加强一级高效沉淀池处理工艺研究
摘要：由于 经济 的 发展 ，很多城市附近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 的根本途径是普及二级处理设施。我国的城市污水处理厂以二级生物处理为主，特别是近年建成的城市污水处理厂多是二级生物处理。全国117座城市污水处理厂中仅有24座为一级处理，约占总数的20.5%、总处理能力的17%;二级处理厂有93座，约占总数的79.5%、总处理能力的83%。二级生物处理污水厂由于能耗大，运行费用高，相当数量的污水处理厂没能正常运行，实际处理能力低于设计能力。
关键词：高效沉淀池
1 概述
由于经济的发展，很多城市附近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普及二级处理设施。我国的城市污水处理厂以二级生物处理为主，特别是近年建成的城市污水处理厂多是二级生物处理。全国117座城市污水处理厂中仅有24座为一级处理，约占总数的20.5%、总处理能力的17%;二级处理厂有93座，约占总数的79.5%、总处理能力的83%。二级生物处理污水厂由于能耗大，运行费用高，相当数量的污水处理厂没能正常运行，实际处理能力低于设计能力。
污水强化一级处理工艺的 研究 ，在基建与运行费用增加不多的条件下，较大地提高污染物的去除率，以达到大幅度削减有机污染物总量的目的。本研究的目的：结合上海某预处理厂出水的具体水质特点，综合考虑前人的研究成果，主要对高效沉淀池 应用 于城市污水化学强化一级处理进行较为系统的试验研究，确定各种工艺的处理效果、最优运行条件及参数;
2 高效沉淀池原理
2.1 化学加强一级处理基本原理
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。
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，便于固液分离，使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。常规化学一级加强处理流程如图1：
图1化学一级强化流程框图
2.2 高效沉淀池的特点
高效沉淀池根据化学强化一级处理的原理，混合采用机械搅拌快速混合，絮凝阶段采用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，进入后续的折板反应段，通过水力作用进一步形成粗大、密实的矾花。沉淀池部分根据浅层沉淀的原理，采用斜管沉淀池的形式，使沉淀池的表面水力负荷明显提高，高效沉淀池流程框图如图2。
图2高效沉淀池流程图
相对于平流沉淀池，高效沉淀池具有以下特点：
① 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，再加上高分子助凝剂的吸附架桥作用，有利于使水中的脱稳微粒形成大颗粒絮体，提高絮凝沉淀效果。
② 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。
③ 沉淀池采用斜管沉淀，可达到泥水快速分离的目的，水力停留时间明显减少，使沉淀池的占地面积明显减少，节药工程费用，经初步工程方案比较，相对于平流沉淀池，高效沉淀池可降低工程造价约20%。
表1常规沉淀池及高效沉淀池参数比较表
|
平流沉淀池（规范值）
|
常规斜管沉淀池（规范值）
|
试验装置
|
| 根据原水水质条件、水温确定，停留时间一般为1.0 ～3.0小时 | 表面水力负荷为9～11 m3/(m2·h) | 试验停留时间为0.33小时，表面水力负荷为25 m3/(m2·h) |
④ 高效沉淀池在沉淀池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，使污泥能够在沉淀池下部进行有效浓缩，从而提高污泥的浓度。
3 试验装置
试验装置设计流量为25 m3/h，整个试验装置有快速混合单元、絮凝沉淀单元、加药单元及控制单元组成，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 m×0.9 m×1.85 m(有效水深为1.30 m，单格体积为1.2 m3)，内设两台搅拌机，转速为150 r/min，两格可单独使用，也可合并使用(试验中采用其中一格)，原水进入混合池，混凝剂加入点在进入混合池的管道中，在混合池中与原水充分混合，由管道从底部进入絮凝池。
絮凝沉淀池是整个装置的核心，整个池高为4.95 m(包括干弦0.2 m)，絮凝沉淀池功能上具有絮凝、沉淀及污泥浓缩功能;絮凝部分总体积约为6.6 m3，分为二段，前段的体积为2.6 m3，为机械搅拌絮凝，絮凝池中增设直径为Φ450 mm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4 m3，采用隔板絮凝的形式，污水经隔板絮凝后进入后续沉淀池。沉淀池采用斜管沉淀池，沉淀池的有效面积为1 m2，斜管斜长为1.5 m，在斜管上方设置隔板，使出水均匀，出水采用溢流堰的形式，在沉淀下方是污泥沉淀及浓缩空间，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。
加药单元主要加注混凝剂及加注助凝剂，采用计量泵投加。
4 试验结果及情况 分析
4.1 试验安排
试验装置于2000年12月25日运至现场进行设备安装、调试，于2001年1月7日正式开始试验，根据小试的药剂筛选，半生产性试验主要针对FeCl3、Al2(SO4)3·18H2O两种混凝剂进行试验，助凝剂主要Nalco公司提供的8173、9901及AS32，试验对不同混凝剂及助凝剂投加量的具体安排如表2和表3：
表2投加混凝剂FeCl3试验情况表
|
助凝剂(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投加混凝剂Al2(SO4)3·18H2O试验情况表
|
助凝剂(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 试验结果
试验期间结果见表4。
表4 试验结果数据表
|
