趙偉 魏丹 陳勇
（廈門市污水處理二廠）

1 前言

　　化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)（投加化學(xué)藥劑的強(qiáng)化一級(jí)處理）在污水處理的研究中歷時(shí)已久，但由于投加絮凝劑運(yùn)行費(fèi)用較高，所以一直阻礙其在實(shí)踐中的發(fā)展。近年來，廉價(jià)、高效絮凝藥劑的迅速涌現(xiàn)，使化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝的基建費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用都低于二級(jí)處理，且其總磷的去除率很高，在國(guó)外城市污水處理中已經(jīng)開始應(yīng)用。由于它適應(yīng)我國(guó)國(guó)情，在國(guó)內(nèi)也得到了普遍的重視，并且已經(jīng)取得了一定的研究成果。
　　廈門市污水處理二廠一九九六年開始運(yùn)行，為了節(jié)省近期投資，采用一級(jí)處理、深海排放的工藝，充分的利用了海洋的自凈能力。但由于一級(jí)處理去除率低，環(huán)境效益差，所以，利用現(xiàn)有工藝，將其改造為化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理，以較少的投資削減較大的污染負(fù)荷，創(chuàng)造良好的環(huán)境效益，是非常有現(xiàn)實(shí)意義的建設(shè)方案。為了找到最經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案，我們對(duì)廈門市污水處理二廠的進(jìn)水進(jìn)行了一些化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理的試驗(yàn)研究，以便為后續(xù)的中試試驗(yàn)提供科學(xué)的參數(shù)。

2 試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)污水水質(zhì)
　　我廠污水大部分為生活污水，有少量工業(yè)廢水。其水質(zhì)如下：

表1 廈門市污水處理二廠6月份進(jìn)水水質(zhì)（24h混合水樣） 項(xiàng)目 COD_cr(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) pH 濃度范圍 63.6～197.7 12.8～57.8 28.0～194.0 7.2～7.7

2.2試驗(yàn)藥劑及試驗(yàn)方法簡(jiǎn)述
2.2.1試驗(yàn)藥劑
　　選用5種混凝劑，其中無機(jī)混凝劑有4種：硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚合鋁鐵，配制濃度為10mg/ml。有機(jī)混凝劑1種：陰離子型聚丙烯酰胺（PAM）。配制濃度為0.1 mg/ml。各種藥劑必須當(dāng)天配制當(dāng)天使用，否則，有機(jī)高分子絮凝劑會(huì)降解，而無機(jī)絮凝劑則會(huì)水解產(chǎn)生沉淀，如果在其中加入硫酸溶解沉淀，則會(huì)影響混凝效果。
2.2.2試驗(yàn)方法
　　采用靜態(tài)燒杯試驗(yàn)，確定各混凝劑單獨(dú)作用和復(fù)合作用的處理效果。
　　單獨(dú)作用用六聯(lián)同步攪拌器，投入混凝劑后，160r/min攪拌20秒，100 r/min攪拌3分鐘，60 r/min攪拌3分鐘，靜置1小時(shí)，取上清液進(jìn)行分析。
　　復(fù)合作用先加入無機(jī)絮凝劑，充分與污水混合（2分鐘），再慢慢、均勻加入有機(jī)高分子絮凝劑，邊加入邊攪拌，加入后再緩慢攪拌半分鐘，即停止攪拌，靜置 1小時(shí)后，取上清液進(jìn)行分析。
2.2.3分析項(xiàng)目
　　由于處理后出水的SS很低，難以測(cè)定，所以首先以濁度為主要指標(biāo)來觀察各種藥劑對(duì)懸浮物的去除率，然后再分析COD_cr、BOD5、總P的去除效果。
2.3試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.3.1無機(jī)混凝劑單獨(dú)作用
　　無機(jī)混凝劑單獨(dú)作用時(shí)，要求其與污水迅速混合、反應(yīng)，并使小礬花不斷碰撞，變成大而結(jié)實(shí)，容易沉淀的礬花。由于污水中的膠體比較脆弱，且礬花形成相對(duì)容易，因此攪拌速度不宜過快。下表為不同混凝劑單獨(dú)作用對(duì)濁度的去除效果，并對(duì)照自然沉降的去除效果。

