混凝法强化城市污水厂一级处理的试验研究
随着社会经济的发展，城市污水排放量持续增加，我国水环境污染日趋严重。而要解决城市水污染的根本措施就是建设城市污水处理厂。由于我国经济尚不发达，为了缓解资金不足与环境污染的矛盾，在目前正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有机物去除率较低（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，因此在二级生物污水处理厂中，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。
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、廉价的絮凝剂；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。笔者采用目前常用的混凝剂聚合铝强化城市污水厂的一级处理，并对该工艺与活性污泥法工艺运行费用进行了经济分析比较。
一、试验材料与方法
1、主要材料
本试验研究为实验室规模。试验污水取自武汉市水质净化厂初沉进水口：混凝剂采用聚合氯化铝。
2、主要分析测试项目及方法
COD：重铬酸钾法
BOD5：稀释倍数法
二、反应时间对污水COD去除率的影响
向5个烧杯中加入0．8升污水，并加入聚合铝（其投加量为15mg/l），反应时间分别为5min、10min、15min、20min；静止沉淀30分钟后取其上清液测定COD值，并按式（1）计算废水COD的去除率。
去除率 Y=(CO-C)/CO×100％ （1）
式中：CO－－处理前废水的COD值（mg/l）
C－处理后废水的COD值（mg/l）:
在试验过程中可观察到：向污水中投加聚合铝后，生成絮体较快，大约在5分钟左右大部分絮体已生成。从图1可知，在反应时间为5min－30min范围内，废水COD去除率在63－74％之间，有机物去除率相差不大。在15min左右反应已基本达到完全，最佳反应时间宜取为15min，故在以下试验中反应时间均取15min。
三、污水浓度及混凝剂投加量对COD去除率的影响
1、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。
2、试验结果
采用以上试验方法，对不同浓度污水进行混凝沉淀试验，改变混凝剂投加量。所得试验结果见图2。（在图2中，以聚合铝的投加量为横坐标，COD去除率为纵坐标，绘出在不同污水浓度下，聚合铝的投加量与COD去除率之间的关系曲线。）
3、试验结果分析
（1）从图2中可知，随着聚合铝投加量的增大，COD去除率也随之增加。并且在投加量低于15mg/l时，COD去除率增长较快。同时从图中也可看出，在达到同样去除率的情况下，对于不同浓度的原水，由于其中所含胶体有机物的量不同，因而所需聚合物的投加量也不同。在COD去除率相同的情况下，根据图2，可图解原水浓度不同时相应的聚合铝投加量，所得结果见表1。
对于不同的污水浓度COD去除率相同时聚合铝相应的投加量 （单位：mg/l）表1
污水浓度（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有机物。混凝法的主要去除对象为胶体状有机物。若已知某污水中悬浮性有机物的量，则混凝法所去除的有机物总量为所有悬浮性有机物与混凝沉淀所去除胶体状有机物的总和，由此可算得某污水去除1mg胶体状有机物所需混凝剂投加量。如对于原水COD为103．05mg/l 的污水而言，经测这其中悬浮性ＣＯＤ占23％，则对该污水而言，去除1mg胶体性COD所需混凝剂投加量为0．257mg，详细计算过程参见表2。
（3）对原水COD值为74．37mg/l、116．28mg/l、122．04mg/l、161．41mg/l的废水而言（经测定其中悬浮性有机物所占的比例分别为21％、28％、30％和32％），参照表2的计算方法，经计算得到平均去除1mg胶体性COD所需的混凝剂投加量分别为0．240mg/l 、0．275mg/l、0．340mg/l和0．250mg/l，取其平均值为0．272mg/mg胶体COD。故对武汉市水质净化厂进水而言，混凝剂的投量指标可定为0．272mg/mg胶体COD。
3、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计算得出不同浓度的污水其相应的聚合铝投加量，所得结果见表3。
去除单位数量的胶体状COD所需聚合铝投加量分析表
表2
总COD去除率（％） 45 50 55 60 65
胶体状COD去除率（％） 22 27 32 37 42
胶体状COD 去除量（mg/l） 22．67 27．82 33 38．12 43．28
聚合铝投加量（mg/l） 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
聚合铝投加量的确定
表3
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（mg/l） 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
从表3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。
四、运行费用经济分析
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，分别确定出各自采用强化一级处理工艺流程时所需运行费用，并与该厂原有工艺流程（活性污泥工艺）进行比较。
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＋沉淀原有工艺流程 13取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
五、结论
1、从表4中可以看出，进水浓度较低时，采用混凝强化一级处理工艺，其运行费用仅为原有工艺的23％左右；并且其工艺流程简单、处理单元少、操作管理较方便。且在这种进水浓度偏低的情况下，采用活性污泥法有机负荷偏低，活性污泥生长不良，不仅运行费用高，也给运行管理带来不便。因此，对于进水浓度较低的污水，采用混凝强化一级处理工艺较适宜。
2、当进水浓度较高时，采用混凝强化一级处理＋活性污泥工艺，其运行费用仅为原有工艺的70％左右。并且在污水厂建设与运行中还具有很强的灵活性。当污水浓度低于设计值或在资金不足的情况下，仅建设、运行强化一级处理工艺流程，适当增加混凝剂的投加量，即可使出水中的有机物大大降低，在一定程度上可以缓解资金不足与环境污染日趋严重的矛盾。当污水浓度达到设计值并且资金充足的情况下，再在此基础上建设、运行二级处理工艺，可使用限的资金充分发挥其环境效益、经济效益与社会效益。
3、采用混凝强化一级处理工艺，对我国许多南方城市污水处理厂较为适宜，如武汉、桂林、广州等地的城市污水处理厂目前实际进水有机物浓度均远小于设计值，采用活性污泥工艺并不适宜，因此可先建强化一级处理工艺。在今后管网逐步趋于完善、进水浓度有可能提高时，再在此基础上增设二级处理工艺（如活性污泥法，生物接触氧化法），这对经济尚不发达而环境污染又较严重的我国，具有十分重要的现实意义。
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