上海大型污水處理廠試驗(yàn)研究
摘要：本文介紹了上海白龍港城市污水處理廠所進(jìn)行的一級(jí)強(qiáng)化處理工藝和高效沉淀池的處理能力的試驗(yàn) 研究 ，通過(guò)近一年的穩(wěn)定運(yùn)行表明，相對(duì)初沉池，一級(jí)強(qiáng)化處理工藝具有較好的去除效果，其中進(jìn)行化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理對(duì)CODcr、SS、P等污染因子的平均去除率可達(dá)67%、85%、83%;高效沉淀池表面負(fù)荷為常規(guī)初次沉淀池的10倍左右，其處理效果與混凝劑和助凝劑的種類(lèi)、投加量密切相關(guān)。
關(guān)鍵詞：一級(jí)強(qiáng)化處理 污水處理 高效沉淀池
1、概述
由于 經(jīng)濟(jì) 的 發(fā)展 ，很多城市水環(huán)境的有機(jī)污染不僅沒(méi)有得到控制，還有惡化趨勢(shì)。解決城市污水處理 問(wèn)題 的根本途徑是對(duì)污水進(jìn)行二級(jí)脫氮除磷處理，但二級(jí)生物處理的污水處理廠由于能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，建成后，由于運(yùn)行費(fèi)用等因素沒(méi)能正常運(yùn)行，使實(shí)際處理能力低于設(shè)計(jì)能力，加劇了水體的污染程度。
污水一級(jí)強(qiáng)化處理工藝的研究，首先控制磷的排放，同時(shí)達(dá)到大幅度削減有機(jī)污染物總量的目的。本研究的目的是結(jié)合上海白龍港城市污水處理廠確定的出水水質(zhì)目標(biāo)，對(duì)一級(jí)強(qiáng)化工藝開(kāi)展綜合研究，對(duì)高效沉淀池 應(yīng)用 于城市污水一級(jí)強(qiáng)化處理進(jìn)行較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，取得一級(jí)強(qiáng)化工藝的處理效果和運(yùn)行參數(shù)。
2、一級(jí)強(qiáng)化處理工藝的研究
2.1一級(jí)強(qiáng)化處理工藝
一級(jí)強(qiáng)化處理工藝有多種形式，根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，采用較多的有化學(xué)法一級(jí)強(qiáng)化處理、生物絮凝吸附一級(jí)強(qiáng)化處理和厭氧處理等;
化學(xué)加強(qiáng)一級(jí)處理的基本原理是在污水中投加混凝劑，通過(guò)絮凝沉淀的 方法 去除污水中懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)，從而達(dá)到對(duì)污水中有機(jī)物及磷的去除目的;
生物絮凝一級(jí)強(qiáng)化處理則主要利用微生物的絮凝吸附作用快速去除污染物質(zhì)，同時(shí)伴有少量的生物氧化，其去除機(jī)理既有污染物質(zhì)的物理吸附、化學(xué)吸附和生物吸附、吸收作用，又有吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕等絮凝作用;
厭氧法處理不需要?jiǎng)恿，且?fù)荷高，產(chǎn)泥率低，處理投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低，對(duì)于城市污水，控制厭氧反應(yīng)至水解階段，代替了傳統(tǒng)的初沉池，污水中的有機(jī)物不但在數(shù)量上發(fā)生很大變化，而且在理化性質(zhì)上發(fā)生更大的變化，使污水適宜后續(xù)的好氧生物處理。
課題分別對(duì)三種一級(jí)強(qiáng)化處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合白龍港污水處理廠的進(jìn)出水水質(zhì)特點(diǎn)，推薦采用化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理高效沉淀技術(shù)。
2.2化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝
污水首先與混凝劑快速混合，使混凝劑迅速均勻分散到污水中，利于混凝劑水解，充分發(fā)揮混凝劑高電荷對(duì)水中膠體電中和脫穩(wěn)作用;然后進(jìn)行慢速攪拌作用，通過(guò)脫穩(wěn)顆粒的有效碰撞，同時(shí)在水中投加高分子助凝劑，發(fā)揮助凝劑的吸附架橋作用，使細(xì)小顆粒逐漸結(jié)成較大絮體，水中的懸浮物質(zhì)及膠體得到有效去除;同時(shí)通過(guò)混凝劑與污水中磷酸鹽的化學(xué)作用，達(dá)到對(duì)磷的去除。常規(guī)化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理流程如圖1：
