（环境工程专业论文）高效沉淀技术在城市污水深度处理中的试验研究.pdfVIP

山东建筑大学硕士学位论文 知：污泥回流量为6 0 m 时，形成的污泥絮体相对其他工况具有更好的污泥沉降性能， 对中水站二沉池出水中各污染指标有较好的去除效果；混凝剂投加量为1 0 2 6 m l 时， 形成的污泥浓度较高且具有较好的污泥沉降性能，絮体颗粒密实，相对其他工况有很明 显的处理优势。 ( 7 ) 小型装置污泥体系运行稳定后，不同工况下污泥颗粒图片的比较分析可知： 污泥回流量为6 0 m 时，形成的污泥絮体颗粒较大且密实，颗粒物含量较高，颗粒碰撞 几率增大，形成的污泥絮体具有很好的沉降性能；混凝剂投加量为1 0 2 6m l ( 以f e 3 + 计) 时，形成污泥絮体矾花颗粒较大且密实，颗粒物含量较高，有利于污泥絮体吸附沉 淀，而且在试验过程中，可明显观察到絮体沉降速度相对其他工况较快。 关键词：深度处理，高效沉淀技术，污泥回流，污泥浓度，城市污水，悬浮物 e x p e r i m e n t a ls t u d y0 ne 硒c i e n tp r e c i p i t a t i o nt e c h n i q u ei na d v a n c e d t r e a t m e n to fu r b a n 、7 y a s t e w a t e r “y i n g ) ，i n g ( e n 们r o m e n t a le n 百n e 嘶n g ) d i r e c t e db yw a n gh o n g b o a bs t r a c t i i lm i sn l e s i s ，e 街c i e n tp r e c i p i t a t i o nd e v i c ew a su s e d ，锄dt h er a ww a t e rc 锄e 仔o m s e c o n d a 叫s 甜l i n gt a l l l ( e 用u e n to fs e w a g e 仃e a n i l e l l tp l a n t t o u 曲s t a t i ct e s td e s i 朗觚d d y i l 锄i ct e s t ，m es t u d y0 ne m c i e n tp r e c i p i t a t i o nt e c l l i l i q u ei na d v a l l c e d 仃e 栅e n to fu 而a i l w a s t e w a t e rw a sc a r r i e do u t o p t i m u mo p e r a t i n gp a r a m e t e r sf o re 伍c i e l l ts e d i m e n t a t i o nt a n k s h a db e e l ld e t 伽n i n e d m e 锄w h i l e ，t h ee 行e c t so fd i n 研e n ts l u d g er e t u 】mn o w 锄dc o a g u l 趾t d o s a g eo np o l l u t a n tr e m o v a lw e r es t u d i e d ，觚dt h eo p e r a t i o nm e c h a n i s mo fe 伍c i e i l t s e d i m e n t a t i o nt 觚k sw a s 向r t h e rd e f i n e d t h er e s u l t so ft h ee x p e d m e l l t a ls t u d ya r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eo r t h o g o n a l t a b l eo fs t a t i ct e s tw a sl 1 6 ( 4 4 ) ，a n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n sw e r c s s ，nt i l er e s u l t so fs t a t i ct e s tw e r em ef o l l o w i n gt 1 1 r e ea s p e c t s ：c o a g u l a n tk i n d sa l l dd o s a g e w e r ef e c l 3 趴d1 2 3 1 m 班( f e ”) ，a i l df l o c c u l 觚tk i n d sa l l dd o s a g ew e r ep a m a n do 8 嘶l ， a n dt 1 1 es t i 而n gs p e e dw e r er 印i ds t i 喇n g1m i no f12 0 r m i n ，s l o ws t i r r i n g 15 m i no f8 0 n ，m i n a 1 1 ds t a t i o n a r y4 0 m i n ( 2 ) e 衢c i e n tp r e c i p i t a t i o nt e c h n i q u eh a dg o o d 仃e a t