（环境工程专业论文）化学强化城市污水一级处理试验研究.pdf

华北电力人学。i ：程硕十学何论文摘要 摘要 本文针对邯郸市东郊污水厂进口污水，研究了以温度、p h 以及碱式氯化铝、硫 酸铁、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺等单独及其组合为试验混凝药剂对城市污水强化一级 处理效果的影响；针对不同的处理要求，提出了适宜的混凝药剂及工艺参数。研究 发现，对以c o d 、s s 为去除目标的城市污水，絮凝剂采用碱式氯化铝处理效果最好； 对以回用为目标的城市污水处理厂，投加硫酸铁的效果最明显；无机混凝剂与有机 混凝剂配合使用，可显著提高出水水质；在投加硫酸铁的同时，投加0 5 m g l 的聚 丙烯酰胺，可使c o d 、s s 和磷的去除率都得到进一步提高。硫酸铁受温度和p h 值 的变化的影响较小，并且能保证对c o d 、s s 、磷的较高去除率；碱式氯化铝受温度、 p h 值的影响较大，低温时出水水质差；p h 值的变化对s s 去除率有较大影响，在p h 为6 时，去除效果最好。 关键词：c e p t ，混凝剂，最佳投药量 a b s t r a c t j nv i e wo ft h ei n l e ts e w a g eo fh a n d a ne a s tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，t h ei n n u e n c e o nt h ec e p tp r o c e s s i n ge f f e c to ft e m p e r a t u r e ，p h ，a n db a s i ca l u m i n u mc h i o r i d e ，i r o n s u l f a t e ，f e r r o u ss u l f a t e ，p o l y a c r y l a m i d ea n ds oo na l o n ea n dt h ec o m b i n a t i o nu s e da st h e e x p e r i m e n t a lf l o c c u l a t i n ga g e n t sh a sb e e ns t u d i e di n t h i sa r t i c l e i nv i e wo ft h ed i f f e r e n t p r o c e s s i n gr e q u e s t ，s u i t a b l ef l o c c u l a t i n ga g e n t sa n dc r a f tp a r a m e t e r sa r ep r o p o s e d t h e r e s e a r c hd i s c o v e r e dt h a tb a s i ca l u m i n u mc h l o r i d ei st h eb e s tf l o c c u l a t i n ga g e n tt og e tr i d o fc o d ，s si nt h ec i t yw a s t e w a t e r r oac i t ys e w a g et r e a t m e n tp l a n tt a k i n gt h er e u s e w a t e ra si t sg o a l ，a d d i n gi r o ns u l f a t eh a st h em o s to b v i o u se f f e c t 1 n o r g a n i cf l o c c u l a t i n g a g e n tw o r k i n gw i t h0 r g a n i cf l o c c u l a t i n ga g e n tc a nr e m a r k a b l ye n h a n c et h e e f ：f l u e n t q u a l i t y w h e na d d i n gi r o ns u l f a t e ，w ea d dp a m0 5 m la lt h es a m et i m e ，i tc a ni m p r o v e t h er e m o v a lo fc o d ，s sa n dp h o s p h o r u s t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r ea n dp ht oi r o ns u l f a t e i ss m a 儿，a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，s sa n dp h o s p h o r u sc a nb ee n s u r e d b u tt h ee f f e c t o ft e m p e r a t u r ea n dp ht ob a