楊開1，康健雄2，張永波1，呂斌1，王宏宇1
( 1.武漢大學(xué)土木工程學(xué)院，湖北武漢430072；2.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430074)

　　摘　要： 采用微生物絮凝劑普魯蘭(Pullulan)和聚合氯化鋁復(fù)合絮凝的方法，對(duì)我國南方低濃度城市污水進(jìn)行了強(qiáng)化一級(jí)處理試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在最佳復(fù)配比和最佳絮凝動(dòng)力學(xué)條件下，復(fù)合絮凝劑對(duì)污水濁度、COD、TP、NH₃-N等指標(biāo)的去除率分別達(dá)到95%、58%、91%、15%以上，且具有污泥沉降與脫水性能良好、處理費(fèi)用低等特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：城市污水處理；微生物絮凝劑；普魯蘭；強(qiáng)化一級(jí)處理
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)02-0043-03

　　我國南方城市污水濃度普遍偏低，大多數(shù)二級(jí)污水處理廠實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，這不僅給運(yùn)行管理帶來不便，而且造成資金和能源的巨大浪費(fèi)^［1］。事實(shí)上在某些條件下，這種中低濃度污水經(jīng)一級(jí)或強(qiáng)化一級(jí)處理后也可接近排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究適宜的“低投資，少能耗”的城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)，對(duì)于提高我國南方城市污水處理普及率、有效削減污染物排放總量、控制水環(huán)境污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。
　　微生物絮凝劑是具有高效絮凝活性的微生物代謝產(chǎn)物，其化學(xué)本質(zhì)主要是糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等。與傳統(tǒng)化學(xué)絮凝劑(鋁鹽、鐵鹽和聚丙烯酰胺)相比，具有安全無毒、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是化學(xué)絮凝劑理想的替代產(chǎn)品。?

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 普魯蘭生物絮凝劑
　　研究采用華中科技大學(xué)康健雄開發(fā)的普魯蘭作為微生物絮凝劑，它是出芽短梗霉(Aureoba sidium Pullulans)胞外產(chǎn)生的粘性多糖大分子物質(zhì)，表面帶負(fù)電荷，具有無毒、可食及可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的微生物絮(助)凝劑^［2］。?
　　普魯蘭為無定形多糖，分子量大小取決于聚合度DP(Degree of Polymerization)；DP及相對(duì)分子量范圍分別在200～500個(gè)葡萄糖殘基和2×10⁵～1.0×10⁷間。一般分子量越大絮凝劑活性越高。
　　在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，普魯蘭適用pH值范圍為2～10，有較高的熱穩(wěn)定性及粘稠感，其粘度隨分子量增加而提高、隨溫度升高而下降。一般平均相對(duì)分子量為4×10⁵的1%普魯蘭水溶液在30℃時(shí)的粘度約為5000Pa·s，且與pH值無關(guān)。?
1.2　污水水質(zhì)
　　試驗(yàn)所用污水水樣取自武漢市水質(zhì)凈化廠原水收集管渠系統(tǒng)，水質(zhì)見表1。

表1　試驗(yàn)污水水質(zhì) 項(xiàng)目 COD(mg/L) BOD₅(mg/L) NH₃-N(mg/L) TP(mg/L) SS(mg/L) 濁度(NTU) pH值 范圍 60～140 30～80 7～11 15～29 60～100 24～96 7.0～7.3

1.3　測(cè)試項(xiàng)目及方法
　　濁度：采用2100P型濁度儀；?
　　氨氮：蒸餾納氏試劑比色法；?
　　總磷：抗壞血酸還原法；?
　　污泥含水率：水分快速測(cè)定儀；?
　?COD?：重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法；?
　　絮凝試驗(yàn)：DBJ—621型六聯(lián)定時(shí)變速攪拌機(jī)；?
　　脫水試驗(yàn)：采用真空泵和布氏漏斗將泥樣先進(jìn)行真空抽濾，至水分抽干，取泥餅測(cè)定。
　　需要說明的是，采用濁度作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)的原因：一是原水中懸浮物濃度較低，二是濁度測(cè)量更方便。