i l l e i l te 虢c to ns s ，t pa i l dc o d ，a n d t l l er e n l o v a lr a t eo ft h 锄w e r ea b o u t8 0 ，b u th a dw o r s e 仃e a n t l e n te 舵c tf o rt n a n dn h 4 - n ( 3 ) s l u d g er e c y c l eh a dag r e a ti m p a c to nt h eo p e r a t i o n so fe 衔c i e l l ts e d i m e n t a t i o nt a i l l ( s u i t a b l es l u d g er e t u mc o u l di n c r e a s et h ep a n i c l ec o n c e i l t r a t i o na i l dp a n i c l ed e n s i t yo f t h e s e d i m e l l t a t i o nt a i l k ，s oc o a g u l a n td o s a g ec o u l db er e d u c e d 1 1 1 ei n n u e n to fd e v i c ew a s 12 0 l 巾 a n dc o a g u l a n td o s a g ew a s12 31m l ( f e 3 + ) ，a 1 1 dt h es y s t 锄u s e di n t e 锄i t t e n tm u d mt l l i sc a s e t l l et e s th a d7t e s t c o n d i t i o n s ，r e s p e c t i v e l yo fo ，4 0 ，6 0 ，8 0 ，1o o ，l 2 0 ，16 0 l 1 1 1 1 1 r o u 曲t e s t s ， s u i t a b l es l u d g er e c y c l ef o r6 0i hw a ss u r e i i lt l l i ss i t u a t i o n ，t l l es s ，t pa i l dc o d v a l u 懿o f e 铘u e n tw e r elo m l ，o 5 5 m l ，4 0 1 1 m l ，锄dt h e 豫n o v a lr a t eo fs s ，t pa n dc o dr e a c h e d i l i 山东建筑大学硕士学位论文 7 3 1 9 ，8 5 0 1 ，7 5 1 0 s l u d g er e t i l mf l o ww 鹪6 0 【庸，锄dt h es y s t 锄u s e di n t e r m i t t e i l t m u d i nt h i sc a s e ，t h et 骼th a d5t e s tc o n d i t i o n s ，r e s p e c t i v e l yo f8 2 0 ，9 2 3 ，1 0 2 6 ，1 1 2 8 ，1 2 3 1 m l ( f e 3 + ) t l 啪u 曲t e s t s ，s u i t a b l ed o s i n gq u 锄t i t yo fc o a g i l l 锄tw a slo 2 6m l ( f e 3 + ) i l lt h i s s i t u a t i o n ，t h es s ，t p 锄dc o dv a l u e so fe 们u 咖w c r c10 i i l l ，o 4 9 i i l l ，4 9 0 8 m l ，锄dt h e r a ：i l o v a lr a t eo f s s ，t p 孤dc o dr e a c h e d8 4 6 2 ，8 5 4 2 ，8 1 o o ( 4 ) n e r e s u l t ss h o wt h a tt h o s ep a n i c l e s ( s i z e 之12 肛m ) c 0 u l d b er e i i l o v e dc o m p l e t e l yb y e 衔c i e n tp r e c i p i t a t i o nt a l l k ，觚dm ep a r t i d e s ( s i z ef 如m3t o12 p m ) c o u l db ep a n i a l l yr c m o v e d ， a i l d o t l l e rp a n i c l e s ( s i z es3 “m )a l m o s tn or 锄o v a lc 印a c i 够t h es sv a l u eo f e m u e n tw a s9 m l ，锄dt h ea v e r a g er e n l o v a lr a t ew a s7 9 0 7 ( 5 ) s l u d g er 醐瑚n o ww 嬲6 0 l m ，锄dc o a g u l a j l td o s a g ew 嬲1o 2 6 m l ( f e j + ) i i lt h i s c a