趙偉 魏丹 陳勇
（廈門市污水處理二廠）

1 前言

　　化學強化一級處理技術（投加化學藥劑的強化一級處理）在污水處理的研究中歷時已久，但由于投加絮凝劑運行費用較高，所以一直阻礙其在實踐中的發展。近年來，廉價、高效絮凝藥劑的迅速涌現，使化學強化一級處理工藝的基建費用、運行費用都低于二級處理，且其總磷的去除率很高，在國外城市污水處理中已經開始應用。由于它適應我國國情，在國內也得到了普遍的重視，并且已經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行，為了節省近期投資，采用一級處理、深海排放的工藝，充分的利用了海洋的自凈能力。但由于一級處理去除率低，環境效益差，所以，利用現有工藝，將其改造為化學強化一級處理，以較少的投資削減較大的污染負荷，創造良好的環境效益，是非常有現實意義的建設方案。為了找到最經濟合理的技術方案，我們對廈門市污水處理二廠的進水進行了一些化學強化一級處理的試驗研究，以便為后續的中試試驗提供科學的參數。

2 試驗部分

2.1試驗污水水質
　　我廠污水大部分為生活污水，有少量工業廢水。其水質如下：

表1 廈門市污水處理二廠6月份進水水質（24h混合水樣） 項目 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試驗藥劑及試驗方法簡述
2.2.1試驗藥劑
　　選用5種混凝劑，其中無機混凝劑有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。各種藥劑必須當天配制當天使用，否則，有機高分子絮凝劑會降解，而無機絮凝劑則會水解產生沉淀，如果在其中加入硫酸溶解沉淀，則會影響混凝效果。
2.2.2試驗方法
　　采用靜態燒杯試驗，確定各混凝劑單獨作用和復合作用的處理效果。
　　單獨作用用六聯同步攪拌器，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，取上清液進行分析。
　　復合作用先加入無機絮凝劑，充分與污水混合（2分鐘），再慢慢、均勻加入有機高分子絮凝劑，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小時后，取上清液進行分析。
2.2.3分析項目
　　由于處理后出水的SS很低，難以測定，所以首先以濁度為主要指標來觀察各種藥劑對懸浮物的去除率，然后再分析COD_cr、BOD5、總P的去除效果。
2.3試驗結果及討論
2.3.1無機混凝劑單獨作用
　　無機混凝劑單獨作用時，要求其與污水迅速混合、反應，并使小礬花不斷碰撞，變成大而結實，容易沉淀的礬花。由于污水中的膠體比較脆弱，且礬花形成相對容易，因此攪拌速度不宜過快。下表為不同混凝劑單獨作用對濁度的去除效果，并對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

　　（1）試驗結果表明，無機絮凝劑都有明顯的強化處理效果，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。
　　（2）表六可充分說明，無機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。
　　（3）無機絮凝劑的投加量較大，運行費用高，產泥量大，所以不宜單獨使用。
2.3.2無機絮凝劑與有機絮凝劑復合作用
　　為了降低藥耗，節約成本，提高處理率，充分發揮不同絮凝劑間的協同作用，使無機絮凝劑與有機絮凝劑復配使用。復配使用中，先加入帶正電荷的無機絮凝劑，使污水中膠體脫穩，再加入帶負電荷的陰離子型聚丙烯酰胺，使脫穩后的膠體顆粒通過架橋作用和網捕作用迅速長大。由于有機高分子容易機械降解，所以復配使用對水力條件要求較高。攪拌要均勻，速度要慢。下表為同一進水下的自然沉降、復合作用、單獨作用對照的試驗結果。

表七 同一進水的對照結果 投加藥劑及加藥量 分析項目 COD_cr(mg/L) BOD5(mg/L) TP(mg/L) 濁度 進水 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

　　（1）從試驗現象上看，復配使用所產生的絮體比單獨投加無機絮凝劑產生的絮體結實緊密，絮體形成速度和沉降速度快。
　　（2）試驗數據表明，復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和濁度分別達到81.7%、74.3%、84.1%和97.1%，出水指標大大低于二級生化處理排放標準。
　　（3）出水總磷含量低于1.0mg/L的國際標準，不會造成富營養化的問題，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- 反應生成AlPO4和FePO4沉淀。
　　（4）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本方法對其他水質的適應情況
　　本試驗取其他污水廠進水水樣，用硫酸鋁與PAM復合使用，對水樣進行處理，結果如下。

表八 杏林污水處理廠水樣（其成分中工業廢水占大部分比例） 投加藥劑及加藥量 分析項目 COD_cr(mg/L) 濁度 進水 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 分析項目 COD_cr(mg/L) 濁度 進水 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%

　　從上述結果可以看出，本試驗中所述方法對不同水質均有很好的處理效果。對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運行特點及運行費用
　　強化一級處理由于工藝簡單，所以運行及維護都比較容易，不易受外界條件干擾，除磷效果穩定。而二級生化處理工藝復雜，運行管理與維護技術要求較高，易受外界條件干擾，受各種技術參數影響，除磷效果不穩定。另外，對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，活性污泥將會生長不良。所以，強化一級處理是比較合適的一種工藝。
　　一個一級處理廠的運行管理費用一般為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%，各項指標均達到二級生化處理的排放標準。而對于同樣的二級生化處理廠來說，其運行管理費用大約為0.5元人民幣以上，所以本文所討論的強化一級處理工藝將節省運行管理費用50%左右。
2.4.2關于基建費用
　　一般而言，修建一座二級生化污水處理廠的基建投資費用是1500元/(日處理1噸污水)，修建一座一級強化型污水處理廠的基建投資費用700元/(日處理1噸污水)，所以化學強化一級處理基建費用的優勢是顯而易見的。而對于廈門市污水處理二廠而言，將原有的一級處理工藝略加改造即可，所以投資少，效果好。
2.4.3關于污泥的初步測算
　　由于化學強化一級處理工藝將去除絕大部分的SS，所以產生的污泥量會較大。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。受水質影響處理效果不穩定。將其改造為強化型，可以將曝氣沉砂池改為混合反應池，即改為：格柵→加無機藥劑→氣曝混合反應池→加有機藥劑→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行平穩，其SS去除率在80%左右。所以化學強化一級處理工藝在廈門市污水處理二廠有很高的可行性。

3 結論

　　化學強化一級處理工藝基建投資少，占地面積小，運行管理靈活簡便，運行費用低，處理過程穩定可靠，是極具生命力的新型技術。對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合使用，投藥量為硫酸鋁50mg/L+PAM0.5 mg/L，藥劑費用為每噸污水0.06元人民幣，即可使出水達到二級排放標準，且總磷的含量低于國際標準。

參考文獻

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　　2 尤作亮，等.城市污水強化一級處理的研究進展.《中國給水排水》，1998，14（5）
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