7 |
90 |
52% |
2.77 |
1.12 |
60% |
77 |
31 |
60% |
|
|
1.16 |
15 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
0.5 |
494 |
90.9 |
82% |
5.86 |
0.6 |
90% |
238 |
16 |
93% |
|
|
1.17 |
30 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1.5 |
191 |
107 |
44% |
2.8 |
0.57 |
80% |
103 |
19 |
82% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.17 |
30 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1.5 |
485 |
114 |
76% |
5.6 |
0.53 |
91% |
|
|
|
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.18 |
35 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1.5 |
253 |
136 |
46% |
4 |
0.7 |
83% |
96 |
27 |
72% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.18 |
35 |
硫酸铝 |
80 |
9901 |
1.5 |
201 |
90.5 |
55% |
3.4 |
0.7 |
79% |
81 |
20 |
75% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.20 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
1 |
220 |
105 |
52% |
3.7 |
0.7 |
81% |
112 |
25 |
78% |
|
|
1.20 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
1 |
301 |
105 |
65% |
4 |
0.7 |
83% |
187 |
21 |
89% |
|
|
1.21 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.8 |
336 |
116 |
65% |
4.5 |
1.1 |
76% |
166 |
30 |
82% |
|
|
1.21 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.8 |
281 |
105 |
63% |
3.7 |
0.8 |
78% |
135 |
24 |
82% |
|
|
1.22 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.6 |
270 |
100 |
63% |
6.5 |
0.96 |
85% |
138 |
21 |
85% |
|
|
1.22 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.6 |
370 |
95 |
74% |
6.3 |
0.87 |
86% |
307 |
15 |
95% |
|
|
1.23 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.4 |
210 |
90 |
57% |
5.6 |
1.04 |
81% |
118 |
20 |
83% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.23 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.4 |
188 |
70 |
63% |
4.7 |
0.8 |
83% |
98 |
12 |
88% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.24 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.2 |
210 |
105 |
50% |
7.2 |
1.3 |
82% |
108 |
60 |
44% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.24 |
35 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.2 |
425 |
90 |
79% |
6.3 |
0.9 |
86% |
190 |
42 |
78% |
斜管上方有矾花飘出 |
|
1.25 |
25 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.3 |
156 |
36 |
77% |
2 |
0.18 |
91% |
132 |
13 |
90% |
|
|
