欒兆坤1， 張錦華2， 孔凡銘3， 韓德來3
(1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水化學(xué)國家重點實驗室， 北京100085；
2.浙江省路橋污水處理有限公司， 浙江臺州318050；3.曲阜市污水處理廠， 山東曲阜273100)

　　 摘 要： 依據(jù)近年來的研究結(jié)果，詳細(xì)地闡述了城鎮(zhèn)污水的基本特性、二級生化處理的經(jīng)濟(jì) 分析以及國內(nèi)外強(qiáng)化絮凝處理工藝技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點。在此基礎(chǔ)上，提出將強(qiáng)化絮凝工藝技術(shù)作為我國現(xiàn)階段水環(huán)境污染治理及城鎮(zhèn)污水過渡處理的措施，這對緩解各地政府由于資金嚴(yán)重不足而無法開展區(qū)域性水環(huán)境污染治理以及城鎮(zhèn)污水處理的局面具有重要而實際的意義。
　　關(guān)鍵詞： 水環(huán)境污染； 城鎮(zhèn)污水； 強(qiáng)化絮凝工藝； CEPT法
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編號： 1000-4602(2002)01-0030-04

　　強(qiáng)化絮凝技術(shù)(簡稱CEPT法)是在一級處理工藝基礎(chǔ)上，通過投加化學(xué)絮凝劑等強(qiáng)化措施去除污水中各種污染物，它可在短時間內(nèi)以較少的投資和較低的運行費用大幅度削減污染負(fù)荷，緩解當(dāng)前我國亟待解決的水環(huán)境污染問題。

1 污水基本特性

　　城鎮(zhèn)污水中的大多數(shù)污染物都是以顆粒形態(tài)存在，依據(jù)顆粒大小可將污水中的污染物質(zhì)分為溶解態(tài)、膠體態(tài)、超膠體態(tài)和懸浮態(tài)，其分布范圍及性質(zhì)見表1。

表1 城市污水中污染物的性質(zhì) 顆粒直徑(μm) ＜10^-5 10^-5 10^-4 10^-3 10 ^-2 10^-1 1 10 100 1 000 ＞1 000 顆粒分類 溶解態(tài) 膠體態(tài) 大分子膠體態(tài) 超膠體態(tài) 懸浮態(tài) 所占比例(%) 31.2 13.7 25 32 預(yù)處理難易程度 處理 沉淀 易沉淀 可生化性能 惰性 直接生化 可生化降解 生化降解緩慢 惰性不可降解 生物化學(xué)氧化速率常數(shù)(d-1、以10為底的指數(shù)) 0.39 0.22 0.09 0.08

　　圖1是不同處理工藝對城市污水COD的去除率。

　　一般來講，一級沉淀處理過程主要依賴于顆粒沉降速率和沉淀時間。若廢水中污染物的平均密度為1.2g/m³、水溫為25 ℃、初級沉淀池設(shè)計負(fù)荷為32～48m³/(m²·d)、能夠通過初級沉淀去除的最小粒徑為54～67μm的污染物，則COD去除率一般在20%～30%。生化處理過程對COD的去除率為60%～80%(取決于BOD/COD比值)，一般生化降解速率還與顆粒粒徑及分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，只有分子質(zhì)量＜1000u的溶解態(tài)有機(jī)物(BOD組分)才能被微生物迅速降解，高分子量或顆粒態(tài)有機(jī)物則要經(jīng)過水解轉(zhuǎn)化成溶解態(tài)才能被微生物降解，這成為生物降解速率的限制因素并且影響生物膜厚度、介質(zhì)表面以及溶解氧的擴(kuò)散。通常，廢水中0.1～10 μm的膠體污染物處于穩(wěn)定懸浮狀態(tài)，一般難以沉淀或降解，采用CEPT法 能夠快速將其凝聚成粗大絮體顆粒而沉降去除。