s e ，t l l et e s th a d5t e s tc 0 n d i t i o n s ，r e s p e c t i v e l yo f3 0 、5 0 、6 0 、7 0 、8 0 m i n t h r o u 曲t e s t s ， s l u d g es y s t e ms e t t l i n gt i m ef o r6 0m i nw a ss u r e ，b yc h a l l 西n gt h et i m eo fs l u d g er e t u m i i lt 1 1 i s s i t u a t i o n ，m es s ，t pa i l dc o dv a l u 懿o fe m u e n tw e r e8 m l ，0 4 9 m l ，4 4 9lm l ，a n dt h e r 锄o v a lr a t eo fs s ，t p 锄dc o dr e a c h e d8 7 8 8 ，8 0 6 3 ，81 8 7 ( 6 ) 、 ，l l e ns l u d g er i 吼u n ln o ww a s6 0 l ha j f t e rs l u d g es y s t e ms t a b l eo fd e v i c e ，t h es l u d g e n o c sh a db e t t 盯s l u d g es e t t l e a b i l i t yr e l a t i v et oo t l l e rc o n d i t i o n s ，锄d h a db e t t e rr 锄o v a le 侬c t o nm ep o l l u t i o ni n d i c a t o r s w h e nc o a g u l a md o s a g ew 嬲l0 2 6 m l ( f e j 十) a r e rs l u d g es y s t 锄 s t a b l eo fd e v i c e ，s l u d g ec o n c e i l t r a t i o nw a sh i 曲锄dt 1 1 e s l u d g ef l o c s h a db e t t e rs l u d g e s e t t l e a b i l i t y ：t h ed e v i c eh a dp r o c e s s i n ga d v a i l t a g e sr e l a t i v et 0o t h e r c o n d i t i o n s ( 7 ) i l ld i 脑e n tc o n d i t i o n s ，s l u d g ep a n i c l ep i c t u r 懿s h o w e dt h a t ：m e ns l u d g er 曲l m n o ww 硒6 0 l l l 心e rs l u d g es y s t 锄s t a b l eo fd “i c e ，s l u d g en o c sp a n i c l e sh a dg o o d c o m p a c t i o n p a n i c l e s c o l l i s i o n p r o b a b i l i t y i n c r e 硒c d t 1 1 e s l u d g e h a db e t t e r s l u d g e s e t t l e a b i l i 哆w h e i lc o a g u l a l l td o s a g ew 邪1o 2 6 m l ( f e 3 + ) ，f l o ca l 啪p a n i c l e sw e r el a 唱ea n d c o m p a c t i o n h i 曲c o n t e n to fp a r t i c u l a t em a t t e r sw e r eg o o da ts l u d g ea d s o 叩t i o n d u r i n gt h e t e s t ，i tc o u l db eo b s e r v e dt l l a tt h es e t t l i i 培v e l o c i t yo ff l o c sw 弱r e l a t i v e l yf 弧t e rt oo t h e r c o n d i t i o n s k e vw o r d s ：a d v a l l c e d 仃e 舳e n t ，e 伍c i e i l tp r e c i p i t a t i o nt e c l l l l i q u e ，s l u d g er e c y c l e ， s l u d g ec o n c e i i 仃a t i o n ，u r b a i lw 嬲t e w a t e r ，s u s p e n d e ds o l i d s i v 山东建筑大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 由于水环境的日益恶化以及水资源分布不均，我国是一个严重缺水的国家。