s i ca l u m i n u mc h l o r i d ei sb i gw h e nt e m p e r a t u r ei sl o 、v t h u s t h eo u t n o wq u a l i t yi sp o o r t h ec h a n g eo fp hc a ng r e a t l ya f f e c tt h er e m o v a lr a t eo fs s a n dt h er e m o v a le f f e c ti st h eb e s tw h e np hi s6 、n gw e i ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h e n g h a n s e n i o re n g i n e e rz h a n gk e k e yw o r d s ： c e p t f l o c c u l a t i n ga g e n t ，t h ee f f e c t i v eq u a n t i t yo fa g e n t 华北电力人学。i ：程硕十学何论文摘要 摘要 本文针对邯郸市东郊污水厂进口污水，研究了以温度、p h 以及碱式氯化铝、硫 酸铁、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺等单独及其组合为试验混凝药剂对城市污水强化一级 处理效果的影响；针对不同的处理要求，提出了适宜的混凝药剂及工艺参数。研究 发现，对以c o d 、s s 为去除目标的城市污水，絮凝剂采用碱式氯化铝处理效果最好； 对以回用为目标的城市污水处理厂，投加硫酸铁的效果最明显；无机混凝剂与有机 混凝剂配合使用，可显著提高出水水质；在投加硫酸铁的同时，投加0 5 m g l 的聚 丙烯酰胺，可使c o d 、s s 和磷的去除率都得到进一步提高。硫酸铁受温度和p h 值 的变化的影响较小，并且能保证对c o d 、s s 、磷的较高去除率；碱式氯化铝受温度、 p h 值的影响较大，低温时出水水质差；p h 值的变化对s s 去除率有较大影响，在p h 为6 时，去除效果最好。 关键词：c e p t ，混凝剂，最佳投药量 a b s t r a c t j nv i e wo ft h ei n l e ts e w a g eo fh a n d a ne a s tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，t h ei n n u e n c e o nt h ec e p tp r o c e s s i n ge f f e c to ft e m p e r a t u r e ，p h ，a n db a s i ca l u m i n u mc h i o r i d e ，i r o n s u l f a t e ，f e r r o u ss u l f a t e ，p o l y a c r y l a m i d ea n ds oo na l o n ea n dt h ec o m b i n a t i o nu s e da st h e e x p e r i m e n t a lf l o c c u l a t i n ga g e n t sh a sb e e ns t u d i e di n t h i sa r t i c l e i nv i e wo ft h ed i f f e r e n t p r o c e s s i n gr e q u e s t ，s u i t a b l ef l o c c u l a t i n ga g e n t sa n dc r a f tp a r a m e t e r sa r ep r o p o s e d t h e r e s e a r c hd i s c o v e r e dt h a tb a s i ca l u m i n u mc h l o r i d ei st h eb e s tf l o c c u l a t i n ga g e n tt og e tr i d o fc o d ，s si nt h ec i t yw a s t e w a t e r r oac i t ys e w a g et r e a t m e n tp l a n tt a k i n gt h er e u s e w a t e ra si t sg o a l ，a d d i n gi r o ns u l f a t eh a st h em o s to b v i o u se f f e c t 1 n o r g a n i cf l o c c u l a t i n g a g e n tw o r k i n gw i t h0 r g a n i cf l o c c u l a t i n ga g e n tc a nr e m a r k a b l ye n h a