城市污水强化一级处理及其在中小城镇污水处理中的应用前景.doc

应用技术研究城市污水强化一级处理及其在中小城镇污水处理中的应用前景张彦丽 林清丽 李增足文章摘要 目前我国城市污水处理厂80%以上以二级生物处理为主1，而二级生化污水处理厂投资巨大，且能耗和运行费用也较高，就我国目前经济状况而言，尤其对于众多的中小城镇，普遍建造二级污水处理厂是不现实的，因而研究和开发“高效低耗”的污水处理技术具有重要的现实意义。城市污水强化一级处理能够削减较大的污染负荷，减缓水环境的污染，并且其建设运行费用较低，在我国中小城镇城市污水处理中具有广阔的应用前景。关键词 城市污水 强化一级处理（EPT） 应用前景1张彦丽,女,工程硕士,土木工程系助教;林清丽,女,工程硕士,土木工程系助教;李增足,男,工程硕士,土木工程系副教授.1.城市污水强化一级处理概念及分类1.1城市污水强化一级处理的概念所谓城市污水强化一级处理是指在污水处理程度上介于传统意义上的一级处理和二级生化处理之间的污水处理方法，是在一级处理的基础上再加简单的化学或生物处理，其出水水质介于一级处理和二级处理之间，实质上为一级半处理。1.2城市污水强化一级处理分类强化一级处理可分为化学强化一级处理、生物强化一级处理和化学-生物联合强化一级处理。2.化学强化一级处理2.1化学强化一级处理原理及工艺流程化学强化一级处理(CEPT，Chemically Enhanced Primary Treatment)是通过化学沉淀方法强化一级处理效果的处理工艺，又称强化絮凝技术，是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂等强化措施去除污水中各种污染物，它可在短时间内以较少的投资和较低的运行费用大幅度削减污染负荷，缓解当前我国亟待解决的水环境污染问题。城镇污水中的大多数污染物都是以颗粒形态存在，依据颗粒大小可将污水中的污染物质分为溶解态、胶体态、超胶体态和悬浮态。对于小粒径的颗粒（0.154m）不能以自然沉淀方法去除的污染物质通过投加混凝剂使其脱稳，聚集成能够沉淀的大颗粒的矾花，提高沉淀速度和处理效果。因生活污水中粒径大于0.1m的颗粒占到了全部颗粒的60%以上，所以采用CEPT法一般可去除CODCr：50%60%，BOD5：50%70%，细菌：80%90%，较常规的一级处理效果好2。CEPT法常规工艺流程如下所示1：混凝剂反应池沉淀池污泥 进水 出水 CEPT工艺流程图2.2化学强化一级处理的处理效果和污泥产生量2.2.1 化学强化一级处理的处理效果大量国内外试验与运行结果表明，CEPT法可显著去除城镇污水中各种有毒有害污染物，如SS、重金属、磷等的去除率可达90%以上，难降解有机物的去除率达到80%以上，虽然它对BOD的去除效率低于传统二级生化处理工艺，但仍可去除20%50%，且能明显提高污水可生化性。实际处理效果与污水污染物种类及含量有关。COD含量或BOD/COD比值越低，处理效果越好。对于COD含量在250mg/L以下、BOD/COD0.3的污水，采用复合型聚铝絮凝剂进行强化絮凝处理，处理后出水COD一般可降至50mg/L以下，基本达到国家一级排放标准3。路光杰等4提出了一种实现高效絮凝的新方法微细沙粒强化絮凝方法。这种方法利用实验室常规絮凝设备，在絮凝实验中投加微细沙粒来强化絮凝过程。结果表明，微细沙粒对絮凝过程具有明显的强化作用，粒径范围40125m沙粒的絮凝效果较好，其中粒径7440m的出水效果最好,该方法不仅絮凝效果优于常规絮凝方法，而且混凝效率大大提高，其混凝絮凝的时间较常规法缩短了近70%，其特点是：在水处理过程中投加一种微细物质(如微细沙粒)，人为地增加絮凝反应中的晶核，诱导絮凝体沉淀的形成，进而使絮凝体颗粒迅速成长，同时增加了絮凝体的密度，其结果必然是絮凝体颗粒密实、体积大且沉降速度快。