据调查， 全国3 0 0 多个缺水城市中有近百个城市为严重缺水，我国的人均水资源量约为2 2 0 0 m 3 ， 还不到世界人均水平的1 4 【i 】。我国的地表水资源主要集中在七大水系，分别为：长江、 珠江、松花江、黄河、淮河、海河、辽河。依据2 0 0 3 年度7 大水系的4 0 9 个重点监测断 面水污染状况得出【2 1 ，满足i i i i 类水质断面的占3 8 1 ，满足j v 、v 类水质断面的占 3 2 2 ，满足劣v 类水质断面的占2 9 7 。 依据2 0 1 0 中国环境状况公报【3 】可知，2 0 1 0 年，我国地表水的污染依旧较重，七 大水系水质污染为轻度，富营养化问题主要发生在湖泊( 水库) ，近岸海域水质为轻度污 染。七大水系中，珠江、长江水质总体良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为 中度污染，海河为重度污染。各水系监测断面状况如下： 长江水系共设有1 0 5 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类8 8 6 、类6 6 、 类1 0 和劣v 类3 8 ，以石油类、氨氮污染为主，水质总体良好。 珠江水系共设有3 3 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类8 4 9 、类1 2 1 和劣v 类3 o ，以氨氮、石油类、溶解氧和高锰酸钟指数污染为主，水质总体良好。 松花江水系共设有4 2 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类4 7 6 、类 3 5 7 、v 类4 8 和劣v 类1 1 9 ，以高锰酸盐指数、氨氮、石油类和五日生化需要量 污染为主，水质总体为轻度污染。 黄河水系共设有4 4 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类6 8 2 、类4 5 、 v 类6 8 和劣v 类2 0 5 ，以氨氮、石油类和五日生化需要量污染为主，水质总体为中 度污染。 淮河水系共设有8 6 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类4 1 9 、类3 2 5 、 v 类9 3 和劣v 类1 6 3 ，以五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类污染为主，水质 总体为轻度污染。 海河水系共设有6 2 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类3 7 1 、类1 1 3 、 v 类1 1 3 和劣v 类4 0 3 ，以氨氮、五日生化需氧量和高锰酸盐指数污染为主，水质 总体为重度污染。 山东建筑大学硕士学位论文 辽河水系共设有3 7 个监测断面，水质断面比例分别为i i i i 类4 0 5 、类1 6 3 、 v 类1 8 9 和劣v 类2 4 3 ，以氨氮、高锰酸盐指数和石油类污染为主，水质总体为中 度污染。 依据地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，2 0 1 0 年七大水系各水质类别比例【3 ，4 】， 如图1 1 所示。 1 0 0 8 0 酞 最6 0 蕾 爨4 0 墨2 0 0 囫i 趣类圆v 类豳劣v 类 蓁霾 缓荔 錾蠢 i 缸 璩江 按花江 黄河淮河海河辽河总体 七徘系名称 图1 12 0 l o 年七大水系水质类别比例 近几年，全国废水和主要污染物排放量年际变化，详见表1 1 。 表1 1 全国废水和主要污染物排放量变化表 由表1 1 可知，自2 0 0 6 年以来，全国废水排放量总体呈现持续上升趋势，其中生活 污水排放量所占比例一直都高于工业废水排放量。2 0 0 9 年工业废水排放总量由去年的 2 4 1 9 亿吨降至2 3 4 4 亿吨，但2 0 l o 年工业废水排放总量为2 3 7 5 亿吨，比2 0 0 9 年有所上 升。另外，2 0 0 9 年和2 0 1 0 年废水中化学需氧量和氨氮的排放量较往年均有较大幅度的 降低，但高达1 2 3 8 1 万吨的化学需氧量和1 2 0 3 万吨的氨氮排放量仍然相当于受纳水体 环境容量的4 倍左右，这为“十二五”水专项工作的顺利开展带来了一定负担。 综上所述，我国每年的废水排放量巨大，将这部分水资源有效处理回用，是缓解水 山东建筑大学硕士学位论文 环境污染和水资源短缺的有效途径。然而，我国废水重复利用率还不到5 5 。我国2 0 世纪8 0 年代建设的污水处理厂，采用的生物处理工艺主要为传统的活性污泥法及其改良 工艺，主要功能是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物，使经处理的污水 b o d 、c o d 指标可达到排放标准，而污水中氮、磷的去除率却很低。可见，城市污水处 理能力增长缓慢和污废水回用率低，是造成我国水环境持续恶化的主要原因。此外，水 体富营养化问题在我国日益严重，为达到新国标中氮、磷的排放标准，保护水环境，我 国大多数城市污水处理厂都应进行升级改造，以提高出水水质。 