n c et h e e f ：f l u e n t q u a l i t y w h e na d d i n gi r o ns u l f a t e ，w ea d dp a m0 5 m la lt h es a m et i m e ，i tc a ni m p r o v e t h er e m o v a lo fc o d ，s sa n dp h o s p h o r u s t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r ea n dp ht oi r o ns u l f a t e i ss m a 儿，a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o d ，s sa n dp h o s p h o r u sc a nb ee n s u r e d b u tt h ee f f e c t o ft e m p e r a t u r ea n dp ht ob a s i ca l u m i n u mc h l o r i d ei sb i gw h e nt e m p e r a t u r ei sl o 、v t h u s t h eo u t n o wq u a l i t yi sp o o r t h ec h a n g eo fp hc a ng r e a t l ya f f e c tt h er e m o v a lr a t eo fs s a n dt h er e m o v a le f f e c ti st h eb e s tw h e np hi s6 、n gw e i ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h e n g h a n s e n i o re n g i n e e rz h a n gk e k e yw o r d s ： c e p t f l o c c u l a t i n ga g e n t ，t h ee f f e c t i v eq u a n t i t yo fa g e n t 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文化学强化城市污水一级处理试验 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日 期： 导师签名： 日期： 华北电力人学i ：科硕+ 学位论文 第1 章绪论 1 1我国水资源与污水处理现状 1 1 1我国水资源现状 水是人类及一切生物赖以生存的不可缺少的重要物质，也是工农业生产、经济发展 和环境改善不可替代的极为宝贵的自然资源，同土地、能源等构成人类经济与社会发展 的基本条件i l j 。 在人类所居住的地球表面有3 4 是水。地球表面积5 1 1 0 8 k m 2 ，水圈( 地壳、表层、 表面和围绕地球的大气中气态、液态和固态的水所组成的圈层) 内全部的水体的总储量 为1 3 8 6 1 0 8 k m 2 ，其中含盐量为3 5 9 几的海洋水为1 3 3 8 1 0 8 k m 2 ，占到了地球总储水 量的9 6 5 ，而适合人类使用的淡水只占2 5 ，人类能够直接利用的淡水只有1 8 。 水资源主要是指可供人类和生态系统利用的可更新和恢复的一小部分陆地淡水，包 括地表水和地下水瞳1 。水资源是基础自然资源，系生态环境的控制性要素；同时又是战 略性经济资源，为综合国力的有机组成部分。 随着经济的发展、人口的增长和人们物质文化水平的提高，以及工业生产的飞速发 展，相应的产生了越来越多的城市生活污水、工业废水，如造纸废水、焦化废水、制药 废水、炼油厂废水、石油化工废水、印染废水等。这些废水源源不断地排入江河湖海， 造成了水体的严重和普遍污染。由于大量废弃物的排入，严重的影响水体的自净。再加 之工业动力的使用猛增，产品种类和产品数量的增加，农业丌垦的强度和农药使用量的 增加，严重的威胁着人类用水的安全性，使极少的可供人类利用的淡水资源遭到严重的 破坏，致使一些国家和地区丌始发生了水危机。1 9 7 2 年在联合国人类环境会议上，许多 国家都强调了城市的缺水问题。1 9 7 7 年3 月召丌的联合国水会议曾向世界发出郑重的警 告：“水，不久将会成为一个深刻的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水。”。” 我国由于处于季风气候区，受热带、太平洋低纬度上温暖而潮湿的气团的影响以及 西南印度洋和东北的鄂霍茨克海的水蒸气的影响，我国的东南地区、西南地区以及东北 地区可获得充足的降水量，使我国成为水资源相对比较丰富的国家之一。同时，我国地 域辽阔，国土面积达9 6 0 力- 平方公里，人口基数大，使我国人均水资源的占有量仅相当 世界人均水平的1 4 ，居世界1 1 0 位。 水资源与国民经济各部门、城乡人民生活息息相关。水资源状况如何，不仅关系到 工农业的发展，而且关系到整个国民经济和社会的可持续性发展。