与传统工艺相比，本方法加速了絮凝体沉降速度，缩短絮凝反应时间，并期望能大大缩小絮凝反应器体积。这种高效絮凝方法的研究可为城市污水化学强化一级处理的发展提供良好的理论技术支持，为化学强化一级处理在实际工程中的应用提供更多机会。近年来CEPT法得到了广泛的研究和应用。南加利福尼亚4大污水处理厂通过对传统一级处理的工艺进行改进，投加氯化铁混凝剂和部分助凝剂，处理效果大大提高。改进后的一级处理工艺，SS去除率达到了85，BOD5的去除率增加到50以上。 1997年5月香港建成了世界上最大的CEPT工艺污水处理厂，最大处理能力40m3s，与传统一级处理工艺的比较表明，SS去除率自71提高到91，其构筑物的尺寸也大大减少，处理同样的水量，CEPT的沉淀池体积只需传统一级处理工艺的70.45。美国早就在研究用物理化学法代替生物化学法。瑞士、挪威、奥斯陆相继建设了这样的污水处理厂。采用了格栅沉砂絮凝沉淀出水的工艺流程，除磷率均在90%以上。保证了较高的出水水质。中科院水环境研究所对COD含量为200260mg/L，总磷含量在46mg/L的上海和北京等城市污水进行化学强化絮凝处理试验的结果表明，投加复合絮凝剂4050g/t，处理水质的COD可降至60mg/L以下，总磷降至1.0mg/L以下(栾兆坤，2000)。按目前我国絮凝剂售价8001800元/吨，药剂费用仅为0.040.12元/吨水，郑兴灿等6用化学加生物絮凝强化处理生活污水的实验表明，化学药剂与活性污泥合理配置，可大幅降低药剂投加量，提高絮凝效果，大连马栏河污水处理厂在预处理中则全部用活性污泥作絮凝沉淀剂以去除悬浮物。2.2.2化学强化一级处理污泥产生量CEPT法产生的污泥量及污泥处置是人们所关注的问题。与生化处理相比，加入混凝剂将会增加处理过程的污泥量。化学强化一级处理污泥产生量可由下式计算3：SP=SSinSSout+KprecD式中SP污泥产生量 (/3)；SSin、SSout分别为进、出水中悬浮固体浓度（/3）；Kprec污泥产率系数,/,对于铁系混凝剂为45，铝系为67；D金属混凝剂投量(/3)。从上式可见,如果保持污染物去除率同时减少污泥产生量,只有减小K值或D值。在实际应用中,混凝剂投加量在很大程度上决定于对除磷的要求。一般情况下,由于絮凝剂投加量很少,污泥增加量并不比生化法多,而且强化絮凝产生的污泥密实性、脱水性、沉降性均比生化法好。一般生化污泥生成率约为40%,污泥含水率在98%以上；而强化絮凝污泥生成率为45%50%,污泥含水率为92%95%。虽然强化絮凝生成的污泥量略大于生化处理工艺,但易于脱水且不需要添加有机高分子絮凝剂,污泥可直接填埋或加以综合利用。2.3 化学强化一级处理的优点与传统的城市污水二级生化处理（如活性污泥法等）相比，CEPT法处理城市污水有以下几方面的优点：（1）处理厂占地少。随着各国土地问题日趋紧张，节约用地成为衡量污水处理工艺好坏的重要指标之一。CEPT法只需小体积的加药反应池和沉淀池或直接向沉淀池内加药，相对二级生化处理的大型曝气池和二沉池而言，大大缩小了建筑物面积，节省了占用土地。（2）去除有机物、磷、重金属、色度等效果好。传统的二级生化处理对于COD的去除率较高，但除磷的问题一直没有解决好，磷的去除率不高；而CEPT法对磷、重金属和色度的去除均较好。（3）节省能源，便于自动化管理。由于CEPT法不像生物法那样大规模的曝气，所以节约用电，从而降低了水处理设备的运行成本，更容易为缺乏资金的中小城镇污水处理厂所接受。（4）建设、运行成本低。由于许多新型凝聚剂的产生，更赋予物理化学法新的活力， 尤其是我国在絮凝剂开发上充分利用工业废弃物（如硫铁矿渣、钢厂废碴等）的优势，开发低成本高效能的絮凝剂，更能促进CEPT法在城市污水处理中的推广与应用。3.生物强化一级处理生物强化一级处理方法包括投加微生物絮凝剂和生物絮凝法等。