1.25 |
25 |
硫酸铝 |
70 |
AS32 |
0.3 |
115 |
42 |
63% |
1.8 |
0.26 |
86% |
120 |
14 |
88% |
|
|
1.29 |
25 |
FeCl3 |
35 |
AS32 |
0.2 |
592 |
124 |
79% |
1.8 |
0.3 |
83% |
62 |
9 |
85% |
|
|
1.29 |
25 |
FeCl3 |
35 |
AS32 |
0.2 |
184 |
96 |
48% |
3.8 |
0.7 |
82% |
230 |
38 |
83% |
|
注：Fecl3不含结晶水，硫酸铝含有18个结晶水
3）试验分析
（1） 物化处理的效果
由表2可见，投加硫酸铝及三氯化铁对水中的有机物均有较好的去除效果，在三氯化铁（不含结晶水）投加量在40～80mg/l，硫酸铝（含结晶水）投加在60～80mg/l的情况下，试验期间进水CODcr在100～700mg/l（平均为300mg/l）的情况下，出水CODcr一般在50～150mg/l之间，出水平均CODcr为99mg/l，CODcr的去除率一般在40％～80％，平均CODcr去除率为67％；试验期间进水PO4－P在2～9mg/l（平均为4.1mg/l）的情况下，出水PO4－P在0.2～1.1mg/l出水平均PO4-P为0.7mg/l，PO4-P的去除率为60％～95％，平均PO4-P去除率为83％；试验期间进水SS在50～350mg/l（平均为148mg/l）的情况下，出水SS在9～46mg/l之间，出水平均SS为23mg/l，SS平均去除率为85％；
（2）、装置的处理能力
本试验装置的设计处理能力为25m3/h，试验时水温一般在12～15℃之间，流量基本稳定在24～26m3/h之间。采用FeCl3作为混凝剂、同时投加0.5ppm的9901助凝剂，由于FeCl3比重较重，因此沉淀出水中有微小矾花出现，出水效果较为理想。
当采用Al2(SO4)3.18H2O作为混凝剂，水温在12～15℃之间时，由于温度较低，同时由于Al2(SO4)3矾花较轻，因此处理流量达到25m3/h时，沉淀时上方有轻质矾花飘出，影响到感观效果，助凝剂投加量增加至1.0ppm，出水效果略有好转，但没有明显改善。将处理流量降至15m3/h，出水矾花明显好转，处理效果好，感观效果好。另外将处理流量提高至35m3/h，助凝剂投加量为1.5ppm，出水中有矾花飘出，影响到感观效果。在投加助凝剂AS32时，助凝剂的助凝效果有明显提高，投加量比9901少，当助凝剂AS32投加量0.3mg/l，处理流量达到25m3/h时，在沉淀时上方有微小矾花飘出，效果较为理想。
由此可见，装置的处理能力与混凝剂和助凝剂的种类以及投加量有关。
（3）、不同加药量的处理效果
为使试验结果有可比性和实用性，本次试验采用最常用的铁盐和铝盐作为混凝剂，试验中，FeCl3（以不包含结晶水计算）的投加量分别为80、60、50、40mg/l进行投加，从试验结果来看，在现有进水浓度条件下，FeCl3（以不包含结晶水计算）投加量40ppm，出水PO4－P在0.5mg/l左右，稳定在1mg/l以下。
当采用Al2(SO4)3.18H2O（以包含结晶水计算）时，投加量分别为80、60mg/l，由于出水中矾花较FeCl3多，影响水中PO4-P的去除效果，在现有水质情况下，Al2(SO4)3.18H2O投加量在60～80mg/l能够满足出水水质要求。
实验分别对助凝剂8173/9901及AS32进行实验（助凝剂投加时伴有水稀释），试验表明：AS32的助凝效果比9901好，9901比8173好，当采用铁盐作混凝剂时，AS32投加量为0.3ppm效果较好，而用9901时，需投加0.5ppm，AS32形成的矾花相对大且密实，由此可见，助凝的品种及投加量对高效澄清的处理效果有较大的影响。
4、结语
针对上海白龙港城市污水处理厂进出水水质的特点，采用化学一级强化工艺能有效地控制水体微污染，特别是除磷效果得到有效保证，同时降低了建设费用和运行费用。
通过对高效的试验研究，验证了高效的处理能力，其表面负荷可达25m3/h，是初次的10倍左右，可明显提高处理效果，减少占地面积，同时排放的污泥由于经过浓缩，可减少污泥处理的规模，进一步降低造价。
试验通过对不同混凝剂和助凝剂进行了试验，提出合理的投加量，保证污水厂的正常运行，工程试验数据已在设计中应用，目前已在建设，预计2003年底竣工投入运行。
参考文献
[1] 城市污水生物处理新技术开发与应用 化学工业出版社
[2] 邱慎初.“化学强化一级处理(CEPT)技术”.中国给水排水，2000，Vol.16(1)，26～29
[3] P. Dauthuille. “The DENSADEG- A new high performance settling tank”. Degremont INC.
[4]熊建英等.“铁盐处理上海合流一期污水试验研究”. 中国给水排水，2000，Vol.16(6)，17～19
[5]蒋展鹏等.“城市污水强化一级处理新工艺－活化污泥法”.中国给水排水.1999，Vol15(12)，1～5
[6]姜应和等.“混凝法强化城市污水厂一级处理的试验研究”.中国给水排水， 2000，Vol.16(3)，12～15
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