近年来工农业的快速 发展和人口的迅速增加，再加之人民生活水平的大大提高，使得我国水资源同益短缺， 大量的废弃污染物的随意排放对水资源造成了极大的危害，使得我国水资源面临着资源 华北电力人学j i ：稗硕十学位论文 短缺和严重污染的双重挑战。 目前我国水资源存在着十分严重的污染问题。据监测部门报告，全国5 3 2 条河流中 8 2 受到不同程度的污染，流经全国4 2 的大中城市的4 4 条河流中9 3 被污染，其中严重 污染的占7 9 。全国9 7 的大中城市的地下水受到严重的污染，水库、湖泊由于富营养 化导致藻类的滋生严重h 1 。尤其在人口密集、工业较发达的地区尤为突出，加重了水源 选择和处理的团难，致使自来水感官性指标以及毒理学指标较差。 近几十年来，由于大量工矿企业的生产废水以及城镇的生活污水未经适当的处理直 接排入水体，城市供水水源不同程度地受到了污染。研究表明，受污染水源水中含有的 有机物大部分对人体健康有害或具有形成对人体有“三致”( 致癌、致畸、致突变) 作 用的氯消毒副产物的潜力。另外，妇女患乳腺癌、子宫癌，男人患膀胱癌、前列腺癌、 睾丸癌的病例在增多，专家们认为这些情况的出现都与环境遭到污染有直接的关系，尤 其是近年来水环境的污染哺1 。 水资源受到越来越严重的污染，水资源的功能及作用j 下在不断地被弱化，给人们的 生产和生活带来了诸多不利的影响，如图1 1 所示嫡1 。 水源 缺水 饮用水水质下降 l 增加给水净化费用 影响丁业产品质量 影响t 农业生产 一 r i地下水质恶化 地下水过度丌采 一1 一 一 。 l j地面下沉 农业灌溉f 一 农产品污染 水生生物 卫生卜 感官i 水生态环境破坏 水产品污染 影响人类健康一 影响旅游 美学价值 图1 1 河流污染对人类及社会的影响 河流污染对人类及社会的主要影响 华北电力人学t ：程硕+ 学位论文 1 1 2我国污水处理现状 人类文明的发展，城市的兴建都与水有着不可分割的联系。近年来工农业的高 速发展、人口的急剧增加和人民生活水平的不断提高，世界范围的淡水资源的需求 和消耗不断增多，相应的城市污水和工业废水的排放量也在不断增多。全球淡水资 源正面临两大问题：水资源短缺和水环境污染。 在我国水资源污染状况十分严峻，根据国家环保总局公布的2 0 0 5 年中国环境状况 公报盯】，2 0 0 5 年，全国废水排放总量为5 2 4 5 亿吨，其中工业废水排放量为2 4 3 1 亿 吨，生活污水排放量为2 8 1 4 亿吨；化学需氧量排放量为1 4 1 4 2 万吨，其中工业排放 量为5 5 4 8 万吨，生活排放量为8 5 9 4 万吨；氨氮排放量为1 4 9 8 力吨，其中工业排放 量为5 2 5 力吨，生活排放量为9 7 3 力吨。同时由于农业的生产活动，如大量使用化肥、 农药等，造成地表水体污染，使水体中有机污染物和n 、p 等营养物质升高，造成地表 水体富营养化。而且未经适当处理的工矿企业的工业废水，以及富含金属的大气沉降物 输入，都会使水体重金属含量急剧升高，导致水体受到重金属污染。 近几年来，随着城市化和工业化的不断发展，人们的生活水平不断提高，用水 量逐渐增加，相应的污水排放量持续上升。由于我国中小城镇多，资令缺乏，城市 污水处理厂数量较少，处理污水量较小，处理效率较低，工业废水处理率仅有1 7 ， 生活污水的处理率尚不足1 0 ，因此在我国未经处理直接排放的污水造成水环境污 染，已经威胁了人民群众的切身利益。 目前，我国城市污水处理率低。据有关资料显示，我国每年污废水排放量约为6 0 0 多亿吨，大约有7 0 8 0 的污废水未经处理或处理不达标直接排向江河湖海或渗入地下 水，并且由于农业的生产活动，如使用大量化肥、农药，以及农村家畜的排泄物等进入 水体中，使水体中有机污染物和n 、p 等营养物质的含量升高，造成地表水体富营养化。 截至2 0 0 5 年年底，中国城市污水处理率仅为5 2 。根据建设部、国家环保总局、科 技部2 0 0 0 年5 月发布的城市污水处理及防治技术政策规定，到2 0 1 0 年，全国 设市城市和建制镇的污水处理率不低于5 0 ，全国设市城市的污水处理率不低于 6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 m 。 与国际上相比，我国城市污水处理率低，其主要原因是我国的污水处理厂建设 滞后。美国平均每1 万人拥有1 座污水处理厂，法国和瑞典每5 0 0 0 人拥有1 座污 水处理厂，英国和德国每7 0 0 0 8 0 0 0 人拥有1 座污水处理厂，我国城市每1 5 0 万 人拥有1 座污水处理厂阳1 。至2 0 0 5 年底，中国6 6 1 个设市城市共建成污水处理厂 7 9 1 座，再生水利用量每年近2 0 亿立方米，对缓解水资源短缺起到了积极作用。但 是，全国还有2 7 8 个城市没有建成污水处理厂；有3 0 多个城市约5 0 多座污水处理 厂运行负荷率不足3 0 ，或者根本没有运行；一些企业超标排污，严重影响污水处 理厂安全运行n0 。