本课题“高效沉淀技术在城市污水深度处理中的试验研究”j 下是在这样的背景下提出 的，针对现有污水深度处理技术的不断改进，使回用污水水质达到相关回用水水质标 准的要求，并进一步指导污水厂升级改造工程的进行，具有很好的环境效益和经济效 益。 1 2 研究目的和意义 一 本试验主要研究高效沉淀技术在污水厂升级改造过程中的应用，能够为当今污水处 理厂工艺升级改造提供技术理论支持与工程应用示范，解决目前污水处理厂出水水质不 达标的技术与工程难题。本课题的研究具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。 ( 1 ) 能够为污水厂升级改造工程带来很大的经济效益。 高效沉淀池是结构很紧凑的沉淀池，可以在水量一定的条件下，容积大为减少且处 理效果更佳，从而减少了土地造价。高效沉淀池沉淀速率远高于普通的重力沉淀池，体 积远小于二沉池，常作为二沉池的后续强化沉淀技术，可以避免对原有二沉池的改造， 节约成本。 ( 2 ) 能够显著提高污水厂出水水质。 高效沉淀池在混凝过程采用动态混凝机理，在反应池的表层控制水流的进出，这样 可避免水流沿池壁形成抽力，从而提高水流径向的泥水混合效果，以达到回流污泥和进 水的均匀混合。絮凝过程利用了加速絮凝的原理，能够最大程度地提高絮凝效果。本试 验进行技术研究后，能够显著提高污水厂出水水质，可达到城镇污水处理厂污染物排 放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级a 标准。 ( 3 ) 能够有效地推广高效沉淀技术。 目前，对高效沉淀池的研究较少，故本试验着重对高效沉淀池的运行现状及存在问 山东建筑大学硕士学位论文 题进行分析研究，确定高效沉淀池的最适运行参数，为生产性试验提供依据，为现有工 艺的合理设计、优化运行和沉淀池的改造提供有力的支持。 1 3 研究内容 高效沉淀技术是由得利满公司开发的一项专利技术，在我国钢铁行业( 如首钢、邯钢、 安钢、济钢等) 的污水处理中得到了一定应用1 5 1 。高效沉淀技术是在传统平流沉淀池的基 础上，集混凝、沉淀和浓缩工艺为一体，通过污泥回流和药剂投加，使回流污泥与水中 的悬浮物形成大的絮凝体，增大了颗粒的密度和半径，从而达到常规沉淀技术无法比拟 的处理效果睁12 1 。 本试验是以课题“高密度沉淀技术在污水强化处理中的试验研究”测得的大量试验数 据为基础，采用高效沉淀装置，以生活污水处理厂二沉池出水为原水，通过静态试验设 计及动态试验，确定高效沉淀池的最适运行参数，为生产性试验提供依据，同时通过对 污泥相关参数的测定及分析，进一步明确高效沉淀池的运行机理。课题试验的具体研究 内容如下： ( 1 ) 静态试验采用正交试验设计。综合考虑试验原水水质、主要去除的污染物指标 及各混凝剂、助凝剂的反应机理等因素，通过静态试验确定混凝剂种类及投加量、助凝 剂p a m 的投加量和试验搅拌参数。 ( 2 ) 以静态试验结果为基础，进行小型装置动态试验研究，控制进水量为1 2 0 m ， 系统采用间歇排泥。通过改变污泥回流量，分别考察o 、4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 、1 2 0 、1 6 0 l h 共7 个工况运行比选试验，确定适宜的污泥回流量。 ( 3 ) 以静态试验结果为基础，进行小型装置动态试验研究，控制进水量为1 2 0 l m 和适宜污泥回流量，通过改变混凝剂投加量，分别考察8 2 0 、9 2 3 、1 0 2 6 、1 1 2 8 、1 2 31 m l ( 以f e 3 + 计) 共5 个工况运行比选试验，优化混凝剂投加量。 ( 4 ) 以静态试验结果为基础，进行小型装置动态试验研究，控制进水量为1 2 0 l l l 和适宜污泥回流量、适宜混凝剂投加量，通过改变污泥回流时间，分别考察3 0 、5 0 、6 0 、 7 0 、8 0m i n 共5 个工况运行比选试验，分析污泥体系稳定时间。 ( 5 ) 在最适工况下，继续运行小型装置，综合考察高效沉淀池对各污染指标( 如： p h 值、s s 、c o d 、s c o d 、t p 、u v 2 价t n 、氨氮等) 的去除效果，测定通过不同孔径 滤膜的s s 值并加以分析。 山东建筑大学硕士学位论文 ( 6 ) 参考传统混凝、沉淀机理及高效沉淀池的主要特点，通过分析比较试验过程拍 摄的污泥颗粒图片及各工况下污泥沉降性能，深入探讨高效沉淀池的运行机理。 1 4 技术路线 本试验的研究方法为： ( 1 ) 通过查阅大量国内外相关文献资料，进行污水厂现场调查研究，进行高效沉淀 池反应机理研究及控制指标的确定，进一步优化高密度沉淀池的特性和操作运行条件。 ( 2 ) 实验室研究与现场运行分析相结合，找出运行过程的关键问题并加以解决，在 此基础上指导污水厂工艺改造与工程实施，提高污水厂二级出水水质。 ( 3 ) 运用化学分析、仪器分析等分析方法进行污水中各污染物指标的定性、定量分 析，研究分析工艺改造的效果。 ( 4 ) 理论研究、试验研究与工程实践相结合，重视研究成果的实际应用和工程示范。 ( 5 ) 整体研究强调多学科交叉渗透，充分运用各相关领域的最新研究成果。 本试验研究的技术路线，如图1 2 所示。 山东建筑大学硕士学位论文 图1 2 试验研究的技术路线 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章污水深度处理技术及研究现状 随着人民生活水平、城市化建设和工业化程度的不断提高，大多数城市饮用水水源 均不同程度的遭受到污染。