微生物絮凝剂是由微生物产生的具有高效絮凝作用的天然高分子物质，其化学本质是微生物代谢产生的各种多聚糖类、蛋白质等，通过投加微生物絮凝剂，达到去除水中污染物的目的，具有效果好、投加药量少等优点。但在城市污水处理的应用尚未见报道，其原因在于目前微生物絮凝剂的研究尚处于实验室研究阶段，生产成本高，无法适应处理生活污水的要求。 生物絮凝法强化一级处理是将污泥进行曝气，提高污泥中的溶解氧，恢复活性，同时提高反应池的污泥浓度，利用活化后污泥的凝聚和吸附作用，凝聚吸附水中的有机物，沉淀后予以去除。二级生物处理法的核心是利用微生物的生物代谢作用，去除溶解性有机物质。而生物絮凝法是以沉淀为主，带有少量生物代谢作用.。所以生物絮凝法去除有机污染物不如二级生物处理。但减少了为维持大量微生物生命代谢而耗费的动力费用、这对发展中国家及地区是很有吸引力的。而且这种一级半污水处理厂只需简单改建，即可形成二级生物处理工艺，对今后污水厂的进一步发展与扩建是很方便的。 和CEPT法比较，生物强化一级处理尚处在实验室研究阶段，技术不够成熟，距实际应用尚有距离5。4.化学-生物联合强化一级处理化学-生物联合絮凝强化一级处理是将化学强化一级处理与生物絮凝强化一级处理相结合，达到了既对SS和TP有较高的去除率，又能较好地去除CODcr和BOD5的目的。此方法是以化学强化絮凝沉淀为主，生物絮凝沉淀为辅，在处理过程中取长补短，既可以减少投药量、降低处理成本，又可以减少污泥产生量。在采用空气混合絮凝反应的情况下，处理系统可灵活多变。根据具体情况既可采用化学强化一级处理、生物絮凝吸附强化一级处理，又可采用化学-生物联合絮凝强化一级处理，以适应不同时期水质水量的变化。郑兴灿等6采用化学-生物絮凝强化一级处理技术对城市污水进行处理研究。研究结果表明，CODcr和BOD5去除率高达80，SS去除率为90，TP去除率为90，TN为25左右，显然联合强化一级处理比单一强化一级处理去除效果好得多。5.一级强化处理在我国中小城镇污水处理中的应用前景5.1一级强化处理适合我国当前经济状况国家环保总局、建设部、科技部在联合颁布的“城市污水处理及污染防治技术政策”中指出，到2010年全国重点城市和一般城市污水处理率分别不低于70和60，全国城镇污水平均处理率不低于50的要求。国务院最近也发出通知要求：十五期间所有城市都必须建设污水处理设施7。目前，我国在中小城镇生活污水治理方面还达不到由国家投资进行全面建设的程度。资金短缺与污水处理需求的矛盾加剧，在西部地区及中小城镇尤为突出。强化絮凝技术(CEPT法)正是在一级处理工艺基础上,通过投加化学絮凝剂等强化措施去除污水中各种污染物,它可在短时间内以较少的投资和较低的运行费用大幅度削减污染负荷,缓解当前我国亟待解决的水环境污染问题，解决资金短缺与污水处理需求的矛盾。5.2我国城镇污水水质适合用CEPT法处理从水质情况来看，我国城镇污水是由生活污水与工业废水混合组成，一般工业废水比例较高(约占50%以上)，而且工业废水治理排放达标率较低，即使处理达到行业标准，但由于多数采用生化处理，污水的BOD/COD比值相对较低(一般在0.3以下)2，不易生化处理，必须加大生化停留时间或延时曝气和采取保温措施才能得到有效处理，这势必使处理厂投资与运行费用进一步增大。此外，我国南方城市污水COD值一般较低(在200mg/L)，而氮磷含量较高，传统生化法对氮磷去除率很低，只有增加处理容积，增大回流比，才能提高氮磷去除率，这也导致投资与运行费用显著增加。而CEPT法则能较好的满足我国城镇污水水质的要求。总之，一级强化絮凝工艺适合我国中小城镇污水水质，能够缓解我国当前城市污水处理资金不足的问题，在我国中小城镇的污水处理中具有广阔的应用前景。4参考文献：1潘碌亭，肖锦，赵建夫等，中国城市污水强化一级处理研究现状与进展。环境污染与防治，2003，25（1）：2931。2邱慎初，化学强化一级处理（CEPT）技术J。中国给水排水，2000，16（1）：2629。3栾兆坤，张锦华，孔凡铭等，适