而根据预测到2 0 5 0 年城市需水量将达到2 0 7 0 亿m 3 ，同时城市将 华北电力人学i ：样硕十学位论文 增加8 5 0 亿m 3 的污水排放量，总污水排放量将高达1 2 0 0 亿m 3 。需新建污水处理厂 1 0 0 0 余座，每座污水处理厂的处理能力为5 0 0 0 0 6 0 0 0 0m 3 d ，约需投资7 5 0 9 0 0 亿元，运行管理费用7 5 9 0 亿元年，因此开发能有效处理污水，并且投资省，运 行费用低的工艺己成为国内外水处理界亟待解决的问题1 。 根据建设部、国家环保总局、科技部2 0 0 0 年5 月发布的城市污水处理及防 治技术政策规定，到2 0 1 0 年，全国城市污水处理率不低于5 0 ，设市城市的污水 处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 。而我国的污水处理现状与 这一政策要求还有很大差距。 目前，严峻的水污染状况已经引起国内各界的广泛关注。 1 2 城市污水强化一级处理发展状况 为了中华民族的长远利益，必须遏制住水污染加剧的趋势，解决水污染问题， 保护好水环境生态系统，建设污水处理厂就成了必然选择。但由于我国还处于社会 主义初级阶段，绝大部分地区经济还不发达，新建或拟建的污水处理厂很多是先进 行一级处理的建设，待条件成熟时再建二级处理。以沉淀为主的一级处理对有机物 的去除率比较低，例如b o d ；去除率仅为2 0 3 0 左右，不能遏制水体污染污染加剧 的趋势。这就需要通过强化来提高一级处理对污染物质的去除率。同时，从已建成 的二级处理厂来看，存在进厂水量不足和运行费用高等问题，使很多二级处理厂长 期处于停产或半停产状态，未能充分发挥其应环境效益和社会效益。因此可以通过 大力推广强化一级处理来降低水环境污染负荷，并实现节能降耗。也可采取近期仅 运行一级强化处理，远期运行二级处理的方案引。由于在发展中国家和地区有着广 阔的应用前景，污水强化一级处理技术已得到水处理领域越来越多的关注，已成为 新的研究热点。 为提高城市污水处理率，近年来我国新建了许多含二级生物处理的城市污水处 理厂，但是由于二级处理单元不仅能耗大，而且运行费用较高，致使部分污水处理 厂建成后无法j 下常运行，使已投入的大量资会不能充分发挥其环境效益。而一级处 理虽然基建投资和运转费用较省，但是去除率低，环境效益差。 鉴于我国污水排放量大，资金缺乏的现状，可以考虑在近期内先建成一级半处 理，经过强化一级处理，以较少的资会投入削减较大的污染负荷，取得较好的投资 环境效益，待资金允许时再建成二级处理工艺。 1 2 1 强化一级处理的适用情况 在城市污水处理中，以沉淀为主的一级处理对有机物的去除率较低，悬浮物去 除率一般为4 0 6 0 ，b o d 。去除率仅为2 0 3 0 ，c o d 去除率为5 0 左右。强化级 处理可用较少的投入，获得较大的有机物和其它污染物的去除率。考虑经济与环保 华北电力人学i ：群硕士学位论文 的要求，城市污水强化一级处理的适用情况主要有： ( 1 ) 对于低浓度的城市污水经过强化一级处理直接达标排放。我国许多中小城 镇的污水处理采用这种方式，可以较少的投资削减较多的污染负荷。 ( 2 ) 近期内先建成一级半处理厂，经过强化一级处理取得较好的投资环境效益， 待有条件时再建完整的二级处理工艺。 ( 3 ) 对于以二级处理为主的城市污水处理厂，经过强化一级处理，去除难以用 生化处理去除的有机物，重金属和无机盐，同时减轻二级处理的负荷，降低能耗。 1 2 2城市污水强化一级处理主要工艺方法及技术评价 1 2 2 1 生物絮凝吸附法强化一级处理 该工艺是在原有初沉池的基础上增设絮凝吸附池和曝气再生池。将一级处理中沉淀 污泥回流，曝气活化后与进水充分混合，经絮凝吸附反应后，大量污染物质被絮凝吸附 而成为污泥絮体，出水进入沉淀池，实现固液分离。较大粒径的回流污泥颗粒能够增加 絮体的沉降速度，同时，污泥中生物絮体的絮凝吸附作用能够较大程度的提高污染物的 去除效率，起到强化一级处理的效果。该工艺不仅能去除粒径大于1 0um 的颗粒，并且 通过絮凝还能去除自然沉淀难以分离的粒径为0 1 l oum 的部分颗粒。师绍琪1 、尤 作亮1 等人的研究成果表明，当絮凝吸附池浓度为1 2 9 l ，h r t 为3 0 m i n ，沉淀池沉淀 时问为1 h ，曝气再生池曝气2 h 时，c o d 和s s 去除率分别可达6 0 7 0 和7 0 9 0 ， 处理效果相对于常规一级处理工艺有显著提高。 生物絮凝吸附强化一级处理的主要工艺流程如图1 2 所示。 l 、，lj 如馑覃爪；蚪汕lj，。，。i1j ， l 木小l 一 - 7 i1 一。i “巩b l7 l 山小 同流污泥 污泥活化池 一 1 剩余污泥 图1 2生物絮凝吸附强化一级处理的主要i ：艺流程图 生物絮凝吸附强化一级处理实质上是吸收了两种现有改进型活性污泥法处理 工艺的特点，即吸附再生法和改良曝气工艺，只不过各池的水力停留时间短，且当 进水中有机污染负荷不高时( b o d j 8 0 m g 1 ) ，采用该工艺替代初沉池，不必加任何 药剂，即可使出水达到二级排放标准。