据有关资料显示，近年来各地水污染事件频发，浅层地下水 已呈现面源污染态势 】3 1 。图2 1 、图2 2 分别为松花江和太湖水污染事件后的水体情况。 - = j i ， 彳f 键之 图2 1图2 2 太湖的富营养化 2 0 0 5 年1 1 月1 3 日下午l 时4 5 分，中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事故。大 量事故污水排入松花江，监测发现超标的污染物主要是硝基苯( 超标4 0 倍，剧毒) 和苯， 属于重大环境污染事件。专家估计大约有l o o 吨左右污染物进入松花江水体，迫使哈尔 滨全市停水，造成了严重水荒。虽然国家有关部门及时采取了相应措施进行了治理，但 松花江水污染事件仍会导致一些列问题：进入冰和底泥的硝基苯是否造成二次污染问题， 水产品食用安全性问题，沿江两岸地下水饮用和农畜产品食用安全性问题等。 太湖流域是我国经济最发达的地区之一，涵盖上海、南京、苏州、杭州、无锡等城 市。在2 0 0 7 年5 月2 9 日，一场水危机席卷无锡，太湖蓝藻集中爆发，供给无锡市的饮 用水源迅速被蓝藻污染，导致居民家中自来水发出刺鼻的气味，难以饮用i l 训。 在这种严峻的水污染形势下，人们对水体环境保护的要求逐步提高，环保工作被提 升到空前的高度。国家采取的具体措施如下：依据国家相关水质排放标准，严格控制污 水中n 、p 及难降解物质的排放总量；重点流域，重点防治，力争圆满完成“十二五”规 划；加大水环境安全事故的监管力度；改善水环境总体质量，优化经济格局，切实做好 饮用水安全工作【1 5 1 7 1 。 山东建筑大学硕士学位论文 随着水环境的日益恶化，水资源的供需矛盾不断加剧。污水深度处理后回用，可有 效缓解这一矛盾，因为城市排水系统是水自然循环与社会循环的联结点，污水处理厂是 水循环中水量与水质的平衡点【1 7 1 。城市污水深度处理及回用日益受到了相关部门的重 视，作为城市第二种水源的污水具有水量大、稳定、无需长距离引水等特点，是一种比 较可靠的水资源。另一方面，城市污水再生回用，可保持水资源的动态平衡，实现水的 良性循环，防止环境进一步恶化。 2 1 污水深度处理技术 城市污水经过二级生物处理后，污水中仍然含有相当数量的污染物质，如b o d ： 2 o m g l ，c o d ：6 0 1 0 0 m g l ，s s ：2 o m 星皿，n h 3 - n ：1 5 也5 i i l i ；l ，t p 1 m g l 等， 以及细菌、重金属等有毒有害物质【1 如嘲。若污水未经深度处理，直接排入湖泊、水库等 水体极易导致水体富营养化等水污染问题。 污水深度处理是指对常规处理工艺所不能完全去除污水杂质的深入净化过程，即在 缓解水资源短缺的同时满足越来越严格的污水水质排放标准。深度处理单元的选择应考 虑以下原则：处理后水的回用方向，处理的原水水质，深度处理各单元的可行性与原污 水厂流程的适应性，运行控制的难易程度、设备国产化程度及废弃物处置程度，工程投 资与运行成本。 污水深度处理的对象与目标为： ( 1 ) 残存悬浮物的去除，脱色、除臭，使出水澄清； ( 2 ) 进一步降低c o d 、b o d 、t o c 等，水质进一步稳定： ( 3 ) 脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素； ( 4 ) 消毒杀菌，去除水中的病原微生物。 污水深度处理后回用方向为： ( 1 ) 排放具有较高经济价值水体，补充地面水源； ( 2 ) 回用于农田灌溉、市政杂用，如灌溉城市绿地，冲洗街道、车辆、景观用水等； ( 3 ) 居民小区回用于冲厕； ( 4 ) 回用于工业企业，通常回用于冷却水、工艺用水的补充用水及生产脱盐水刚； ( 5 ) 回灌地下，以防止地面下沉或海水入侵。 山东建筑大学硕士学位论文 2 1 1 悬浮物的去除 常规二级处理水中残留的悬浮物( s s ) 主要由以粒径从数m m 到1 0 u m 的生物絮凝 体和未被凝聚的胶体颗粒组成。这些颗粒几乎都是有机性的，故去除这些有机颗粒，可 在很大程度上提高二级处理水的稳定度。 悬浮物去除的主要技术及处理对象为： ( 1 ) 砂滤：主要去除粒径l o 岬的颗粒； ( 2 ) 微滤：主要去除粒径为几百a 几十岬的颗粒； ( 3 ) 反渗透：主要去除粒径为1 0 0 0 a 几a 的颗粒； ( 4 ) 混凝沉淀：是通过吸附电性中和、胶体双电层压缩、吸附架桥以及沉析网捕等 一系列反应，形成絮凝体，再经沉淀去除。混凝沉淀技术的关键环节是正确选择混凝剂 种类及其投加量。主要去除污水中呈胶体和微小悬浮状态的污染物，即去除污水的色度、 浊度。 一 2 1 2 溶解性有机物的去除 经常规二级处理后的污水中的残留的有机物多是难降解的有机物( 如丹宁、木质素、 黑腐酸等) 。通常采用的技术工艺包括： ( 1 ) 活性炭吸附：吸附是指在相界面上，物质的浓度自动发生积累或浓集的现象， 分为物理吸附( 无选择性、可逆) 、化学吸附( 有选择性、不可逆) 和离子吸附( 依靠静 电力) 。活性炭作为优良吸附剂，无毒无味，具有特殊的微晶结构和巨大比表面积，能有 效的吸附胶态固体等，对分子量在5 0 0 3 0 0 0 的有机污染物去除率可达8 0 左右【2 l 】。