化学强化一级处理用于城市污水处理的实验研究

莫真耀

（河池市国有资产投资经营有限责任公司，广西 河池 547000）

1 绪论

化学强化一级处理（Chemically Enhanced Primary Treatment，简称“CEPT”）是近年来开发的污水处理工艺。该工艺以低剂量的PAC与少量的阴离子聚合物联合使用，能有效地处理污水，产生的污泥较少，污水通过一定的处理后可作为非饮用水。此工艺不仅在水资源保持方面能起较大的作用，并且还能提高COD、BOD、SS的去除率，经过沉降去除大量的磷及寄生虫，适合用于城市污水处理中。

1.1 化学强化一级处理的发展现状

1.1.1 化学强化一级处理的机理

污水处理很大程度上是固液分离，因为污水中的大多数污染物是以颗粒物或胶体状态存在的，或者处理过程中被转化成为固体或胶体状态。

1.1.2 强化一级处理的发展现状

化学沉淀法是使用较早的污水处理方法，1870年在英国率先使用。19世纪末，化学沉淀法在英、美等国得到普遍的运用。瑞典、挪威、芬兰等北欧国家的中小城镇污水处理厂大部分采用化学法处理，投资和运行费用低。比如挪威现有的2/3的城镇污水采用化学强化一级处理，其中，最大的污水处理厂（Oslo West）的处理能力为40×104m3/d，COD和总磷的去除率分别超过70%和90%.

1.1.3 化学强化一级处理的生产应用状况

目前，一些大中型污水处理厂及越来越多的小型污水处理厂采用化学方法处理城市污水，通过投加较大剂量的混凝剂来保证对磷的去除达到95%，基本上不用或很少用生物处理方法。Odegaard和Skrovseth[1]对挪威356家污水处理厂的运行结果调查表明，化学强化一级处理对污水中磷的去除效果好于生物处理法。采用化学强化一级处理的污水厂有90%的出水总磷含量小于1 mg/L，80%的出水总磷含量小于0.6 mg/L。化学处理方法对COD和BOD的去除效果接近生物处理方法。表1为挪威356家污水处理厂对COD、BOD、TP和SS的平均去除率。

表1 挪威356家污水处理厂对COD、BOD、TP和SS的平均去除率

目前，我国开始研究沿江、海城市的污水化学强化一级处理及回流一部分污泥的强化一级处理[2]。沿江、海城市可以充分利用大水体自净能力来处理排放污水，但为防止富营养化，必须严格控制出水磷的含量。

1.1.4 化学强化一级处理工艺的优缺点

化学强化一级处理工艺的优点如下：①CEPT能有效地去除悬浮及胶体类污染物和磷，并钝化病原体，处理后的污水能用于农田灌溉或直接排入江海。②CEPT能对现有的处理工艺进行改进，投资小，对污水的处理能力强，对水质水量适应性强。③CEPT是单位体积污水投资最小的工艺，并能保持后续处理工艺的处理效果，使得基建和运行费用都较少。④CEPT在生物处理之前进行预处理时，可根据后续生物处理的需要通过调整混凝剂的投加量来控制对污水中污染物的去除程度。⑤CEPT能去除难于用生化处理去除的有机物和重金属，减轻二级处理的负荷，降低能耗。⑥CEPT是单位去除OCP（Oxygen Consunption Potential）最多的处理工艺。OCP包括两部分，即一级氧消耗（BOD和氨氮的氧化所消耗的氧）、二级消耗（由氮和磷产生的藻类的降解所消耗的氧）。

该工艺也有其缺点，即由于混凝剂的加入将会增加初沉池的污泥量，污泥的处理处置成为该工艺的焦点。

1.2 研究的目的及意义

我国《城市污水处理及污染防治技术政策》建议非重点流域和非水源保护区的建制镇，根据当地经济条件和水污染控制要求，可先行一级强化处理，分期实现二级处理。一级强化处理是用较少的投资削减当前严重的污染负荷，解决部分污染问题，待有能力时再续建二级处理，实现达标排放。这为我国开展一级强化处理工艺提供了政策依据，对全面实现我国水环境彻底改善的目标具有重大意义[3]。

本课题研究的目的：以城市污水为对象，通过絮凝沉淀方式强化一级处理过程，考察处理效果；分析污水中各污染物的变化规律，寻求最佳操作条件，为进一步研究及应用提供可靠的理论依据和工艺参数。

1.3 研究内容

在前期研究的基础上调整静态实验的实验条件及投药量，重新确定最佳混凝条件和最佳混凝剂投量，使之更加接近实际操作过程。

2 实验材料与方法

2.1 分析方法

2.1.1 化学强化一级处理实验

进行静态实验，原水取自东莞市长安三洲污水处理厂，其中生活污水和工业废水各占50%左右。水质情况见表2.