所以，它是综合了改良曝气工艺的部分处理 能力及吸附再生的一定再生能力而设计的一种新型污水处理系统，它可用作有效的 强化污水处理，也可提高现有生物处理的性能，办即缓解超负荷或扩大现有的活性 污泥处理工艺。 华北电力人学i ：科硕十学何论文 1 2 2 2 水解强化一级处理工艺 水解工艺就是将厌氧发酵过程控制在水解与产酸阶段。在水解产酸菌的作用 下，污水中的非溶解性有机物被水解为溶解性有机物，大分子有机物被降解为小分 子有机物质。因此经过水解工艺后，污水的可生化性得到较大提高。 在水解强化一级处理工艺中，用水解池代替初沉池。污水从水解池底部由穿孔 配水管脉冲进池，由于瞬i 白j 保持o 5 0 8 m s 的上升流速，在水解池内形成厚2 5 m 左右的悬浮厌氧活性污泥层，其水力特性类似于给水处理中的水力澄清池。当污泥 自下而上通过污泥层时，进水中悬浮物质和胶体物质被厌氧生物絮凝体凝聚，截流 于厌氧污泥絮体表面，慢慢地被微生物分解。污水在水解池中h i 玎一般为2 0 4 0 h ，其b o d 。去除率为3 0 4 0 ，c o d 去除率3 5 4 5 ，s s 去除率7 0 9 0 引。 根据水解工艺的特点，与常规初沉池相比，其b o d 。、s s 去除率分别可提高1 0 和3 0 左右。若仅采用水解池进行污水一级处理，其出水水质难以达到二级排放标 准，须后续二级处理彳能使出水水质达到二级或一级排放标准。另外，采用水解池 的污水厂，其格栅设计标准较高，通常需设粗、中、细三道格栅，如昌吉市污水厂 采用的细格栅问隙为3 m m ，其目的是防止配水穿孔管堵塞。 1 2 2 3预曝气强化一级处理工艺 预曝气强化一级处理工艺是在传统一级处理基础上的改进。在污水进入沉淀池 前进行预曝气，改善悬浮物的沉淀性能，促使悬浮物互相碰撞絮凝，使比重接近于 l 的微小颗粒，经絮凝后在沉淀池内被去除，预曝气构筑物可与曝气沉砂池合二为 一。也可在沉淀池前专设预曝气池，曝气时间取2 0 3 0 m i n 。如果仅进行曝气即自 然预曝气，可使沉淀池s s 去除率提高5 8 ，b o d j 的去除率提高到2 5 3 5 。而 在预曝气池中投加剩余活性污泥，即生物絮凝预曝气，则可使沉淀池s s 的去除率 提高到8 0 左右，b o d 。的去除率提高到3 5 4 5 。 该工艺可起到强化一级处理的目的，但与常规一级处理相比，自然预曝气对s s 和b o d ；的去除率仅提高5 左右，强化效果不太明显。生物絮凝预曝气对s s 去除率 较高，但由于回流剩余污泥加大了进入初沉池的s s 浓度，使其出水s s 值与常规一 级处理相比相差不大；生物絮凝预曝气对b o d j 去除率较自然预曝气可提高15 左右， 效果明显。但该工艺仅使用于处理规模较大，可设置曝气沉砂池，且剩余污泥量足 以连续排放的污水处理厂。进行预曝气强化后，其一级处理出水很难达到二级排放 标准，要是处理厂出水达标，必须设后续生物处理设施。 1 2 2 4 化学强化一级处理工艺 化学强化一级处理( 投加化学药剂的强化一级处理) 是利用化学反应来分离， 回收废水中的污染物而达到净化的目的。化学法强化一级处理的主要工艺流程如图 华北电力人学i ：科硕十学位论文 1 3 所示。 眄习 i _ j 化学药剂 上 混合池 回一圈一回 上 匦 图1 3化学法强化一级处理的土要i ：艺流程图 化学强化一级处理是老技术的新发展。从1 7 6 2 年的化学沉淀，1 8 7 0 年在英国 已成为一种确凿的污水处理方法，直到2 0 世纪8 0 年代已开始重新重视化学沉淀。 该技术经历了产生、被取代、新发展等过程旧1 。 国外开展化学絮凝强化一级处理工艺研究较早。以色列在二十世纪六七十年代 就针对城市污水浓度高的特点，为减轻后续处理的负荷，以石灰和氯化铁作为絮凝 剂，来提高一级处理对b o d ；、c o d 及s s 去除率。此外，在埃及、韩国、欧洲及中国 台湾等国家和地区的污水处理厂中，为降低二级处理负荷或去除难降解有机物，也 丌展了化学絮凝强化一级处理的工程应用，并取得一定的效果。 化学强化一级处理与絮凝剂的发展密切相关。早期采用无机絮凝剂进行污水处 理时，由于絮凝剂技术发展的限制和处理水量大，药剂投加量较多，致使污水处理 费用较高，从而限制了其广泛应用。近年来，随着化工工业的迅速发展，新型、高 效、廉价的絮凝剂不断出现，并可根据水质选配最佳的复合絮凝剂组成，达到优良 的絮凝效果。此外，有机高分子絮凝剂种类也逐渐增多，性能更好，当作为助凝剂 与无机絮凝剂配合使用时，不仅可以提高处理效果，还可以降低投药量，减少污水 处理成本，随着絮凝剂产生技术的发展，该技术在污水处理中有广泛的f j i 景引。 化学强化的优点是设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，耐冲击负荷较 强，间歇或连续运行均可；缺点是对氨的作用不明显，低温时出水水质下降，沉渣 量大，且脱水较难。近年来，由于新颖，高效、廉价的絮凝剂的不断出现，在污水 处理中有广泛的前景。 有研究成果表明，采用无机絮凝剂处理低浓度生活污水，当p a c 投加量为3 0 5 0 m g l 时，c o d 去除率达7 0 以上n7 。