活 性炭吸附主要以物理吸附为主，多采用颗粒状活性炭，因可再生利用。目前，活性炭吸 附法得到了广泛应用，而活性炭的消耗量逐年增加，到2 0 0 4 年，已经超过7 0 万t ，并以 每年l5 的速度递增【2 2 】。 ( 2 ) 臭氧氧化处理：主要氧化去除污水中残存的有机物( 如蛋白质、氨基酸、木质 素及氰化物等) ，并对污水进行脱色、消毒。 2 1 3 溶解性无机盐类的去除 常规二级处理技术并不能去除污水中的溶解性无机盐类，故二级污水不应回用和进 山东建筑大学硕士学位论文 行农田灌溉，因为可能产生如下问题： ( 1 ) 腐蚀金属材料； ( 2 ) 从水中析出的盐类，易附着在器壁上形成水垢； ( 3 ) s 0 4 2 。还原，产生硫化氢； ( 4 ) 若灌溉农田，易造成土壤板结，影响土地使用性能。 因此，含有溶解性无机盐类的二级污水需经脱盐处理，方可进行回用或灌溉。常用 的脱盐技术主要有反渗透、电渗析及离子交换法。 2 1 4 污水的消毒处理 常规二级处理污水中常常含有残存的病原菌，需进一步进行消毒处理。污水消毒通 常是向污水中投加消毒剂，目前常用的消毒剂特点及适用性，详见表2 1 。 表2 1 消毒剂特点及适用性 一 2 1 5 脱氮技术 氮化合物是植物性营养物，故含氮化合物的污水未经脱氮处理任意排放，很容易引 起缓流水体( 如湖波、水库) 的富营养化和农作物的贪青倒伏现象( 灌溉污水的t n 含 量超过l m l ) 。 氮主要以有机氮和无机氮两种形态存在于水中。在微生物的作用下，有机氮可转化 山东建筑大学硕士学位论文 为无机氮。水中的无机氮是指氨氮、亚硝态氮和硝态氮，它们部分来源于有机氮的生物 降解，还有部分来自于农田排水和地表径流，以及某些工业废水( 如炼焦车间、化肥厂 等) 。 污水脱氮技术可以分为生物脱氮和物化脱氮。生物脱氮主要通过同化过程、氨化过 程、硝化过程、反硝化过程将氮最终去除。物化脱氮通常只能去除氨氮，主要工艺有： 折点氯化法、选择性离子交换和空气吹脱。 ( 1 ) 物理化学脱氮 1 ) 折点加氯脱氮【2 3 】 一 西 e 墨 l 图2 3 折点加氯时，加氟量与余氯的关系图 由图2 3 可知，加氯量与余氯量之间的关系为： a ) 假设水中无微生物、有机物和还原物质等，则需氯量为零，加氯量即为余氯量， 如图2 3 中曲线所示。 b ) 然而，事实上污水中含有较多的有机物、氨氮和细菌等污染物，需氯量不再为o 。 加氯量必须超过需氯量，才能保证一定的余氯，此时加氯量与余氯量之间的关系如图2 3 中曲线所示。 若水中有机物主要是氨和氮时，加氯量与余氯量之间的关系如图2 4 所示。 图2 4 氨和氮同时存在时，加氟量与余氯的关系图 山东建筑大学硕士学位论文 图2 4 中曲线可分4 段，加氯量与余氯量之间的关系分述如下： a ) o a 段，水中杂质把氯完全消耗光，余氯量等于零，此时消毒效果不可靠。 b ) a h 段，加氯后与水中的氨发生反应，有化合性余氯存在，主要成分是一氯胺 n h 2 c l 。 c ) h b 段，继续加氯，一氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物，余氯量逐渐减 少，达到折点b 。 d ) b c 段，水中无耗氯杂质，出现自由余氯，消毒效果好。 2 ) 选择性离子交换 离子交换指溶液中两种不同的电解质f b j 进行的物化反应，即交换剂上的可交换离子 与溶液中其他同性离子的交换反应。去处氨氮的交换剂主要有斜发沸石、活性炭及蒙托 石等，与污水中铵离子发生交换反应。 3 ) 空气吹脱法 处理高浓度氨氮废水时通常采用空气吹脱法。污水中的氨氮多以n h 4 + 和n h 3 两种 形态存在，两者的平衡关系为： n h 3 + h 2 0 n h 4 + + o h 。( 2 - 1 ) 该反应主要受p h 值的影响，通过投加碱来调节污水p h 值至碱性，然后向废水中大 量鼓入空气，将氨氮以氨气形式从废水中吹出。 ( 2 ) 生物脱氮 2 0 世纪中后期，生物脱氮技术是西方国家提出的一种经济有效的污水处理技术，有 同化脱氮和异化脱氮。同化脱氮是指微生物的合成代谢，主要是利用水体中的氮素合成 自身物质，从而将水体中的氮转化为细胞成分而使之去除。异化脱氮是将氮最终以氮气 或其他气体形式从水中完全去除的过程。 生物脱氮的基本原理为： 曲氨化反应：有机含氮化合物在氨化细菌的作用下转化为氨态氮。 b ) 硝化反应：有氧条件下，氨态氮在亚硝化细菌的作用下转化为亚硝酸盐氮，然后在 硝化细菌的作用下转化为硝酸盐氮。 c ) 反硝化反应：缺氧条件下，亚硝酸盐氮、硝酸盐氮在反硝化细菌的作用下转化为 氮气。 山东建筑大学硕士学位论文 2 1 6 除磷技术 磷不同于氮，不能形成氧化或还原体排入大气，故污水除磷主要使磷成为不溶沉淀 物，从污水中分离去除。污水除磷技术主要有化学除磷和生物除磷。 ( 1 ) 化学除磷 城市污水中，约1 0 左右的磷是非溶解性的颗粒磷，在经过废水的初沉后基本上可 以去除。但是，由于微生物对磷的同化能力很差，废水中磷的浓度较高时，采用生物除 磷处理后的废水很难达到排放标准。因此，在实际废水处理中经常采用化学沉淀除磷法 对废水中的磷进行深度处理，以达到排放要求。 ( 2 ) 生物除磷 生物除磷是利用聚磷菌( p a b ) 一类的微生物，能够过量地在数量上超过其生理需 要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮存在菌体内，形成高磷污泥，通过排除 剩余污泥达到从污水中除磷的过程。 生物除磷的基本过程： 1 ) 过量摄取磷：好氧条件下，聚磷菌不断氧化分解体内有机物( p h b ) ，放出能量， 同时从外部环境摄取磷。释放的能量被a d p 获得，与h 3 p 0 4 结合生成a t p ( 三磷酸腺 苷) 。 2 ) 释放磷：厌氧条件下，聚磷菌体内的聚磷酸盐及a 胛水解，放出磷酸和能量形 成a d p 。利用此过程产生的能量摄取废水中的有机物合成聚p 羟基丁酸盐( p h b ) 。 2 2 国内外污水深度处理技术的研究进展 众所周知，水资源是十分珍贵的自然资源，也是人类社会良性发展的基础。然而， 由于人口增长、经济的过快发展及水资源浪费等因素，全球水资源短缺已成为一个不争 的事实。2 0 世纪2 0 年代，城市污水深度处理技术即在国外开始得到应用。上世纪6 0 年 代中后期，以色列便把污水深度处理与回用作为了一项基本国策，全国共设有2 1 0 个市 政污水回用点，回用率达7 2 ；上世纪7 0 年代初，美国开始大规模进行污水深度处理 与回用，全国共设有再生水回用点5 3 6 个；到2 0 0 5 年底，日本共建设污水深度处理厂 2 8 6 梨2 4 】；上世纪9 0 年代初，法国i l i o a 集团o t v 公司开发了一种高效澄清a c t i f l o 工艺【2 5 3 们。 相对而言，国内的污水深度处理技术起步较晚。1 9 世纪7 0 年代中后期，我国开始建 山东建筑大学硕士学位论文 设城市污水处理厂。我国现有二级污水处理厂约5 0 0 座，最大的1 0 0 万m 3 d ，最小的不到l 万m 3 d ，多分布于东部沿海城市。现有的几百座污水处理厂中，采用的工艺有几十种， 基本上都是从国外消化引进的。目前，污水处理厂常用深度处理技术为：活性炭吸附法、 膜分离法、高级氧化法( 如湿式氧化法、超临界氧化法、光催化氧化法等) 、曝气生物滤 池技术( b a f ) 、高效纤维束滤池技术等【3 1 3 7 】。这些污水厂主要处理目标是有机污染物 和悬浮物，对于氮、磷的去除率非常低。依据我国出台的相关政策、标准，常规二级处 理出水水质不能满足回用要求，需进一步深度处理后才能回用。以北京为例，到2 0 0 6 年 底，已建成再生水厂4 座，铺设回用管线3 2 5 公里。 2 3 高效沉淀技术研究现状 沉淀池处理效率是污水深度处理事业发展的瓶颈，现有的沉淀池处理效率普遍不高， 不能对污水中的n 、厶c o d 等指标进行有效的去除，没有发挥其最佳的处理效果。对沉 淀池进行改进，不仅可以提高水质指标的去除率，还可以减轻其他环节的处理负荷，节 约污水处理成本。 高效沉淀池是在传统沉淀池的基础上，利用了动态混凝和浅池理论，充分优化了混 凝、絮凝及沉淀三个过程，被广泛应用于污水深度处理。高效沉淀工艺通过投加不同的 药剂，可以去除部分悬浮物、有机污染物以及大部分的磷，以减轻后续处理构筑物的负 荷，它主要利用絮凝后的回流污泥作为一种催化剂，使回流污泥与水中的悬浮物形成大 的絮凝体，增大其密度和半径，也就增加了沉降速度，其沉淀速率远高于普通的重力沉 淀池，体积要远小于二沉池，一般作为二沉池的后续强化沉淀池。可以做到在水量一定 的条件下，沉淀池容积大为减小且沉淀效果更佳。高效沉淀池具有出水水质好、投药量 少、节约用地、流量损失小以及结构简单等优点。 纵观国内外研究现状，影响高密度沉淀池污泥处理系统机制和规律的研究仍然不多， 己有研究成果中也缺乏有效的技术手段和参数指标，准确、便捷、全面地量化分析沉淀 池中的水力条件，存在数值模拟多，验证数据少的弊端。 山东建筑大学硕士学位论文 第3 章静态试验研究 静态混凝试验是通过投加电解质改变水中粘土和细菌等悬浮固体的性质和状态，使 水中的细小颗粒相互聚集形成絮状大颗粒，便于后续工艺的去除3 8 瑚】。本试验所用原水 经混凝处理后静置沉淀，取上清液测定其s s 、t p 作为综合评价指标，主要目的是通过 模拟实际操作条件观察絮体的形成过程及絮体沉淀效果，对各试验参数进行优化，为后 续的高效沉淀池的小型装置的运行研究提供基础数据。 3 1 试验原水水质 山东建筑大学中水站污水处理工艺为：进水一曝气调节一水解酸化一生物接触氧化 一沉淀- b a f 池一过滤一消毒一出水。本试验所用原水为中水站二沉池出水。试验原水 水质，详见表3 1 。 一 表3 1 试验原水水质 3 2 静态试验设计 在水处理过程中选择混凝剂和助凝剂时，不但要考虑各种复杂的原水水质状况，还 要满足人类越来越高的用水水质要求，同时应注意考察不同类型的混凝剂对人体健康的 影响。杨开明等人【4 卜4 2 】研究发现，单独使用无机混凝剂，易发生胶体再稳现象。影响混 凝效果的因素较多也很复杂，主要有水温、p h 碱度、水力条件、混凝剂种类及投加量、 助凝剂等。基于试验条件，本试验主要分析混凝剂种类、混凝剂投加量、助凝剂投加量、 搅拌速率四个因素对高效沉淀池混凝单元处理效果的影响。 静态试验装置为六联电动混凝搅拌机，型号为m y 3 0 0 0 6 a 。综合考虑试验原水水质、 主要去除指标等因素，静态试验设计为“四因素、四水平”试验，正交表采用l 1 6 ( 4 4 )