2 二級生化處理綜合效益分析

　　我國目前城市污水普遍采用二級生化處理工藝，該法處理效果好，但投資大(1000～1 500元/m³)、運行費用高(1.0～1.5 元/m3)、建設(shè)周期長、占地面積大。以建設(shè)處理能力為10×10⁴m³/d的城市污水處理廠為例，約需投資1.0～1.2億元，占地8～10 hm2，加上污水管網(wǎng)投資與建設(shè)，總投資接近或超過2億元，且2～3年后才能正常運行。如目前北京污水處理量為104×10⁴m³/d(占其總量的40%)，直接運行費用為1.8 億元/a，約合0. 5元/m³，維修更新費用為2.1億元/a，總計3.9億元/a，平均運行費用為1.04 元/m3 。而小規(guī)模污水處理廠投資、運行費用更高，尤其是2×10⁴m³/d以下的污水處理廠，投資費用高達(dá)2000元/m³，運行費用則要1.2～1.5元/m³。
　　發(fā)達(dá)國家城鎮(zhèn)污水主要是生活污水，工業(yè)廢水所占比例相對較少且必須處理達(dá)標(biāo)才能進(jìn)入城市污水管網(wǎng)，因而BOD/COD比值相對較高，易生化處理。我國城鎮(zhèn)污水是生活污水與工業(yè)廢水混合組成，一般工業(yè)廢水比例較高(約占50%以上)，而且工業(yè)廢水治理排放達(dá)標(biāo)率較低，即使處理達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于多數(shù)采用生化處理，污水的BOD/COD比值相對較低(一般在0.3以下)，不易生化處理，必須加大生化停留時間或延時曝氣和采取保溫 措施才能得到有效處理，這勢必使處理廠投資與運行費用進(jìn)一步增大。此外，我國南方城市污水COD值一般較低(在200 mg/L)，而氮磷含量較高，傳統(tǒng)生化法對氮磷去除率很低，只有增加處理容積，增大回流比，才能提高氮磷去除率，這也導(dǎo)致投資與運行費用顯著增加。

3 CEPT工藝發(fā)展與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析

3.1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
　　瑞典、挪威、芬蘭等北歐國家的中小城鎮(zhèn)污水處理廠大部分采用化學(xué)處理，以較低投資和運 行費用達(dá)到或接近生化處理效果，尤其磷去除率明顯超過生 化處理(達(dá)到90%以上)。如挪威現(xiàn)有2/3的城鎮(zhèn)污水采用CEPT法處理，其中最大污水處理廠(O slo west)處理能力為40×10⁴m³/d，COD和總磷去除率分別超過70%和90%。
　　美國、加拿大等城市也采用CEPT法或結(jié)合生化工藝處理城市污水。如美國圣地亞哥和洛杉磯污水處理廠連續(xù)運行5年，SS、總磷、重金屬去除率一直均保持在85%以上，BOD去除率為51%～56%，而基建投資和運行費用卻只有二級生化處理廠的30%～40%。其他一些污水處理廠通過采用CEPT與生化法結(jié)合，不僅大幅度提高了SS、BOD及磷的去除率，同時又顯著削減了運行費用。
　　我國臺灣、香港等地是研究和利用CEPT法處理城市污水的典型城市，根據(jù)香港環(huán)境署研究報告，利用CEPT技術(shù)可使污水SS、總磷去除率提高到85%以上，BOD去除率很容易達(dá)到50%以上，可節(jié)省投資40%～50%。因此，目前香港昂船洲污水處理廠一期采用FeCl3強(qiáng)化絮凝處理，處理量為350×10⁴m³/d，并在此基礎(chǔ)上加建生化處理(二期)。我國內(nèi)地目前仍處于研究探討階段，尚無實際工程范例。
3.2 處理效率及影響因素分析
　　大量國內(nèi)外試驗與運行結(jié)果表明，CEPT法可顯著去除城鎮(zhèn)污水中各種有毒有害污染物，如SS、重金屬、磷等的去除率可達(dá)90%以上，難降解有機(jī)物的去除率達(dá)到80%以上，雖然它對 BOD的去除效率低于傳統(tǒng)二級生化處理工藝，但仍可去除20%～50%，且能明顯提高污水可生化性。最近對COD含量為150～800 mg/L、總磷含量為4～10 mg/L的深圳、上海、北京、山東、江蘇、云南等城市污水進(jìn)行的CEPT法處理試驗表明，一般SS去除率可達(dá)90 %以上、COD去除率達(dá)47%～76%、總磷去除率達(dá)70%～85%、總氮去除率為20%～30%、各類重金屬離子去除率在80%～100%，處理后出水中的8種陰、陽離子濃度基本沒有變化。因此，CEPT工藝達(dá)到了顯著降低水中大部分污染負(fù)荷的效果。
　　實際處理效果與污水污染物種類及含量有關(guān)。圖2、3是采用CEPT法處理多種城鎮(zhèn)污水所得到的COD去除率及其與BOD/COD比值的相關(guān)關(guān)系。