2　結(jié)果及分析

2.1　最佳復(fù)合配比的確定
　　前期的試驗(yàn)表明，由于普魯蘭羥基官能團(tuán)的存在使普魯蘭分子呈現(xiàn)一定的負(fù)電性，因此單獨(dú)使用普魯蘭對(duì)城市污水中同樣帶負(fù)電荷的懸浮物無絮凝效果，只宜作為助凝劑與陽離子混凝 劑復(fù)配使用。為此，首先通過試驗(yàn)確定試驗(yàn)條件下的最佳復(fù)配比。具體做法是先確定聚合氯化鋁的最佳投加量，然后在這一投量的基礎(chǔ)上，找出復(fù)合使用時(shí)普魯蘭的最佳投量。反應(yīng)條件為：快速混合攪拌(200r/min)1min+慢速反應(yīng)攪拌(60r/min)10min。復(fù)合藥劑投 加順序?yàn)椋合燃悠蒸斕m快速攪拌1min后再加聚合氯化鋁。?
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，COD的去除率隨著聚合氯化鋁投加量的增大而提高，超過15mg/L以后的濁度去除率則可能由于再穩(wěn)定現(xiàn)象而有所下降，而此區(qū)間的COD去除 率卻未同步下降，估計(jì)可能和原水中有機(jī)物的組分與性質(zhì)有關(guān)。聚合氯化鋁投加量為15mg/L時(shí)，濁度去除率出現(xiàn)一個(gè)峰值(96.5%)，COD去除率也較高(達(dá)51%)，故以15mg/L作為最佳投加量。?
　　聚合氯化鋁投加量固定不變時(shí)，濁度和COD去除率隨著普魯蘭投加量的增大而提高，普魯蘭投加量達(dá)到0.52mg/L時(shí)，絮凝效果明顯改善，出水濁度和COD去除率相對(duì)于未加普魯蘭時(shí)分別提高了20%和5.5%；普魯蘭投加量超過0.6mg/L 后濁度和COD去除率增加不再顯著，因此確定普魯蘭的最佳投量為0.6mg/L。
　　按以上配比投加普魯蘭和聚合氯化鋁時(shí)，濁度和COD的去除效果與單獨(dú)投加較多聚合氯化鋁(30～40mg/L)時(shí)相當(dāng)，因此將最佳復(fù)合配比定為：0.6mg/L普魯蘭+15mg/L聚合氯化鋁。
2.2　影響絮凝效果的因素
　　由于影響因素眾多，故在單因素法的基礎(chǔ)上采用正交方法考察絮凝劑的投加順序、pH值、攪拌方式、沉淀時(shí)間、溫度等因素對(duì)絮凝效果的影響，優(yōu)化各單因素水平。正交試驗(yàn)的因素水平見表2，因素與指標(biāo)的關(guān)系見圖1。
　　對(duì)圖1作極差分析可知：?
　　①影響絮凝效果各因素的主次順序?yàn)樵|(zhì)、pH值、反應(yīng)時(shí)間、沉淀時(shí)間、普魯蘭投加量、投加方式、快速混合攪拌時(shí)間、慢速反應(yīng)攪拌速度、快速混合攪拌速度、聚合氯化鋁投 加量。其中對(duì)絮凝沉淀效果影響最大的因素是原水水質(zhì)和pH值。
　?、谟捎谠囼?yàn)原水有機(jī)物濃度較低(COD一般在80mg/L左右)，考慮到原水水質(zhì) 的波動(dòng)性影響，因此將聚鋁的最優(yōu)水平定為15 mg/L，最后確定復(fù)合絮凝劑的最佳絮凝條 件是pH值為中性左右(對(duì)于城市污水，一般不必另行調(diào)節(jié))；復(fù)合配比為0.6mg/L普魯蘭+15mg/L聚合氯化鋁。最佳絮凝動(dòng)力學(xué)條件為同時(shí)投加普魯蘭和聚合氯化鋁，在250r/min的速 度下快速攪拌1min，再以60 r/min的速度慢速攪拌10min，相應(yīng)的G值為23s-1，GT值為1.4×10⁴；最佳沉淀時(shí)間為30 min。

表2　正交試驗(yàn)的因素水平 因素 原水水質(zhì) 普魯蘭投加量（mg/L) 聚合氯化鋁投加 量(mg/L) 反應(yīng)時(shí)間(min) 快速混?合攪拌?速 度(r/min) 慢速反應(yīng)攪拌速度(r/min) 快速混合攪拌時(shí)間(min) 投加方式 沉淀時(shí)間?(min) pH值 水平 A B C D E F G H I J 水平1 A1 0.5 10 10 200 40 0.5 先普劑 30 7 水平2 A2 0.6 15 15 250 60 1 同時(shí) 45 8.5 注：水樣A1的COD=77.42 mg/L；水樣A2的COD =81.11 mg/L。

