高效沉淀池在污水處理廠深度除磷中的工藝調(diào)試研究

徐輝 趙林輝

摘 要：我國(guó)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，污水深度處理工藝正廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠的新建和提標(biāo)改造工程。磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子，采用高效沉淀池工藝可實(shí)現(xiàn)深度除磷。文章進(jìn)行了高效沉淀池工藝調(diào)試研究，研究結(jié)果表明高效沉淀池工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠深度除磷有良好的效果，高效沉淀池出水TP可達(dá)到甚至高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。工藝調(diào)試研究時(shí)，先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)研究，確定適合生物反應(yīng)池出水的PAM型號(hào)，同時(shí)確定PAC和PAM的初始投加量。高效沉淀池工藝調(diào)試研究時(shí)，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步確定最佳工藝參數(shù)，并根據(jù)排泥濃度和污泥沉降比確定最佳排泥量。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；高效沉淀池；深度除磷；工藝調(diào)試研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0116-04

Abstract： The discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant becomes stricter. More advanced treatment technologies are applied in the construction projects and upgrading and reconstruction projects. Phosphorus is the limiting factor of eutrophication of water body. Phosphorus removal can be achieved by high-efficiency sedimentation tank. Commissioning research showed that high-efficiency sedimentation tank had good treatment efficiency on advanced phosphorus removal. The index of TP in effluent could meet or even exceeding the first level A criteria specified in the Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant （GB 18918-2002）. The laboratory static test revealed the optimal type of PAM for the effluent of biological reaction tank， and the initial dosage of PAC and PAM for commissioning research. Optimum process parameters （return sludge quantity， PAM dosage and PAC dosage） were confirmed step by step， and excess sludge discharge was determined by sludge concentration and sludge settling velocity.

Keywords： urban sewage treatment plant； high efficiency sedimentation tank； deep phosphorus removal； process commissioning research

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，國(guó)家對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高。根據(jù)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，62個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖庫(kù)和沿海11省56個(gè)地市212個(gè)區(qū)縣行政區(qū)劃范圍將執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[1]的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠的新建工程和提標(biāo)改造工程大規(guī)模的展開(kāi)，使得污水的深度處理工藝在各地城鎮(zhèn)污水處理廠得以實(shí)施。

磷是一種重要的稀缺資源，具有不可再生的特點(diǎn)，但是過(guò)量的磷排放進(jìn)入水體中將造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，影響水體的生態(tài)系統(tǒng)[2]。氮、磷是威脅水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物，其在水體生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)特點(diǎn)決定水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子是磷，磷對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于氮[3]。一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)中，TP最高允許排放濃度為0.5mg/L，當(dāng)采用傳統(tǒng)生物工藝時(shí)，生物反應(yīng)池出水TP通常僅能達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，若城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，須增設(shè)化學(xué)深度除磷設(shè)施。

高效沉淀池工藝是一種高效的物化處理工藝，通過(guò)投加化學(xué)藥劑，使得化學(xué)藥劑與水中污染物充分混合、反應(yīng)，從而沉淀去除水中的污染物，尤其對(duì)于SS和TP等具有較好的處理效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定[4]。高效沉淀池工藝集合混凝、絮凝、沉淀和濃縮功能為一體，混凝區(qū)增設(shè)污泥回流，回流的污泥與絮體碰撞，形成粗大、密實(shí)的礬花，減少化學(xué)藥劑投加量，因此高效沉淀池工藝的遠(yuǎn)遠(yuǎn)效率超出普通沉淀池工藝。高效沉淀池工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠深度除磷中占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì)，本文進(jìn)行了某市城鎮(zhèn)污水處理廠高效沉淀池的工藝調(diào)試研究，介紹其在深度除磷中的應(yīng)用。

1 高效沉淀池調(diào)試研究

1.1 工程概況

某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模40萬(wàn)m3/d，原出水水質(zhì)可達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造工程將出水水質(zhì)提高至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。采用高效沉淀池工藝（共8組）進(jìn)行深度除磷改造，使得出水TP由1.5mg/L提高至0.5mg/L。

1.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)工藝參數(shù)

高效沉淀池工藝包括混凝池、絮凝池、斜板沉淀和污泥濃縮區(qū)。

（1）混凝池

投加混凝劑聚合氯化鋁（PAC），采用快速攪拌器對(duì)生物反應(yīng)池出水和混凝劑進(jìn)行快速混合攪拌，混凝劑水解使得水中SS脫穩(wěn)，同時(shí)通過(guò)化學(xué)作用產(chǎn)生AlPO4沉淀，去除水中溶解性的磷。