　　由圖2、3可見，COD含量或BOD/COD比值越低，處理效果越好。對于COD含量在250 mg/L以下、BOD/COD＜0.3的污水，采用復(fù)合型聚鋁絮凝劑進(jìn)行強(qiáng)化絮凝處理，處理后出水COD一般可降至50 mg/L以下，基本達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　對于BOD/COD＜0.3、COD含量在250 mg/L以下、總磷含量為5～8 mg/L的污水，復(fù)合型聚鋁絮凝劑投加量在20～30 mg/L時，COD值可降低到50 mg/L以下，但總磷僅降低至3～4mg/L，只有絮凝劑量達(dá)到40～50 mg/L以上時，才能使污水總磷含量降低到1 mg/L 以下。根據(jù)復(fù)合型絮凝劑市場售價(1800～2000 元/t)估算，投加20～30 mg/L時，絮凝劑費用為0.05～0.07元/m³；投加50～60 mg/L，絮凝劑費用為0.09～0.12元/m³。再加上電耗、人工費用等，綜合運行成本為0.20～0.30元/m³左右。
　　為了進(jìn)一步推廣和驗證CEPT法對小流域納污河道的治理效果，對深圳龍崗、觀瀾和燕川等污水河進(jìn)行了試驗研究。結(jié)果表明，對COD為120～200 mg/L、總磷為3～6 mg/L、SS為150～180 mg/L的3條納污河污水，處理后出水指標(biāo)除了氨氮外均達(dá)到地表水五類標(biāo)準(zhǔn)。由 于采用該法在短時間內(nèi)可有效改善并緩解廣東東江水質(zhì)污染加劇狀況，因而得到深圳市政府的極大重視和支持，決定在流量為(3～4)×10⁴m³/d的污水河(河水水質(zhì)呈黑褐、惡臭狀 ，COD、氮、磷、SS含量分別為200～300 mg/L、18～30 mg/L、5～7 mg/L、200 ～300 mg/L)進(jìn)行中試試驗，利用河道構(gòu)筑簡易攔水壩和水力混凝反應(yīng)設(shè)施，處理出水水質(zhì)呈清澈透明狀，COD降至60 mg/L、磷降至0.8～1.2 mg/L、SS降至15 mg/L以下。
3.3 污泥產(chǎn)量分析
　　CEPT法產(chǎn)生的污泥量及污泥處置是人們所關(guān)注的問題。與生化處理相比，加入混凝劑將會增加處理過程的污泥量。污泥產(chǎn)生量可用下式表示：
　　SP=SS_in-SS_out+K_prec×D
　　式中　SP——污泥產(chǎn)生量，(g/m³)
　　　　　SSin、SSout——分別為進(jìn)、出水中懸浮固體濃度，g/m³
　　　　　Kprec——污泥產(chǎn)率系數(shù)，g/g，對于鐵系混凝劑為4～5，鋁系為6～7
　　　　　D——金屬混凝劑投量，g/m³
　　從上式可見，如果保持污染物去除率同時減少污泥產(chǎn)生量，只有減小K值或D值。在實際應(yīng)用中，混凝劑投加量在很大程度上決定于對除磷的要求。一般情況下，由于絮凝劑投加量很少，污泥增加量并不比生化法多，而且強(qiáng)化絮凝產(chǎn)生的污泥密實性、脫水性、沉降性均比生化法好。一般生化污泥生成率約為40%，污泥含水率在98%以上；而強(qiáng)化絮凝污泥生成率為45%～50%，污泥含水率為92%～95%。雖然強(qiáng)化絮凝生成的污泥量略大于生化處理工藝，但易于脫水且不需要添加有機(jī)高分子絮凝劑，污泥可直接填埋或加以綜合利用。
3.4 絮凝劑的開發(fā)
　　目前世界各國(地區(qū))城市污水CEPT法處理的絮凝劑大多采用傳統(tǒng)鋁、鐵鹽凝聚劑與石灰或有機(jī)高分子絮凝劑配伍使用，與石灰配伍所需投加量大(100～300 g/t)、生成污泥量也較大，而與有機(jī)聚合物配伍使用可顯著降低藥劑投加量、減少污泥量，但因有機(jī)聚合物售價較高，運行費用并不能得到明顯降低。我國主要采用具有資源和技術(shù)優(yōu)勢的無機(jī)高分子聚合鋁或聚合鐵絮凝劑，凈化處理效果顯著且運行費用低，尤其近年中科院研制開發(fā)了高效價廉礦物復(fù)合型無機(jī)高分子絮凝劑、管式渦旋反應(yīng)器以及攔截沉淀等適配的強(qiáng)化絮凝工藝技術(shù)，效果顯著。