2.3 原水水質(zhì)對(duì)絮凝效果的影響
　　在最佳復(fù)合配比和最佳絮凝動(dòng)力學(xué)條件下，原水COD的變化對(duì)絮凝效果的影響見圖2。?
　　由圖2可見，復(fù)合絮凝劑對(duì)城市污水水質(zhì)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。當(dāng)原水COD值在58～140mg/L范圍內(nèi)變化時(shí)，COD去除效果雖有一定程度的波動(dòng)(58%左右)，但基本上都能保證較高的去除率(達(dá)52%以上)，平均出水水質(zhì)優(yōu)于國家污水綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還說明，對(duì)于不同的原水水質(zhì)均應(yīng)存在一最佳復(fù)配比，這就對(duì)日常的運(yùn)行管理提出了一定的要求。

2.4　復(fù)合絮凝劑的脫氮除磷效果
　　按最佳復(fù)配比劑量和最佳絮凝動(dòng)力學(xué)條件進(jìn)行絮凝沉淀試驗(yàn)，測(cè)定上清液氨氮(NH₃-N)和TP等指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　復(fù)合絮凝劑的脫氮除磷效果 指標(biāo) 原水水質(zhì)(mg/L) 出水水質(zhì)(mg/L) 去除率(%) NH₃-N 10.7 9.08 15.06 TP 29.28 2.73 90.7

　　表3表明，復(fù)合絮凝劑對(duì)磷的去除效果顯著(去除率為90.7%)，對(duì)NH₃-N的去除率約為15%。
2.5　復(fù)合絮凝劑沉淀污泥的性質(zhì)
　　取最優(yōu)條件下絮凝沉淀30min后杯底污泥，測(cè)試其靜置濃縮性能。濃縮污泥體積與時(shí)間的關(guān)系見表4，抽濾脫水前后測(cè)試的泥渣含水率見表5。

表4　復(fù)合絮凝劑沉淀污泥量的測(cè)定結(jié)果 時(shí)間(min) 0 15 30 60 污泥體積(mL) 40～50 30～35 20～25 15～18 污泥量與污水的體積比(%) 5～6.25 3.75～4.375 2.5～3.125 1.875～2.25 表5 復(fù)合絮凝劑沉淀污泥含水率的測(cè)定結(jié)果 %? 泥樣 沉淀污泥 抽濾前污泥 抽濾后污泥 含水率 99.4～99.5 99.1～99.3 75.13～76.1

　　據(jù)表4可知，絮凝沉淀的產(chǎn)泥量不大，其污泥體積約為污水體積的5%～6%，而且沉淀后污泥的重力濃縮性能很好，在未加任何絮凝劑的情況下，只需30～60min時(shí)間，其污泥體 積就可以減少2/3左右，濃縮效率較高。?
　　由表5可見，沉淀污泥的含水率高(達(dá)99.4%)，這主要是污水中懸浮固體含量很低的緣故。抽濾后污泥的含水率下降了24%以上，泥餅的含水率降到75%左右，這在一定程度上反映了沉淀污泥的脫水性能優(yōu)于普通的“鋁泥”，有關(guān)資料表明^{［3、4］}“鋁泥”脫 水較難，脫水泥餅含水率一般為80%～90%。?

3　處理費(fèi)用

　　如果處理費(fèi)用僅考慮沉砂池后工藝所需電費(fèi)及藥劑費(fèi)，按聚合氯化鋁投量為15mg/L、普魯蘭投量為0.6mg/L考慮，經(jīng)測(cè)算處理費(fèi)用為0.09元/m³，經(jīng)濟(jì)效益極其顯著。

4　結(jié)論

　　在最佳絮凝條件下，復(fù)合絮凝劑強(qiáng)化一級(jí)處理效果良好，多數(shù)出水水質(zhì)指標(biāo)接近或優(yōu)于國家一級(jí)出水水質(zhì)；污泥沉降、脫水性能良好，且產(chǎn)泥量小。?
　　②對(duì)于南方城市低濃度污水，該方法處理效果接近常規(guī)二級(jí)污水處理，具有投資省、處理費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　?、塾捎谝晕⑸镄跄齽┎糠痔娲藷o機(jī)絮凝劑，這對(duì)改善化學(xué)污泥性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)污泥處理與處置的無害化和多樣化大有裨益。

參考文獻(xiàn)：

　?。?］邵林廣.南方城市污水處理廠實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值的原因及其對(duì)策［J］.給水排水，1 999，25(2)：11-13.
　　［2］康健雄.短梗霉多糖絮凝劑的研究［J］.適用技術(shù)市場(chǎng)，1996，(12)：3-5.
　?。?］卡爾普R L，等.城市污水高級(jí)處理手冊(cè)［M］.張中和譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.
　　［4］巴賓科夫Eд.論水的混凝［M］.郭連起譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社,198 2.

---

　　電　話：(027)67802549
　　E-mail:yangkz@public.wh.hb.cn
　　收稿日期：2001-07-05