表二 投加聚合硫酸鐵 投加量(mg/L) 150 200 250 300 自然沉降 濁度 19.0 15.0 14.0 12.0 96 去除率(%) 88.8 91.2 91.7 92.9 43.5 注：原水濁度為170

表三 投加聚合氯化鋁 投加量(mg/L) 150 200 250 300 自然沉降 濁度 21.6 16.0 13.7 12.6 63.7 去除率(%) 80.4 85.4 87.5 88.5 42.1 注：原水濁度為110

表四 投加聚合鋁鐵 投加量(mg/L) 100 120 140 160 180 200 自然沉降 濁度 14.9 14.0 11.9 9.3 9.5 8.5 67.7 去除率(%) 91.3 91.8 93.0 94.6 94.4 95.0 60.4 注：原水濁度為171

表五 投加硫酸鋁 投加量(mg/L) 100 150 200 250 自然沉降 濁度 20.6 12.9 14.5 11.9 48.0 去除率(%) 78.8 86.7 85.1 87.7 50.5 注：原水濁度為97

表六 投加聚合鋁鐵 投加量(mg/L) 80 100 濁度 12.3 10.6 去除率(%) 84.5 86.7 注：原水取自然沉降上清液，濁度為79.5

　?。?）試驗(yàn)結(jié)果表明，無機(jī)絮凝劑都有明顯的強(qiáng)化處理效果，可大幅度提高懸浮物的去除率。增加藥量可以使去除率明顯提高。
　?。?）表六可充分說明，無機(jī)絮凝劑可去除大量自然沉降無法去除的膠體和小粒徑的懸浮物。說明其可以有效的壓縮雙電層，使膠體脫穩(wěn)。
　?。?）無機(jī)絮凝劑的投加量較大，運(yùn)行費(fèi)用高，產(chǎn)泥量大，所以不宜單獨(dú)使用。
2.3.2無機(jī)絮凝劑與有機(jī)絮凝劑復(fù)合作用
　　為了降低藥耗，節(jié)約成本，提高處理率，充分發(fā)揮不同絮凝劑間的協(xié)同作用，使無機(jī)絮凝劑與有機(jī)絮凝劑復(fù)配使用。復(fù)配使用中，先加入帶正電荷的無機(jī)絮凝劑，使污水中膠體脫穩(wěn)，再加入帶負(fù)電荷的陰離子型聚丙烯酰胺，使脫穩(wěn)后的膠體顆粒通過架橋作用和網(wǎng)捕作用迅速長(zhǎng)大。由于有機(jī)高分子容易機(jī)械降解，所以復(fù)配使用對(duì)水力條件要求較高。攪拌要均勻，速度要慢。下表為同一進(jìn)水下的自然沉降、復(fù)合作用、單獨(dú)作用對(duì)照的試驗(yàn)結(jié)果。

表七 同一進(jìn)水的對(duì)照結(jié)果 投加藥劑及加藥量 分析項(xiàng)目 COD_cr(mg/L) BOD5(mg/L) TP(mg/L) 濁度 進(jìn)水 317.0 56.4 4.4 170 自然沉降 出水 181.2 27.8 2.1 51.8 去除率 42.8% 50.7% 52.3% 69.5% 聚鐵200mg/L 出水 88.5 12.1 0.5 9.8 去除率 73.0% 78.5% 88.6% 94.2% 聚鋁200mg/L 出水 80.5 12.1 0.7 8.4 去除率 74.6% 78.5% 84.1% 95.1% 硫酸鋁50mg/L+PAM 1mg/L 出水 100.6 13.8 0.7 5.0 去除率 68.3% 75.5% 84.1% 97.1% 硫酸鋁100mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 88.1 11.8 0.6 4.0 去除率 72.2% 79.1% 86.4% 97.6% 硫酸鋁50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 57.9 14.5 0.7 5.0 去除率 81.7% 74.3% 84.1% 97.1% 聚鋁鐵50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 42.8 11.6 0.6 2.9 去除率 86.5% 79.4% 86.4% 98.3% 注：水溫為27℃ pH值為7.2 Cl-離子濃度為2327.6 mg/L

