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混凝法強(qiáng)化城市污水廠一級處理的試驗(yàn)研究
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市污水排放量持續(xù)增加，我國水環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。而要解決城市水污染的根本措施就是建設(shè)城市污水處理廠。由于我國經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)，為了緩解資金不足與環(huán)境污染的矛盾，在目前正興建或擬建的污水處理廠中，往往采用先建一級處理，以后再逐步完善二級處理的策略。但以沉淀為主的一級處理有機(jī)物去除率較低（BOD5去除率僅為20－30％左右），難以有效地控制水環(huán)境污染，為了提高其去除率，必須加以強(qiáng)化處理廠來看，由于第二級生物處理單元能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，在目前資金缺乏的情況下，相當(dāng)數(shù)量的污水處理廠經(jīng)常單元能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，在目前資金缺乏的情況下，相當(dāng)數(shù)量的污水處理廠經(jīng)常處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)或半運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)際處理深度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，使已投入的大量資金沒有充分發(fā)揮其環(huán)境效益，因此在二級生物污水處理廠中，也可以通過強(qiáng)化一級處理的方法來減輕二級處理的負(fù)荷。正因?yàn)槿绱�，近年來城市污水�?qiáng)化一級處理技術(shù)已逐漸引起國內(nèi)外水處理工程界的重視，成為新的研究熱點(diǎn)。在本項(xiàng)研究中，主要對混凝法強(qiáng)化城市污水一級處理技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)探討。混凝法目前主要應(yīng)用于給水處理和部分工業(yè)廢水處理。在城市污水處理中，由于需要向廢水中投加大量的混凝劑，導(dǎo)致污水處理成本較高；另外污水水質(zhì)常常急劇變化，致使混凝劑的投加量難以控制，從而限制了混凝法在城市污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，一般僅應(yīng)用于城市污水的深度處理中。近年來，隨著化工工業(yè)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型、高效、廉價(jià)的絮凝劑；并且工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在給排水領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，可以按水質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)投加混凝劑，因而混凝法與污水生物處理法相比越來越具有競爭能力。筆者采用目前常用的混凝劑聚合鋁強(qiáng)化城市污水廠的一級處理，并對該工藝與活性污泥法工藝運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析比較。
一、試驗(yàn)材料與方法
1、主要材料
本試驗(yàn)研究為實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。試驗(yàn)污水取自武漢市水質(zhì)凈化廠初沉進(jìn)水口：混凝劑采用聚合氯化鋁。
2、主要分析測試項(xiàng)目及方法
COD：重鉻酸鉀法
BOD5：稀釋倍數(shù)法
二、反應(yīng)時(shí)間對污水COD去除率的影響
向5個(gè)燒杯中加入0．8升污水，并加入聚合鋁（其投加量為15mg/l），反應(yīng)時(shí)間分別為5min、10min、15min、20min；靜止沉淀30分鐘后取其上清液測定COD值，并按式（1）計(jì)算廢水COD的去除率。廢水COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系見圖1。
去除率 Y=(CO-C)/CO×100％ （1）
式中：CO－－處理前廢水的COD值（mg/l）
C－處理后廢水的COD值（mg/l）:
在試驗(yàn)過程中可觀察到：向污水中投加聚合鋁后，生成絮體較快，大約在5分鐘左右大部分絮體已生成。從圖1可知，在反應(yīng)時(shí)間為5min－30min范圍內(nèi)，廢水COD去除率在63－74％之間，有機(jī)物去除率相差不大。在15min左右反應(yīng)已基本達(dá)到完全，最佳反應(yīng)時(shí)間宜取為15min，故在以下試驗(yàn)中反應(yīng)時(shí)間均取15min。
三、污水濃度及混凝劑投加量對COD去除率的影響
1、試驗(yàn)方法同上，只不過反應(yīng)時(shí)間均為15min，原水COD值不同且聚合鋁的投加量不同。
2、試驗(yàn)結(jié)果
采用以上試驗(yàn)方法，對不同濃度污水進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，改變混凝劑投加量。所得試驗(yàn)結(jié)果見圖2。（在圖2中，以聚合鋁的投加量為橫坐標(biāo)，COD去除率為縱坐標(biāo)，繪出在不同污水濃度下，聚合鋁的投加量與COD去除率之間的關(guān)系曲線。）
3、試驗(yàn)結(jié)果分析
（1）從圖2中可知，隨著聚合鋁投加量的增大，COD去除率也隨之增加。并且在投加量低于15mg/l時(shí)，COD去除率增長較快。同時(shí)從圖中也可看出，在達(dá)到同樣去除率的情況下，對于不同濃度的原水，由于其中所含膠體有機(jī)物的量不同，因而所需聚合物的投加量也不同。在COD去除率相同的情況下，根據(jù)圖2，可圖解原水濃度不同時(shí)相應(yīng)的聚合鋁投加量，所得結(jié)果見表1。
對于不同的污水濃度COD去除率相同時(shí)聚合鋁相應(yīng)的投加量 （單位：mg/l）表1
污水濃度（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）污水中的有機(jī)污染物按其物理形態(tài)，可分為懸浮性、膠體性和溶解性三類有機(jī)物。混凝法的主要去除對象為膠體狀有機(jī)物。若已知某污水中懸浮性有機(jī)物的量，則混凝法所去除的有機(jī)物總量為所有懸浮性有機(jī)物與混凝沉淀所去除膠體狀有機(jī)物的總和，由此可算得某污水去除1mg膠體狀有機(jī)物所需混凝劑投加量。如對于原水COD為103．05mg/l 的污水而言，經(jīng)測這其中懸浮性ＣＯＤ占23％，則對該污水而言，去除1mg膠體性COD所需混凝劑投加量為0．257mg，詳細(xì)計(jì)算過程參見表2。