3 高效沉淀池試驗(yàn)研究
3.1、高效沉淀池的特點(diǎn)
高效沉淀池是根據(jù)化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理的原理，采用機(jī)械攪拌快速混合、機(jī)械絮凝與水力絮凝相結(jié)合。絮凝池在前段設(shè)置提升攪拌機(jī)，部分沉淀的污泥回流至前段，助凝劑也投加在前段，脫穩(wěn)的原水與絮凝池的絮體形成有效碰撞，結(jié)成粗大顆粒，進(jìn)入后續(xù)的反應(yīng)段，通過(guò)水力作用進(jìn)一步形成粗大、密實(shí)的礬花;沉淀池部分根據(jù)淺層沉淀的原理，采用斜管沉淀池的形式，使沉淀池的表面水力負(fù)荷明顯提高;沉淀池底部采用機(jī)械刮泥，使沉淀污泥進(jìn)一步濃縮，提高污泥的含泥率，減少污泥量和污泥處理設(shè)施的規(guī)模。
高效沉淀池流程框圖如圖2。
相對(duì)于普通初次沉淀池，具有以下特點(diǎn)：
在裝置中回流一部分沉淀污泥至絮凝段，利用回流污泥與進(jìn)水混合，使進(jìn)水中的脫穩(wěn)微粒與活性泥渣充分接觸，提高絮凝沉淀效果。
回流污泥中的混凝劑、助凝劑在絮凝池中得到充分利用，節(jié)約混凝劑及助凝劑的投加量。
沉淀池采用斜管沉淀，達(dá)到泥水快速分離的目的，水力停留時(shí)間和占地面積明顯減少，節(jié)藥工程費(fèi)用，其比較如表1所示。
|
池型
|
普通初次沉淀池（規(guī)范值）
|
高效沉淀試驗(yàn)裝置
|
|
表面水力負(fù)荷 (m3/m2.h）
|
根據(jù)原水水質(zhì)條件、水溫確定，一般為1.5～3.0
|
25
|
|
停留時(shí)間(h)
|
1.0～2.0
|
0.33
|
高效沉淀池在沉淀池下部具有較大的濃縮空間，同時(shí)在濃縮池內(nèi)設(shè)有濃縮機(jī)，利用慢速攪拌的方法，使污泥能夠沉淀池下部進(jìn)行有效濃縮，從而提高污泥的濃度。
3.2、試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)流量為25m3/h。整個(gè)試驗(yàn)裝置有快速混合單元、絮凝沉淀單元、加藥及控制單元組成，其中絮凝沉淀單元是整個(gè)處理裝置的核心;
快速混合單元分為兩格，每格尺寸為1.0×0.9×1.85m(有效水深為1.30m,單格體積為1.2m3)，內(nèi)設(shè)兩臺(tái)攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速為150r/min，兩格可單獨(dú)使用，也可合并使用(實(shí)驗(yàn)中采用其中一格)。
絮凝沉淀池單元是整個(gè)裝置的核心，絮凝沉淀單元功能上具有絮凝、沉淀及污泥濃縮功能;絮凝部分總體積約為6.6m3,分為二段，前段的體積為2.6m3，為機(jī)械攪拌絮凝，絮凝池中增設(shè)直徑為Ф450mm的導(dǎo)流筒，在導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)提升攪拌機(jī)，通過(guò)提升攪拌機(jī)使水在絮凝池中循環(huán)，同時(shí)濃縮池內(nèi)的污泥回流至前段，與原水充分混合。助凝劑加注點(diǎn)也設(shè)在導(dǎo)流筒內(nèi)，經(jīng)混合后進(jìn)入后段，后段體積為4m3,采用隔板絮凝的形式，污水經(jīng)隔板絮凝后進(jìn)入后續(xù)沉淀池;沉淀部分采用斜管沉淀池，沉淀池的有效面積為1m2，斜管斜長(zhǎng)為1.5m，出水采用溢流堰的形式;污泥濃縮部分在沉淀下方，在底部設(shè)置污泥刮泥機(jī)，試驗(yàn)裝置還設(shè)有回流污泥泵及剩余污泥排出泵，整個(gè)池高為4.95m(包括干弦0.2m),示意圖如圖3所示。
加藥及控制單元主要有混凝劑、助凝劑加注計(jì)量泵及控制系統(tǒng)組成。
3.3、試驗(yàn)結(jié)果
1) 試驗(yàn)安排
于2001年1月7日正式開(kāi)始試驗(yàn)，試驗(yàn)主要針對(duì)FeCl3、Al2(SO4)3.18H2O兩種混凝劑進(jìn)行試驗(yàn)，助凝劑采用某公司提供的8173、9901及AS32進(jìn)行試驗(yàn)。
2) 試驗(yàn)結(jié)果
高效沉淀池試驗(yàn)期間的部分結(jié)果見(jiàn)表2
|
時(shí)間
|
流量
m/h |
混凝劑
種類(lèi) |
混凝投加量mg/l
|
助凝劑
種類(lèi) |
助凝投加量mg/l
|
進(jìn)水COD