　?。?）從試驗(yàn)現(xiàn)象上看，復(fù)配使用所產(chǎn)生的絮體比單獨(dú)投加無機(jī)絮凝劑產(chǎn)生的絮體結(jié)實(shí)緊密，絮體形成速度和沉降速度快。
　　（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，復(fù)配使用可大大減少投藥量，且去除率明顯提高。以硫酸鋁50mg/L+PAM0.5 mg/L的投藥量，可以去除COD_cr、 BOD5、 TP和濁度分別達(dá)到81.7%、74.3%、84.1%和97.1%，出水指標(biāo)大大低于二級(jí)生化處理排放標(biāo)準(zhǔn)。
　?。?）出水總磷含量低于1.0mg/L的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)造成富營(yíng)養(yǎng)化的問題，避免造成象赤潮那樣的藻類的繁生問題。這是由于Al3+ 和Fe3+ 可與PO43- 反應(yīng)生成AlPO4和FePO4沉淀。
　?。?）投加鐵鹽和鋁鹽，處理效果差別不是很大，但投加鐵鹽后，出水色度偏高，所以鐵鹽的應(yīng)用將受到很大的限制。但鐵鹽除磷效果略好一些。
　　（5）投加聚合鋁鐵+PAM的去除率比投加硫酸鋁+PAM的去除率略高一些，但聚合鋁鐵、聚合氯化鋁等的價(jià)格是硫酸鋁的2~3倍，所以，硫酸鋁+PAM是我們的首選藥劑。
2.3.3本方法對(duì)其他水質(zhì)的適應(yīng)情況
　　本試驗(yàn)取其他污水廠進(jìn)水水樣，用硫酸鋁與PAM復(fù)合使用，對(duì)水樣進(jìn)行處理，結(jié)果如下。

表八 杏林污水處理廠水樣（其成分中工業(yè)廢水占大部分比例） 投加藥劑及加藥量 分析項(xiàng)目 COD_cr(mg/L) 濁度 進(jìn)水 182.6 70.5 硫酸鋁100mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 77.3 3.7 去除率 57.7% 94.8% 硫酸鋁50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 100.6 8.0 去除率 44.9% 88.7%

表九 廈門市污水處理一廠水樣（其成分中生活污水占大部分比例） 投加藥劑及加藥量 分析項(xiàng)目 COD_cr(mg/L) 濁度 進(jìn)水 139.1 44.0 硫酸鋁50mg/L +PAM 0.3 mg/L 出水 46.7 7.2 去除率 66.4% 83.6% 硫酸鋁50mg/L +PAM 0.5 mg/L 出水 52.2 6.7 去除率 62.5% 84.8%