4 CEPT工藝亟待推廣

4.1 必要性及緊迫性
　　目前我國對于量大面廣的城市污水污染問題缺乏適合國情的高效、低耗處理技術(shù)。城市污水處理廠所采用的技術(shù)與設(shè)備幾乎與發(fā)達(dá)國家在同一水平，部分設(shè)備由國外進(jìn)口，耗資巨大。據(jù)統(tǒng)計，我國目前污水排放量為1.37×10⁸m³/d，僅有10%得到處理。按國家“十五” 環(huán)保規(guī)劃，到2005年我國城市污水處理率要達(dá)到50%以上，需開工建設(shè)的城市污水處理廠多達(dá)200個，總投資逾千億元，加上市政管網(wǎng)建設(shè)費用，總投資將超過2000億元，年運行費約在250億元以上。作為只能帶來環(huán)境與社會效益而無經(jīng)濟(jì)效益的污水處理廠，面對如此龐大的基建投資及運行費用，如不采取與現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的處理技術(shù)，盲目攀比而投資建設(shè)將是十分危險的。以淮河治理為例，由于城市二級污水廠的巨額投資，致使目前已規(guī)劃的52座污水處理廠遲遲不能開工，或因運行費高昂而無法正常運行，以致預(yù)期的淮河水環(huán) 境污染治理目標(biāo)短期內(nèi)無法實現(xiàn)。
　　隨著小城鎮(zhèn)建設(shè)的迅速發(fā)展，各地流域水質(zhì)污染狀況進(jìn)一步惡化，小城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模大多在(2～3)×10⁴m³/d以下，如仍沿用傳統(tǒng)生化處理工藝，必將成為當(dāng)?shù)卣某林刎?政負(fù)擔(dān)，推廣簡易實用的強(qiáng)化絮凝處理工藝是切實可行的。
　　納污河流治理往往需要投入大量費用。強(qiáng)化絮凝工藝具有適應(yīng)天然河道水力及污染物負(fù)荷變化大的特點，特別是去除磷與COD污染物的效果更明顯，這對減輕我國南方區(qū)域性河流和湖泊富營養(yǎng)化具有重要應(yīng)用價值。因此，暫時利用這些納污河道進(jìn)行人工強(qiáng)化絮凝凈化處理，尤其是枯水期在其上游構(gòu)筑簡易強(qiáng)化絮凝凈化處理設(shè)施，或在下游修建小型強(qiáng)化絮凝處理廠作為水環(huán)境污染治理的應(yīng)急工程，這對于緩解由于治理資金嚴(yán)重不足而無法開展治理區(qū) 域性水環(huán)境污染的困難局面具有十分重要的意義。如深圳觀瀾河的30×10⁴m³/d枯水期 強(qiáng)化絮凝處理示范工程已投入運行，處理費用不超過0.15元/m³。
4.2 改革城鎮(zhèn)污水運營方式
　　長期以來，我國市政建設(shè)及運營管理基本都是采取國家及地方財政全包承攬方式，污水處理廠需耗用大量地方財政補(bǔ)貼。因此，建立市場經(jīng)濟(jì)條件下的新的管理運營體制，鼓勵水處理 工程設(shè)施運行服務(wù)產(chǎn)業(yè)化勢在必行。深圳在這方面的經(jīng)驗值得借鑒，項目采用招標(biāo)形式，政府投資，環(huán)保公司按政府額定的工程投資和噸水處理費用承建應(yīng)急工程設(shè)施并運營管理，由環(huán)保部門執(zhí)法監(jiān)督。這樣政府既節(jié)省了大量投資和運營費用，又有效地保證了處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)。這種市場運營機(jī)制是我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