混凝反應(yīng)的混合時(shí)間為2min，混凝攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)置為60r/min，攪拌速度梯度G值為400s-1。

（2）絮凝池

加入絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），通過(guò)吸附、電中和和粒子間的架橋、網(wǎng)捕作用，協(xié)同回流污泥的作用，使得絮體形成大而密實(shí)的礬花，易于沉淀。攪拌器的攪拌速度需與混凝過(guò)程相適應(yīng)，否則礬花難以形成或被打碎。

絮凝反應(yīng)時(shí)間為20min，絮凝攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)置為25r/min，速度梯度G值為90s-1。

（3）斜板沉淀和污泥濃縮區(qū)

絮凝池內(nèi)形成的礬花進(jìn)入斜板沉淀區(qū)，沉底的礬花在沉淀池下部匯集，未直接沉底的礬花經(jīng)過(guò)斜板沉淀被去除。通過(guò)刮泥機(jī)的運(yùn)行，污泥濃縮區(qū)的污泥被濃縮，密度增大。濃縮污泥部分回流至混凝池，有助于混凝絮凝過(guò)程，另一部分排放至儲(chǔ)泥池，進(jìn)行后續(xù)處理。

刮泥機(jī)頻率設(shè)置為50Hz，排泥泵流量為65m3/h，回流污泥泵的設(shè)定根據(jù)每日工藝調(diào)試參數(shù)的調(diào)整而改變。

1.3 實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)研究

工藝調(diào)試前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)研究，選取三種型號(hào)PAM（AN905、AN923和AN926）進(jìn)行試驗(yàn)，選取適合該污水處理廠生反池出水的PAM型號(hào)。并進(jìn)行調(diào)試初始投加量試驗(yàn)，確定工藝調(diào)試時(shí)的初始投加量。

1.3.1 PAM型號(hào)的選取

取生物反應(yīng)池出水作為靜態(tài)試驗(yàn)研究用水，生物反應(yīng)池出水濁度為15.9NTU，TP為0.72mg/L。PAM型號(hào)對(duì)出水濁度的影響如表1所示，PAC的投加率為150mg/L，每種PAM的投加率為0.6mg/L。AN923和AN926對(duì)濁度的去除效果略?xún)?yōu)，再次依據(jù)礬花的形成情況，選取AN923和AN926進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

選擇幾種PAC濃度，考察兩種PAM對(duì)TP的影響。由表2可知，AN923對(duì)濁度和TP的去除均略?xún)?yōu)于AN926。因此采用AN923作為高效沉淀池調(diào)試的PAM。

1.3.2 PAC和PAM初始投加率的確定

由表3可知，當(dāng)PAC投加率為40mg/L，PAM投加率為0.6和0.8mg/L時(shí)，反應(yīng)后TP濃度分別為0.323和0.332mg/L。當(dāng)PAC投加率為60mg/L，PAM投加率為0.4和0.6mg/L時(shí)，反應(yīng)后TP濃度分別為0.18和0.246mg/L。在實(shí)驗(yàn)室條件下，當(dāng)PAC的投加率為40～60mg/L，PAM的投加率為0.4～0.6mg/L，反應(yīng)后TP≤0.5mg/L，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。因此采用PAC投加率為40～60mg/L，PAM投加率為0.2～0.4mg/L作為高效沉淀池工藝調(diào)試時(shí)藥劑的投加率。

1.4 高效沉淀池工藝調(diào)試

根據(jù)影響出水TP的工藝參數(shù)，設(shè)定PAC投加率、PAM投加率和污泥回流量三個(gè)變化因素，研究三個(gè)變化因素對(duì)除磷效果的影響，同時(shí)研究排泥時(shí)間對(duì)出水水質(zhì)的影響。

1.4.1 污泥回流量對(duì)TP去除的影響

污泥回流的主要作用是增加顆粒物的含量和增強(qiáng)絮凝作用，并減少藥劑投加量。保持PAC投加率為60mg/L，PAM投加率為0.4mg/L不變，改變污泥回流量，考察其對(duì)高效沉淀池出水TP的影響。由表1可知，當(dāng)污泥回流量為0、34、50、65和70m3/h時(shí)，高效沉淀池出水TP的濃度分別為0.49、0.22、0.22、0.15和0.12mg/L，對(duì)TP的去除率分別為67.3%、81.5%、83.8%、89.5%和90.0%。五種污泥回流條件下，高效沉淀池出水TP均能達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)不采用污泥回流時(shí)，TP去除率較低。TP的去除率隨著污泥回流量的增大而增大，當(dāng)污泥回流量為65和70m3/h時(shí)，兩者對(duì)TP的去除效率無(wú)顯著差異。高污泥回流量將增加工藝的能耗，因此確定最佳污泥回流量為65m3/h，此時(shí)絮凝池內(nèi)SS約為300～400mg/L。研究表明高效沉淀池污泥回流比為2%～6%時(shí)，可達(dá)到提高水質(zhì)較高，而且能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的[5]。