表2 原水水质情况

该实验采用的是投加化学药剂的强化一级处理工艺，即利用化学絮凝强化法原理与给水中的混凝沉淀原理，经过投加絮凝剂，使微小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成较大的颗粒，进一步提高沉淀效率。

本实验混凝剂选用目前国内应用最为广泛的无机混凝剂聚合三氯化铝（PAC）和有机絮凝阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）[4-5]，配制浓度分别为10 mg/mL和0.1 mg/mL。

为保证单一条件的比较试验使用同一批次的原水，取1 000 mL水样在六联电动搅拌器搅拌30 s，同时投加PAC，持续搅拌10 min，放置30 min后从取样口取样，分别测定pH值、CODcr等指标。

考察复配作用时，搅拌30 s，投加PAC之后再投加PAM，持续搅拌10 min，放置30 min后取样，分别测定pH值、CODcr等指标。

2.1.2 化学分析方法

本实验监测的水质指标主要有悬浮固体（SS）、pH值、化学需氧量（CODcr）、五日生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）。分析方法如下：pH值，pH计直接测定；悬浮固体，采用重量法；化学需氧量，采用重铬酸钾法[6]（GB 11914—89）；五日生化需氧量，采用密封瓶试验法[6]；总磷，采用钼酸铵分光光度法[6]（GB 11893—89）；总氮，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[7]（GB 11894—89）。

2.2 分析仪器及设备

分析仪器及设备如下：紫外分光光度法所采用的仪器为日本岛津公司的UV2000，电导率测定仪，BOD5恒温培养箱，BOD培养瓶，高压消解锅，电子天平，pH计，DC-506型实验搅拌机。

絮凝实验：六联电动搅拌器。

脱水实验：真空泵、布漏斗及滤瓶。

其他使用频率比较高的设备：COD加热回流装置、消解锅。

3 实验结果与分析

3.1 单独投加PAC时

对原水混凝，静置沉淀后在液面下2 cm处取上清液，测得CODcr随投药量大小的变化如下：在只投加PAC的情况下，最佳PAC投加量为90～100 mg/L，COD去除率随着PAC投加量的增加呈逐渐上升趋势；PAC投加量大于100 mg/L后，随着投药量的增加，COD去除率不发生明显的变化；当PAC的投药量大于110 mg/L时，COD去除率有所下降，这可能是因为铝盐水解过程中铝离子混凝作用方式由最佳卷扫区过渡到卷扫区的过程，由于铝盐性能的变化，相应的COD去除率也有所变化。

3.2 PAC与PAM复配使用时

不同投药量下，COD去除率效果变化如下：根据实验过程中的观察和结果分析可知，PAC与PAM复配使用时，矾花形成更迅速，而且形成的矾花比较密实，沉降性更好。从实验过程中可看出，当PAC投加量为90～100 mg/L、PAM投加量为0.8 mg/L左右时，COD去除率可达到79%，出水效果最佳。可见，适当地投加一定量的PAM可以提高COD去除率，但当水中的PAM浓度过大时，助凝效果变差，COD去除率有所下降。

静态实验结果表明，无机混凝剂PAC对城市污水有明显的强化处理效果，可大幅度提高悬浮物的去除率[8]。单独加PAC时，增加药剂投加量可以使去除率明显提高，去除率可达79%以上，但是投加量较大时，污泥产量也大，考虑经济因素，不宜单独使用。复配使用PAC与PAM时可以大大减少投药量，COD去除率与单独投加PAC相比有明显提高，COD去除率可达79%以上。而且在相同的去除率下，PAC的投量显著降低，降低了成本，同时，投加适量的PAM可以有效增大生成矾花的颗粒，并在一定程度上提高矾花密实度和沉淀性能，进一步提高出水水质。

4 结论

本实验是以东莞市长安三洲污水处理厂原水作为研究对象，通过静态实验分析化学强化一级处理工艺处理城市污水的效果，得出如下结论：①混凝沉淀的最佳操作条件为PAC投加量90～100 mg/L，PAM投加量0.8 mg/L；②化学强化一级处理工艺对城市污水中的污染物有明显的去除效果，在最佳操作条件下COD去除率可达79%以上；③实验研究表明，化学强化一级处理工艺主要去除的是污水中的悬浮性和胶粒性污染物。