4.3 加強(qiáng)強(qiáng)化絮凝工藝研究
　　強(qiáng)化絮凝工藝是近年來國外城市污水深度處理研究的熱點，國內(nèi)也需要加強(qiáng)這方面的科學(xué)研究。首先是研究開發(fā)適用于化學(xué)強(qiáng)化處理的高效、廉價絮凝劑規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化技術(shù)；二是研究強(qiáng)化水力反應(yīng)設(shè)備及構(gòu)筑物的優(yōu)化設(shè)計；三是開發(fā)在線自控投藥與監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)并建立示范工程，使示范工程成為推廣CEPT法的有力范例。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］ Donald RF Harleman.An innovative approach to urban wastewater treatment in the d eveloping world［J］.Water 21，2001,(6)：44-48.
　?。?］ Denny S Parker.The future of chemically enhanced primary treatment:evolutiong no t revolution［J］.Water 21，2001，(6)：49-53.
　?。?］ 邱慎初.化學(xué)強(qiáng)化一級處理(CEPT)技術(shù)［J］.中國給水排水，2000，16(1)： 26-29.
　?。?］ 欒兆坤，湯鴻霄.我國無機(jī)高分子絮凝劑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與規(guī)劃［J］.工業(yè)水處理,2000，16(11)： 1-6.
　?。?］ 王曙光，欒兆坤，宮小燕，等.CEPT技術(shù)處理污染河水的研究［J］.中國給 水排水,2001,17(4)：16-18.
　　［6］ Odegaard H，Skrovseth A F.An evaluation of performance and process stability of d ifferent processes for small wastewater treatment plants［J］.Wat Sci Tech，1995 ，35(6)：119-127.
　?。?］ Tiehm A，Herwig V，Neis U.Particle size analysis for improved sedimentation and filtration in wastewater treatment［J］.Wat Sci Tech,1999,39(8)：99-106.
　?。?］ Odegaard H，Karlsson I.Chemical wastewater treatment-value for money［A］.In:Che mical Water and Wastewater Treatment(Ⅲ)［C］.Berlin：Springer Verlag,1994.

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　　收稿日期：2001-08-06