　　從上述結(jié)果可以看出，本試驗(yàn)中所述方法對(duì)不同水質(zhì)均有很好的處理效果。對(duì)其他污水廠的改造也有借鑒和參考作用。
2.4工藝的比較及改造方案
2.4.1運(yùn)行特點(diǎn)及運(yùn)行費(fèi)用
　　強(qiáng)化一級(jí)處理由于工藝簡(jiǎn)單，所以運(yùn)行及維護(hù)都比較容易，不易受外界條件干擾，除磷效果穩(wěn)定。而二級(jí)生化處理工藝復(fù)雜，運(yùn)行管理與維護(hù)技術(shù)要求較高，易受外界條件干擾，受各種技術(shù)參數(shù)影響，除磷效果不穩(wěn)定。另外，對(duì)于象廈門市污水處理二廠這樣的污水，如用生物法處理，由于其COD_cr值低、Cl離子含量高，活性污泥將會(huì)生長(zhǎng)不良。所以，強(qiáng)化一級(jí)處理是比較合適的一種工藝。
　　一個(gè)一級(jí)處理廠的運(yùn)行管理費(fèi)用一般為0.2元人民幣左右。以上述硫酸鋁50mg/L+PAM0.5 mg/L的投藥量計(jì)算，每噸硫酸鋁大約為1000元人民幣，每噸高分子絮凝劑大約為2萬1千元人民幣，每噸污水只需加入0.06元人民幣的藥劑，即可使出水混濁度和COD_cr的去除率從原來的69.5%和42.8%提高到97.1%和81.7%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到二級(jí)生化處理的排放標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于同樣的二級(jí)生化處理廠來說，其運(yùn)行管理費(fèi)用大約為0.5元人民幣以上，所以本文所討論的強(qiáng)化一級(jí)處理工藝將節(jié)省運(yùn)行管理費(fèi)用50%左右。
2.4.2關(guān)于基建費(fèi)用
　　一般而言，修建一座二級(jí)生化污水處理廠的基建投資費(fèi)用是1500元/(日處理1噸污水)，修建一座一級(jí)強(qiáng)化型污水處理廠的基建投資費(fèi)用700元/(日處理1噸污水)，所以化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理基建費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。而對(duì)于廈門市污水處理二廠而言，將原有的一級(jí)處理工藝略加改造即可，所以投資少，效果好。
2.4.3關(guān)于污泥的初步測(cè)算
　　由于化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝將去除絕大部分的SS，所以產(chǎn)生的污泥量會(huì)較大。按照5～7月的平均值，廈門市污水處理二廠SS去除率為68%，平均每天產(chǎn)生污泥14立方米（含水率68.2%左右）。改造后，如果SS去除率提高到90%，污泥量將提高到平均每天18.5立方米。
2.4.4工藝改造方案
　　廈門市污水處理二廠原有工藝大致如下：格柵→曝氣沉砂池→平流式沉淀池→深海排放。這種工藝SS和 COD_cr的去除率大約在50%和30%左右。受水質(zhì)影響處理效果不穩(wěn)定。將其改造為強(qiáng)化型，可以將曝氣沉砂池改為混合反應(yīng)池，即改為：格柵→加無機(jī)藥劑→氣曝混合反應(yīng)池→加有機(jī)藥劑→平流式沉淀池→深海排放。此工藝與香港昂船洲污水處理廠的工藝十分相似，香港昂船洲污水處理廠運(yùn)行平穩(wěn)，其SS去除率在80%左右。所以化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝在廈門市污水處理二廠有很高的可行性。

3 結(jié)論

　　化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝基建投資少，占地面積小，運(yùn)行管理靈活簡(jiǎn)便，運(yùn)行費(fèi)用低，處理過程穩(wěn)定可靠，是極具生命力的新型技術(shù)。對(duì)于廈門市污水處理二廠的污水，選用硫酸鋁與陰離子型聚丙烯酰胺復(fù)合使用，投藥量為硫酸鋁50mg/L+PAM0.5 mg/L，藥劑費(fèi)用為每噸污水0.06元人民幣，即可使出水達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，且總磷的含量低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

　　1 任潔，等.上海合流污水物化法強(qiáng)化一級(jí)處理的中試研究.《給水排水》，1999；25（9）
　　2 尤作亮，等.城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理的研究進(jìn)展.《中國(guó)給水排水》，1998，14（5）
　　3 艾嘉和.香港昂船洲污水處理廠《中國(guó)給水排水》，1999，15（6）