1.4.2 PAM投加率對(duì)TP去除的影響

保持PAC投加率為60mg/L，污泥回流量為65m3/h，改變PAM投加率，考察其對(duì)TP去除效果的影響。由圖2可知，當(dāng)PAM投加率為0.4和0.2mg/L時(shí)，高效沉淀池出水TP分別為0.15和0.095mg/L，對(duì)TP的去除率分別為89.5%和93.3%，高效沉淀池出水TP均可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。PAM投加率為0.2mg/L時(shí)，對(duì)高效沉淀池出水TP的去除效果略?xún)?yōu)于PAM投加率為0.4mg/L，表明0.2mg/L的PAM投加率已能夠在絮體間進(jìn)行架橋和網(wǎng)捕作用，使絮體變得密實(shí)，加速絮體沉淀，因此確定PAM最佳投加率為0.2mg/L。

1.4.3 PAC投加率對(duì)TP去除的影響

保持PAM最佳投加率為0.2mg/L，最佳污泥回流量為65m3/h，改變PAC投加率，考察其對(duì)TP去除效果的影響。由圖3可知，當(dāng)PAC投加率為60、50和40mg/L時(shí)，高效沉淀池出水TP分別為0.095、0.18和0.20mg/L，對(duì)TP的去除率分別為93.3%、78.6%和84.3%。高效沉淀池出水TP均可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，PAC投加率越大，出水TP濃度越低。但當(dāng)PAC投加率為40mg/L時(shí)，高效沉淀池斜板沉淀區(qū)時(shí)常出現(xiàn)瞬時(shí)絮體難以沉降的情況，造成出水TP瞬時(shí)不達(dá)標(biāo)情況，影響出水水質(zhì)，因此確定PAC最佳投加率為50mg/L。

1.4.4 污泥排放量的控制

污泥的排放量對(duì)高效沉淀池出水TP有重要影響，通過(guò)調(diào)整污泥排放量，控制排放污泥濃度和沉降比，優(yōu)化出水TP的去除效果。當(dāng)污泥排放量較小時(shí)，污泥濃縮區(qū)緩沖層泥位上升，使得部分不易沉降的絮體隨出水流出，導(dǎo)致出水TP去除效果不佳。當(dāng)污泥排放量大時(shí)，回流污泥濃度下降，回流污泥無(wú)法在絮凝池對(duì)絮體進(jìn)行高效的網(wǎng)捕作用，影響沉淀效果[6]。

經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行確定排泥頻率為2小時(shí)一次，每次15min，排泥泵流量為65m3/h。后期運(yùn)行中，排泥量應(yīng)隨著處理水量和高效沉淀池進(jìn)水水質(zhì)而變化，依據(jù)排泥濃度為15～30g/L，污泥沉降比約為80%，適當(dāng)調(diào)整每日排泥量。當(dāng)高效沉淀池斜板沉淀區(qū)有污泥上浮時(shí)，可提高排泥量。

2 調(diào)試后運(yùn)行

工藝調(diào)試期間，確定最佳污泥回流量、PAC投加率和PAM投加率，后續(xù)依據(jù)最佳工藝參數(shù)運(yùn)行系統(tǒng)，由圖4可知高效沉淀池進(jìn)水達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，但波動(dòng)較大，經(jīng)過(guò)高效沉淀池工藝后，出水TP均≤0.3mg/L，可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中地表水Ⅳ類(lèi)的TP標(biāo)準(zhǔn)限值。結(jié)果表明高效沉淀池工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠深度除磷有著良好的效果，出水TP可達(dá)到甚至高于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。若今后城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行更高排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，高效沉淀池將發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)高效沉淀池在城鎮(zhèn)污水處理廠深度除磷的工藝調(diào)試，得到以下結(jié)論：

（1）高效沉淀池工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠深度

除磷時(shí)有良好的效果，高效沉淀池出水TP可達(dá)到甚至高于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）高效沉淀池工藝調(diào)試研究時(shí)，先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)研究，根據(jù)反應(yīng)后出水TP，確定適合生物反應(yīng)池出水的PAM型號(hào)，同時(shí)確定PAC和PAM的初始投加量。

（3）高效沉淀池工藝調(diào)試研究時(shí)，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步確定最佳工藝參數(shù)。根據(jù)排泥濃度和污泥沉降比確定最佳排泥量。

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