刖。有人以水质净化厂进水为原水，亦曾进行 过混凝法强化一级处理试验研究。由于原水b o d j 值通常较低，一般在8 0 m g l 左右， 因此，当聚合铝投加量为1 3 m g 几时，其b o d 。去除率可达6 5 ，药剂投加量指标为 o 2 7 2 m g m g 胶体c o d ( 去除1 m g 胶体状c o d 所需混凝剂投加量为0 2 7 2 m g ) n 引。 一些城市污水化学强化一级处理的试验研究表明，化学法处理低浓度废水，出 7 华j 匕电力人学i ：科硕+ 学位论文 水可满足一级或二级排放标准，但其运行费用仅为常规活性污泥法处理工艺的2 3 左右。而我国城市污水流量大，浓度一般较低，适于采用此工艺。当进水有机物浓 度较高时，采用化学强化一级处理+ 活性污泥法，可确保出水水质达标，且运行费 用为活性污泥法的7 0 左右。 化学法对污水除磷有很好的效果，而且出水比较稳定，受季节温度变化不大。 污水中磷大多是以磷酸根形式存在的，它的去除主要不是靠絮凝，而是与投加的会 属盐反应生成磷酸盐沉淀下来。在沉淀过程中，这些沉淀物还能吸附有机磷和聚合 磷，这样对各种形式的磷都会有一定的处理效果。化学法除磷效率高于生物除磷， 一般情况下，出水t p 含量可满足1 m g 几的排放要求( 二级标准) 。当c e p t 结合后 续生物处理的出水口t p 含量可望满足0 5 m g 1 的排放要求( 一级标准) 。但是较之 生物二级处理，化学法除磷所需的药剂费用加上化学污泥处置和其它费用很大，所 需的经营成本将会很高。 从药剂费用上看( 以f e c l 。为例) ，设进水t p 含量3 7 m g l ，要求出水t p 为l m g l 时，则f e c l ：溶液投加量为0 0 6 0 1 4 l m 3 污水。若三氯化铁价格以1 2 0 0 元吨计 ( 相当于约1 6 0 0 元m = ) ，则每立方米污水所需要药剂费用约为0 1 0 0 2 2 元， 加上所增加的化学污泥处置和其它费用，经粗略估计，每立方米污水的运行费用约 为0 2 5 o 3 5 元，这一费用相当可观，高于或接近生物二级处理，每立方米污水 所需的经营成本( 约o 3 元) ，这是城市污水处理厂难以承受的。 1 2 2 5 四种强化一级处理工艺比较 由以上对四种强化工艺的阐述及分析可知： ( 1 ) 当污水厂进水有机物浓度较低时，采用地第l 、第4 种强化工艺，经强化 一级处理出水水质可达到二级排放标准，第1 种强化工艺仅适用于新建污水厂，第 4 种强化工艺在新建污水厂及已建污水厂均可采用。 ( 2 ) 在城市污水二级处理厂中，当迸水有机物浓度较高时，上述四种强化工艺 均能提高一级处理设施的b o d 。去除率，以降低二级处理能耗。第3 种强化工艺对大 规模的污水厂较为适用。 ( 3 ) 在城市污水二级处理厂中，当进水有机物浓度偏高时，宜采用第l 、第4 种强化工艺，大幅度提高一级处理设施的b o d j 去除率，以保证二级生物处理设施的 正常运转。 ( 4 ) 当出水排入缓流水体，要求出水t p 值较低时，宜采用第4 种强化工艺。 综合分析四种工艺对水质要求、运行状况及特点，认为工艺4 是一种比较理想 工艺，适用于高、低浓度的有机污水，同时，适合新建、已建污水厂，并且可达到 较高的出水水质。特别是近年来新型、高效、廉价絮凝剂的不断出现，并可根据水 质选配最佳的复合絮凝剂组成，达到优良的絮凝效果。同时不仅可提高处理效果， 华北电力人学i ：科硕十学位论文 而且可降低污水处理成本。 1 3化学法强化一级处理 化学法强化一级处理( c h e m i c a l l ye n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n t ，简称c e p t ) 是 近1 0 年来丌发的污水处理工艺。该方法以低剂量的金属盐如f e c l 。与相当少量的阴 离子聚合物联合使用，能有效地处理污水，产生的污泥量较少，污水经一定处理后 可用作非饮用水。此法不仅在水资源保持方面起着较大的作用，还能提高s s 、b o d 的去除率，通过沉降去除大量磷及寄生虫，而且由于快速沉降进一步提高了处理能 力。很多研究表明，c e p t 工艺用途广泛，尤其适合于发展中国家快速发展的城市。 1 3 1c e p t 处理工艺与常规一级处理工艺的比较 c e p t 法主要用于去除以悬浮状或胶体形式存在的污染物。胶体颗粒不能在静置 中下沉，也不能用常规的物理处理法加以去除。胶体带有电性，能产生斥力并避免 集结和沉降。如果是亲水胶体，还因为溶剂化作用在胶体之外包裹了一层水，阻止 凝聚。金属盐的加入能引起凝聚和絮凝作用，增强了沉淀性能，沉降速度加快。因 此，c e p t 法的处理量也相对增加。 c e p t 法对悬浮固体、胶体物质和磷的去除具有明显效果，一般可去除悬浮固体 达9 0 ，b o d 5 0 7 0 ，c o d 5 0 6 0 ，细菌8 0 9 0 ，总磷8 0 9 0 。而使用常规 沉池时，其去除率为悬浮物固体5 0 6 0 ，b o d j 2 5 4 0 ，总磷1 0 比。 