楊開1，康健雄2，張永波1，呂斌1，王宏宇1
( 1.武漢大學土木工程學院，湖北武漢430072；2.華中科技大學環境科學與工程學院，湖北武漢430074)

　　摘　要： 采用微生物絮凝劑普魯蘭(Pullulan)和聚合氯化鋁復合絮凝的方法，對我國南方低濃度城市污水進行了強化一級處理試驗研究。結果表明，在最佳復配比和最佳絮凝動力學條件下，復合絮凝劑對污水濁度、COD、TP、NH₃-N等指標的去除率分別達到95%、58%、91%、15%以上，且具有污泥沉降與脫水性能良好、處理費用低等特點。
　　關鍵詞：城市污水處理；微生物絮凝劑；普魯蘭；強化一級處理
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)02-0043-03

　　我國南方城市污水濃度普遍偏低，大多數二級污水處理廠實際運行負荷遠小于設計值，這不僅給運行管理帶來不便，而且造成資金和能源的巨大浪費^［1］。事實上在某些條件下，這種中低濃度污水經一級或強化一級處理后也可接近排放標準。因此，研究適宜的“低投資，少能耗”的城市污水強化一級處理技術，對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、控制水環境污染具有重要的現實意義和實用價值。
　　微生物絮凝劑是具有高效絮凝活性的微生物代謝產物，其化學本質主要是糖蛋白、多糖、蛋白質、纖維素和DNA等。與傳統化學絮凝劑(鋁鹽、鐵鹽和聚丙烯酰胺)相比，具有安全無毒、不產生二次污染等優點，是化學絮凝劑理想的替代產品。?

1 試驗材料及方法

1.1 普魯蘭生物絮凝劑
　　研究采用華中科技大學康健雄開發的普魯蘭作為微生物絮凝劑，它是出芽短梗霉(Aureoba sidium Pullulans)胞外產生的粘性多糖大分子物質，表面帶負電荷，具有無毒、可食及可生物降解等優點，是一種優良的微生物絮(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及相對分子量范圍分別在200～500個葡萄糖殘基和2×10⁵～1.0×10⁷間。一般分子量越大絮凝劑活性越高。
　　在結構穩定的前提下，普魯蘭適用pH值范圍為2～10，有較高的熱穩定性及粘稠感，其粘度隨分子量增加而提高、隨溫度升高而下降。一般平均相對分子量為4×10⁵的1%普魯蘭水溶液在30℃時的粘度約為5000Pa·s，且與pH值無關。?
1.2　污水水質
　　試驗所用污水水樣取自武漢市水質凈化廠原水收集管渠系統，水質見表1。

表1　試驗污水水質 項目 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　測試項目及方法
　　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：水分快速測定儀；?
　?COD?：重鉻酸鉀標準法；?
　　絮凝試驗：DBJ—621型六聯定時變速攪拌機；?
　　脫水試驗：采用真空泵和布氏漏斗將泥樣先進行真空抽濾，至水分抽干，取泥餅測定。
　　需要說明的是，采用濁度作為主要評價指標的原因：一是原水中懸浮物濃度較低，二是濁度測量更方便。