|
出水COD
|
COD去除率
|
進(jìn)水PO4-P
|
出水PO4-P
|
P去除率
|
進(jìn)水SS
|
出水SS
|
SS去除率
|
備注
|
|
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
|
硫酸鋁
|
60
|
9901
|
0.5
|
637.5
|
94.2
|
85%
|
9.33
|
0.87
|
91%
|
263
|
22
|
92%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.13
|
25
|
硫酸鋁
|
60
|
9901
|
0.5
|
210
|
101
|
52%
|
2.81
|
1.33
|
53%
|
81
|
30
|
63%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.13
|
25
|
硫酸鋁
|
60
|
9901
|
0.5
|
273.9
|
154.1
|
44%
|
3.85
|
1.74
|
55%
|
110
|
51
|
54%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.14
|
25
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1
|
698.9
|
167.5
|
76%
|
7.1
|
1.02
|
86%
|
168
|
18
|
89%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.14
|
25
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1
|
301.6
|
130.1
|
57%
|
3.1
|
0.65
|
79%
|
95
|
19
|
80%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.16
|
15
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
0.5
|
185.7
|
90
|
52%
|
2.77
|
1.12
|
60%
|
77
|
31
|
60%
|
|
|
1.16
|
15
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
0.5
|
494
|
90.9
|
82%
|
5.86
|
0.6
|
90%
|
238
|
16
|
93%
|
|
|
1.17
|
30
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
191
|
107
|
44%
|
2.8
|
0.57
|
80%
|
103
|
19
|
82%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.17
|
30
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
485
|
114
|
76%
|
5.6
|
0.53
|
91%
|
|
|
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.18
|
35
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
253
|
136
|
46%
|
4
|
0.7
|
83%
|
96
|
27
|
72%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.18
|
35
|
硫酸鋁
|
80
|
9901
|
1.5
|
201
|
90.5
|
55%
|
3.4
|
0.7
|
79%
|
81
|
20
|
75%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.20
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
1
|
220
|
105
|
52%
|
3.7
|
0.7
|
81%
|
112
|
25
|
78%
|
|
|
1.20
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
1
|
301
|
105
|
65%
|
4
|
0.7
|
83%
|
187
|
21
|
89%
|
|
|
1.21
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.8
|
336
|
116
|
65%
|
4.5
|
1.1
|
76%
|
166
|
30
|
82%
|
|