南加利福尼亚四大污水处理厂原来用的是传统一级处理。但随着人口的快速增 长，污水负荷超出了设计年平均处理能力的2 至3 倍心引。污水处理厂因超负荷运转， 运行状况很差。1 9 8 5 年对这几个厂进行工艺改进，先用低剂量的氯化铁( 小于 2 5 m g l ) 作混凝剂，再用极少量的阴离子聚合物( 小于0 2 m g 几) 作助凝剂，处理 效率大大改善，污泥量因去除更多的固体物质而略有增加。改进后的一级处理s s 去除率达到8 5 左右，b o d 的去除率增加到5 5 以上，磷的去除率8 5 或更好。更明 显的是平均上升流速高达4 5 m h 。 1 9 9 7 年5 月香港建成了世界上最大c e p t 污水处理厂，其最大处理能力为 4 0 t s 。在建造之前曾作了c e p t 工艺与传统一级处理工艺的比较试验。试验表明， 1 0m g l 的氯化铁和0 1 5m g l 聚合物能使s s 的去除率从7 1 提高到9 1 ，b o d 的 去除率从4 2 提高到8 0 。处理同样水量时，c e p t 工艺的沉淀池体积只需传统一级 处理工艺的7 0 4 。 1 3 2c e p t 工艺的经济性 c e t p 能降低后续生物处理的负荷和电耗，推迟生物处理构筑物的建设，运行稳 定，所需生化池容积较小，节省用地和造价，而且近期投资环境效益较好( 与一沉 华北电力人学i ：程硕十学何论文 池比较) 乜3 1 。 墨西哥有关单位对c e p t 与传统一级处理加活性污泥法两工艺作了经济评估。 一个处理能力1 5t s ，平均流量5 2t s 的污水处理厂，用c e p t 工艺加上污泥处 理建设费用为7 1 0 7 美元，而传统一级处理加上活性污泥法的处理建设费用是c e p t 的1 8 5 倍。年运行费用c e p t 为4 1 0 6 美元( 包括混凝剂的费用) ，后者为7 1 0 6 美元3 。 由于增加了处理能力，c e p t 工艺是每单位体积污水处理费用最低的工艺。 1 3 3c e p t 工艺处理出水可溶性b o d 的变化 在工业和城市污水综合管理项目中，处理量5 t d ( 工业废水占5 0 ) 的城 市污水的小试装置，运用了c e p t 工艺与活性污泥法联合处理及单独活性污泥法处 理，得出表1 1 和表1 2 的结果。c e p t 工艺用药量为a 1 ：0 。1 8 m g l 、聚合物 0 2 2 9 m g l 25 1 。 表1 1 中t b o d 。为总生物需氧量，s b o d ；为可溶性生物需氧量。从表1 1 可知， 经化学处理后出水中的s b o d j 比例比未处理水中高出2 0 ，这就大大有利于后续的生 物处理。 表1 1c e p t 处理进水s b o d 比例比较 冈子处理进水处理山水 t b o d ( m g l ) 1 6 61 0 9 s b o d s ( m g l ) 1 2 2 81 0 2 5 s b o d s t b o d so 7 40 9 4 表1 2c e p t 工艺与活性污泥法处理结果 c e p t + 活性污泥法 活性污泥法 网子去除率 进水 出水 进水出水去除率( ) ( ) t c o d ( m g l ) 4 8 31 0 5 47 8 24 5 3 82 2 5 85 0 2 f c o d f r ( m g l ) 2 7 5 34 4 8 4 1 2 7 2 81 0 8 96 0 0 t b o d ( m g l ) 1 6 61 9 98 8 01 6 7 75 4 66 7 4 表1 2 的数据说明c e p t 工艺解决无法达标的问题。其原因是c e p t 工艺将一些 不可降低的有机物经吸附，沉降去除。对c o d 。，而言，活性污泥法出水中过滤性化学 需氧量( f c o d 。，) 达1 0 8 9 m g 几，这类惰性c o d 。，是生物处理不能降解的，导致出水 c o d 。，不能达标。通过c e p t 处理f c o d 。，降低，使最终出水有可能达标，b o d 。的去除率 华北电力人学。i ：程硕十学位论文 也大大提高。 在试验比较时，运用c e p t 工艺后，曝气池的体积减少到原来的2 3 ，但处理效 率在c e p t 工艺前后分别为6 7 4 、5 0 2 和8 8 0 、7 8 2 。 1 3 4c e p t 工艺对工业废水的生物处理影响 国内外研究表明，生物处理的硝化作用是氨经过生物氧化转变为硝酸盐的过 程，其间要生成中间体亚硝酸盐，参与的微生物为自养型的亚硝化细菌心引。一般认 为亚硝酸盐的生长速率要高于硝化细菌。因此过程中不会有亚硝酸盐积存，亚硝化 菌的生长、控制着整个反应。我们在试验中得知了如表1 3 的结果。 从表1 3 可以看出，工业和城市污水混合生物处理，其处理效果受到工业废水 的影响。混合污水仅用生物处理表现为硝化作用受到抑制。具体表现在氨氮的去除 率低，而亚硝酸盐的生成量大。经c e p t 前处理后，氨氮的去除率从6 0 3 上升到 9 6 9 ，而亚硝酸盐产生量大大削减。说明试验污水经c e p t 工艺处理影响硝化作用 的物质。 表1