2　結果及分析

2.1　最佳復合配比的確定
　　前期的試驗表明，由于普魯蘭羥基官能團的存在使普魯蘭分子呈現一定的負電性，因此單獨使用普魯蘭對城市污水中同樣帶負電荷的懸浮物無絮凝效果，只宜作為助凝劑與陽離子混凝 劑復配使用。為此，首先通過試驗確定試驗條件下的最佳復配比。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上，找出復合使用時普魯蘭的最佳投量。反應條件為：快速混合攪拌(200r/min)1min+慢速反應攪拌(60r/min)10min。復合藥劑投 加順序為：先加普魯蘭快速攪拌1min后再加聚合氯化鋁。?
　　試驗結果表明，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定現象而有所下降，而此區間的COD去除 率卻未同步下降，估計可能和原水中有機物的組分與性質有關。聚合氯化鋁投加量為15mg/L時，濁度去除率出現一個峰值(96.5%)，COD去除率也較高(達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，濁度和COD去除率隨著普魯蘭投加量的增大而提高，普魯蘭投加量達到0.52mg/L時，絮凝效果明顯改善，出水濁度和COD去除率相對于未加普魯蘭時分別提高了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，濁度和COD的去除效果與單獨投加較多聚合氯化鋁(30～40mg/L)時相當，因此將最佳復合配比定為：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、沉淀時間、溫度等因素對絮凝效果的影響，優化各單因素水平。正交試驗的因素水平見表2，因素與指標的關系見圖1。
　　對圖1作極差分析可知：?
　　①影響絮凝效果各因素的主次順序為原水水質、pH值、反應時間、沉淀時間、普魯蘭投加量、投加方式、快速混合攪拌時間、慢速反應攪拌速度、快速混合攪拌速度、聚合氯化鋁投 加量。其中對絮凝沉淀效果影響最大的因素是原水水質和pH值。
　　②由于試驗原水有機物濃度較低(COD一般在80mg/L左右)，考慮到原水水質 的波動性影響，因此將聚鋁的最優水平定為15 mg/L，最后確定復合絮凝劑的最佳絮凝條 件是pH值為中性左右(對于城市污水，一般不必另行調節)；復合配比為0.6mg/L普魯蘭+15mg/L聚合氯化鋁。最佳絮凝動力學條件為同時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，相應的G值為23s-1，GT值為1.4×10⁴；最佳沉淀時間為30 min。

表2　正交試驗的因素水平 因素 原水水質 普魯蘭投加量（mg/L) 聚合氯化鋁投加 量(mg/L) 反應時間(min) 快速混?合攪拌?速 度(r/min) 慢速反應攪拌速度(r/min) 快速混合攪拌時間(min) 投加方式 沉淀時間?(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 45 8.5 注：水樣A1的COD=77.42 mg/L；水樣A2的COD =81.11 mg/L。

2.3 原水水質對絮凝效果的影響
　　在最佳復合配比和最佳絮凝動力學條件下，原水COD的變化對絮凝效果的影響見圖2。?
　　由圖2可見，復合絮凝劑對城市污水水質的變化具有較強的適應性。當原水COD值在58～140mg/L范圍內變化時，COD去除效果雖有一定程度的波動(58%左右)，但基本上都能保證較高的去除率(達52%以上)，平均出水水質優于國家污水綜合排放一級標準。同時還說明，對于不同的原水水質均應存在一最佳復配比，這就對日常的運行管理提出了一定的要求。

2.4　復合絮凝劑的脫氮除磷效果
　　按最佳復配比劑量和最佳絮凝動力學條件進行絮凝沉淀試驗，測定上清液氨氮(NH₃-N)和TP等指標，試驗結果見表3。

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

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

表4　復合絮凝劑沉淀污泥量的測定結果 時間(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 復合絮凝劑沉淀污泥含水率的測定結果 %? 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

　　據表4可知，絮凝沉淀的產泥量不大，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于普通的“鋁泥”，有關資料表明^［3、4］“鋁泥”脫 水較難，脫水泥餅含水率一般為80%～90%。?

3　處理費用

　　如果處理費用僅考慮沉砂池后工藝所需電費及藥劑費，按聚合氯化鋁投量為15mg/L、普魯蘭投量為0.6mg/L考慮，經測算處理費用為0.09元/m³，經濟效益極其顯著。

4　結論

　　在最佳絮凝條件下，復合絮凝劑強化一級處理效果良好，多數出水水質指標接近或優于國家一級出水水質；污泥沉降、脫水性能良好，且產泥量小。?
　　②對于南方城市低濃度污水，該方法處理效果接近常規二級污水處理，具有投資省、處理費用低、抗沖擊負荷能力強等優點。
　　③由于以微生物絮凝劑部分替代了無機絮凝劑，這對改善化學污泥性質、實現污泥處理與處置的無害化和多樣化大有裨益。

參考文獻：

　　［1］邵林廣.南方城市污水處理廠實際運行水質遠小于設計值的原因及其對策［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］.適用技術市場，1996，(12)：3-5.
　　［3］卡爾普R L，等.城市污水高級處理手冊［M］.張中和譯.北京：中國建筑工業出版社，1986.
　　［4］巴賓科夫Eд.論水的混凝［M］.郭連起譯.北京：中國建筑工業出版社,198 2.

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　　收稿日期：2001-07-05