|
1.21
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.8
|
281
|
105
|
63%
|
3.7
|
0.8
|
78%
|
135
|
24
|
82%
|
|
|
1.22
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.6
|
270
|
100
|
63%
|
6.5
|
0.96
|
85%
|
138
|
21
|
85%
|
|
|
1.22
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.6
|
370
|
95
|
74%
|
6.3
|
0.87
|
86%
|
307
|
15
|
95%
|
|
|
1.23
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.4
|
210
|
90
|
57%
|
5.6
|
1.04
|
81%
|
118
|
20
|
83%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.23
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.4
|
188
|
70
|
63%
|
4.7
|
0.8
|
83%
|
98
|
12
|
88%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.24
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.2
|
210
|
105
|
50%
|
7.2
|
1.3
|
82%
|
108
|
60
|
44%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.24
|
35
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.2
|
425
|
90
|
79%
|
6.3
|
0.9
|
86%
|
190
|
42
|
78%
|
斜管上方有礬花飄出
|
|
1.25
|
25
|
硫酸鋁
|
70
|
AS32
|
0.3
|
156
|
36
|
77%
|
2
|
0.18
|
91%
|
132
|
13
|
90%
|
|
|
1.25
|
25
|
硫酸鋁
|
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不含結(jié)晶水，硫酸鋁含有18個(gè)結(jié)晶水
3)試驗(yàn) 分析
(1) 物化處理的效果
由表2可見(jiàn)，投加硫酸鋁及三氯化鐵對(duì)水中的有機(jī)物均有較好的去除效果，在三氯化鐵(不含結(jié)晶水)投加量在40～80mg/l,硫酸鋁(含結(jié)晶水)投加在60～80mg/l的情況下，試驗(yàn)期間進(jìn)水CODcr在100～700mg/l(平均為300mg/l)的情況下，出水CODcr一般在50～150mg/l之間，出水平均CODcr為99mg/l，CODcr的去除率一般在40%～80%,平均CODcr去除率為67%;試驗(yàn)期間進(jìn)水PO4-P在2～9mg/l(平均為4.1mg/l)的情況下，出水PO4-P在0.2～1.1mg/l出水平均PO4-P為0.7mg/l，PO4-P的去除率為60%～95%,平均PO4-P去除率為83%;試驗(yàn)期間進(jìn)水SS在50～350mg/l(平均為148mg/l)的情況下，出水SS在9～46mg/l之間，出水平均SS為23mg/l，SS平均去除率為85%;
(2)、裝置的處理能力
本試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)處理能力為25m3/h，試驗(yàn)時(shí)水溫一般在12～15℃之間，流量基本穩(wěn)定在24～26m3/h之間。采用FeCl3作為混凝劑、同時(shí)投加0.5ppm的9901助凝劑，由于FeCl3比重較重，因此沉淀出水中有微小礬花出現(xiàn)，出水效果較為理想。
當(dāng)采用Al2(SO4)3.18H2O作為混凝劑，水溫在12～15℃之間時(shí)，由于溫度較低，同時(shí)由于Al2(SO4)3礬花較輕，因此處理流量達(dá)到25m3/h時(shí)，沉淀時(shí)上方有輕質(zhì)礬花飄出， 影響 到感觀效果，助凝劑投加量增加至1.0ppm，出水效果略有好轉(zhuǎn)，但沒(méi)有明顯改善。將處理流量降至15m3/h，出水礬花明顯好轉(zhuǎn)，處理效果好，感觀效果好。另外將處理流量提高至35m3/h，助凝劑投加量為1.5ppm,出水中有礬花飄出，影響到感觀效果。在投加助凝劑AS32時(shí)，助凝劑的助凝效果有明顯提高，投加量比9901少,當(dāng)助凝劑AS32投加量0.3mg/l，處理流量達(dá)到25m3/h時(shí)，在沉淀時(shí)上方有微小礬花飄出，效果較為理想。