（3）對原水COD值為74．37mg/l、116．28mg/l、122．04mg/l、161．41mg/l的廢水而言（經(jīng)測定其中懸浮性有機(jī)物所占的比例分別為21％、28％、30％和32％），參照表2的計(jì)算方法，經(jīng)計(jì)算得到平均去除1mg膠體性COD所需的混凝劑投加量分別為0．240mg/l &nbs
p;、0．275mg/l、0．340mg/l和0．250mg/l，取其平均值為0．272mg/mg膠體COD。故對武漢市水質(zhì)凈化廠進(jìn)水而言，混凝劑的投量指標(biāo)可定為0．272mg/mg膠體COD。
3、聚合鋁投加量的確定
聚合鋁的投加量應(yīng)根據(jù)污水的進(jìn)水水質(zhì)以及所要達(dá)到的處理程度來確定。參照上述試驗(yàn)分析結(jié)果可計(jì)算得出不同濃度的污水其相應(yīng)的聚合鋁投加量，所得結(jié)果見表3。
去除單位數(shù)量的膠體狀COD所需聚合鋁投加量分析表
表2
總COD去除率（％） 45 50 55 60 65
膠體狀COD去除率（％） 22 27 32 37 42
膠體狀COD 去除量（mg/l） 22．67 27．82 33 38．12 43．28
聚合鋁投加量（mg/l） 6 7 8．2 9．8 11．2
平均投藥量C（mg/mg膠體COD） 0．265 0．252 0．248 0．257 0．259
C的平均值（mg/mg膠體COD） 0．257
聚合鋁投加量的確定
表3
進(jìn)水BOD5值（mg/l） 60 80 100 120 150
進(jìn)水COD值（mg/l） 86 140 195 250 330
強(qiáng)化一級處理COD去除率（mg/l） 65 65 65 50－65＊ 50－65＊
強(qiáng)化一級處理出水COD值（mg/l） 30 49 68 87－125 115－165
相應(yīng)出水BOD5值（mg/l） 18．7 24．0 29．0 35－45 42－56
去除膠體狀COD值（mg/l） 28 46 64 42－82 56－109
聚合鋁投加量（mg/l） 8 13 18 11－22 15－30
從表3中的分析結(jié)果可看出，當(dāng)進(jìn)水BOD5值低于100mg/l時(shí)，經(jīng)過混凝一級強(qiáng)化處理后，出水即可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中規(guī)定的一級或二級排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)進(jìn)水BOD5值在100－150mg/l之間時(shí)，經(jīng)過混凝處理后，出水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此還需在一級強(qiáng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行二級處理。
四、運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)分析
以武漢市水質(zhì)凈化廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)（BOD5值為150mg/l）和目前實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)（BOD5值為50－80mg/l）為例，分別確定出各自采用強(qiáng)化一級處理工藝流程時(shí)所需運(yùn)行費(fèi)用，并與該廠原有工藝流程（活性污泥工藝）進(jìn)行比較。
經(jīng)濟(jì)分析比較
進(jìn)水BOD5值（mg/l） 工藝流程 聚合鋁投加量（mg/l） 運(yùn)行費(fèi)用（萬元／年）
80 原有工藝流程 ／ 230．21
混凝強(qiáng)化一級處理＋沉淀原有工藝流程 13取15 53．90
150 原有工藝流程 ／ 399．25
混凝強(qiáng)化一級處理＋活性污泥法 15 283．27
五、結(jié)論
1、從表4中可以看出，進(jìn)水濃度較低時(shí)，采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝，其運(yùn)行費(fèi)用僅為原有工藝的23％左右；并且其工藝流程簡單、處理單元少、操作管理較方便。且在這種進(jìn)水濃度偏低的情況下，采用活性污泥法有機(jī)負(fù)荷偏低，活性污泥生長不良，不僅運(yùn)行費(fèi)用高，也給運(yùn)行管理帶來不便。因此，對于進(jìn)水濃度較低的污水，采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝較適宜。
2、當(dāng)進(jìn)水濃度較高時(shí)，采用混凝強(qiáng)化一級處理＋活性污泥工藝，其運(yùn)行費(fèi)用僅為原有工藝的70％左右。并且在污水廠建設(shè)與運(yùn)行中還具有很強(qiáng)的靈活性。當(dāng)污水濃度低于設(shè)計(jì)值或在資金不足的情況下，僅建設(shè)、運(yùn)行強(qiáng)化一級處理工藝流程，適當(dāng)增加混凝劑的投加量，即可使出水中的有機(jī)物大大降低，在一定程度上可以緩解資金不足與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的矛盾。當(dāng)污水濃度達(dá)到設(shè)計(jì)值并且資金充足的情況下，再在此基礎(chǔ)上建設(shè)、運(yùn)行二級處理工藝，可使用限的資金充分發(fā)揮其環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
3、采用混凝強(qiáng)化一級處理工藝，對我國許多南方城市污水處理廠較為適宜，如武漢、桂林、廣州等地的城市污水處理廠目前實(shí)際進(jìn)水有機(jī)物濃度均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，采用活性污泥工藝并不適宜，因此可先建強(qiáng)化一級處理工藝。在今后管網(wǎng)逐步趨于完善、進(jìn)水濃度有可能提高時(shí)，再在此基礎(chǔ)上增設(shè)二級處理工藝（如活性污泥法，生物接觸氧化法），這對經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)而環(huán)境污染又較嚴(yán)重的我國，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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