时间
|
流量
|
混凝剂
|
助凝剂
|
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
|
||
|
m3/h
|
种类
|
投加量
|
种类
|
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
|
硫酸铝
|
60
|
9901
|
0.5
|
637.5
|
94.2
|
85
|
9.33
|
0.87
|
91
|
263
|
22
|
92
|
|
1月13日
|
25
|
硫酸铝
|
60
|
9901
|
0.5
|
210
|
101
|
52
|
2.81
|
1.33
|
53
|
81
|
30
|
63
|
|
1月14日
|
25
|
硫酸铝
|
80
|
9901
|
1
|
698.9
|
167.5
|
76
|
7.1
|
1.02
|
86
|
168
|
18
|
89
|
|
1月16日
|
15
|
硫酸铝
|
80
|
9901
|
0.5
|
185.7
|
90
|
52
|
2.77
|
1.12
|
60
|
77
|
31
|
60
|
|
1月17日
|
30
|
硫酸铝
|
80
|
9901
|
1.5
|
191
|
107
|
44
|
2.8
|
0.57
|
80
|
103
|
19
|
82
|
|
1月18日
|
35
|
硫酸铝
|
80
|
9901
|
1.5
|
253
|
136
|
46
|
4
|
0.7
|
83
|
96
|
27
|
72
|
|
1月20日
|
35
|
硫酸铝
|
70
|
AS32
|
1
|
220
|
105
|
52
|
3.7
|
0.7
|
81
|
112
|
25
|
78
|
|
1月21日
|
35
|
硫酸铝
|
70
|
AS32
|
0.8
|
336
|
116
|
65
|
4.5
|
1.1
|
76
|
166
|
30
|
82
|
|
1月22日
|
35
|
硫酸铝
|
70
|
AS32
|
0.6
|
270
|
100
|
63
|
6.5
|
0.96
|
85
|
138
|
21
|
85
|
|
1月23日
|
35
|
硫酸铝
|
70
|
AS32
|
0.4
|
210
|
90
|
57
|
5.6
|
1.04
|
81
|
118
|
20
|
83
|
|
1月24日
|
35
|
硫酸铝
|
70
|
AS32
|
0.2
|
210
|
105
|
50
|
7.2
|
1.3
|
82
|
108
|
60
|
44
|
|
1月25日
|
25
|
硫酸铝
|
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不含结晶水，硫酸铝含有18个结晶水
* 代表斜管上方有矾花飘出
4.3 试验结果及分析
通过以上试验，可以得出以下结论：
(1)物化处理的效果
由上表可见，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40～80 mg/L，硫酸铝(含结晶水)投加量60～80 mg/L的情况下，试验期间进水CODCr在100～700 mg/L(平均为300 mg/L)的情况下，出水CODCr一般在50～150 mg/L之间，出水平均CODCr为99 mg/L，COD的去除率一般在40%～80%，平均CODCr去除率为67%;试验期间进水PO43--P在2～9 mg/L(平均为4.1 mg/L)的情况下，出水PO43--P在0.2～1.1 mg/L，出水平均PO43--P为0.7mg/L，PO43--P的去除率为60%～95%，平均PO43--P去除率为83%;试验期间进水SS在50～50 mg/L(平均为148 mg/L)的情况下，出水SS在9～46 mg/L之间，出水平均SS为23 mg/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25 m3/h，运行过程中，温度一般在12～15℃之间，流量基本稳定在24～26 m3/h之间。采用FeCl3作为混凝剂、同时投加0.5 ppm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25 m3/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1.0 ppm，出水效果略有好转，但没有明显改善。将处理流量降至15 m3/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35 m3/h，助凝剂投加量为1.5 mg/L，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0.3 mg/L，处理流量达到25 m3/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，半生产性试验中，FeCl3(以不包含结晶水 计算 )的投加量分别为80、60、50、40 mg/L进行投加，从试验结果来看，在现有进水浓度条件下可以看出，FeCl3(以不包含结晶水计算)投加量40 mg/L，出水PO43--P在0.5 mg/L左右，稳定在1 mg/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、60 mg/L，由于出水中矾花较FeCl3多，影响水中PO43--P的去除效果，在现有水质情况下，Al2(SO4)3·18H2O投加量在60 ～ 80 mg/L能够满足出水水质要求。
试验分别对助凝剂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0.3 ppm效果较好，而用9901时，需投加0.5 ppm，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。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