由此可見(jiàn)，裝置的處理能力與混凝劑和助凝劑的種類(lèi)以及投加量有關(guān)。
(3)、不同加藥量的處理效果
為使試驗(yàn)結(jié)果有可比性和實(shí)用性，本次試驗(yàn)采用最常用的鐵鹽和鋁鹽作為混凝劑，試驗(yàn)中，F(xiàn)eCl3(以不包含結(jié)晶水 計(jì)算 )的投加量分別為80、60、50、40mg/l進(jìn)行投加，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在現(xiàn)有進(jìn)水濃度條件下，F(xiàn)eCl3(以不包含結(jié)晶水計(jì)算)投加量40ppm，出水PO4-P在0.5mg/l左右，穩(wěn)定在1mg/l以下。
當(dāng)采用Al2(SO4)3.18H2O(以包含結(jié)晶水計(jì)算)時(shí),投加量分別為80、60mg/l，由于出水中礬花較FeCl3多，影響水中PO4-P的去除效果，在現(xiàn)有水質(zhì)情況下，Al2(SO4)3.18H2O投加量在60～80mg/l能夠滿足出水水質(zhì)要求。
實(shí)驗(yàn)分別對(duì)助凝劑8173/9901及AS32進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(助凝劑投加時(shí)伴有水稀釋)，試驗(yàn)表明：AS32的助凝效果比9901好，9901比8173好，當(dāng)采用鐵鹽作混凝劑時(shí)，AS32投加量為0.3ppm效果較好，而用9901時(shí)，需投加0.5ppm，AS32形成的礬花相對(duì)大且密實(shí)，由此可見(jiàn)，助凝的品種及投加量對(duì)高效澄清的處理效果有較大的影響。
4、結(jié)語(yǔ)
針對(duì)上海白龍港城市污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)的特點(diǎn)，采用化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化工藝能有效地控制水體微污染，特別是除磷效果得到有效保證，同時(shí)降低了建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。
通過(guò)對(duì)高效沉淀池的試驗(yàn) 研究 ，驗(yàn)證了高效沉淀池的處理能力，其表面負(fù)荷可達(dá)25m3/h,是初次沉淀池的10倍左右，可明顯提高處理效果，減少占地面積，同時(shí)排放的污泥由于經(jīng)過(guò)濃縮，可減少污泥處理的規(guī)模，進(jìn)一步降低造價(jià)。
試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同混凝劑和助凝劑進(jìn)行了試驗(yàn)，提出合理的投加量，保證污水廠的正常運(yùn)行，工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)已在設(shè)計(jì)中 應(yīng)用 ， 目前 已在建設(shè)，預(yù)計(jì)2003年底竣工投入運(yùn)行。
參考 文獻(xiàn)
[1] 城市污水生物處理新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 化學(xué) 工業(yè) 出版社
[2] 邱慎初.“化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理(CEPT)技術(shù)”. 中國(guó) 給水排水,2000,Vol.16(1),26～29
[3] P. Dauthuille. “ The DENSADEG- A new high performance settling tank”. Degremont INC.
[4]熊建英等.“鐵鹽處理上海合流一期污水試驗(yàn)研究”. 中國(guó)給水排水,2000,Vol.16(6),17～19
[5]蔣展鵬等.“城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理新工藝-活化污泥法”.中國(guó)給水排水.1999,Vol15(12),1～5
[6]姜應(yīng)和等.“混凝法強(qiáng)化城市污水廠一級(jí)處理的試驗(yàn)研究”.中國(guó)給水排水, 2000,Vol.16(3),12～15
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