高效沉淀池在污水处理厂深度除磷中的工艺调试研究

徐辉 赵林辉

摘 要：我国对城镇污水处理厂的排放标准日益提高，污水深度处理工艺正广泛应用于城镇污水处理厂的新建和提标改造工程。磷是造成水体富营养化的限制因子，采用高效沉淀池工艺可实现深度除磷。文章进行了高效沉淀池工艺调试研究，研究结果表明高效沉淀池工艺对城镇污水处理厂深度除磷有良好的效果，高效沉淀池出水TP可达到甚至高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的一级A标准。工艺调试研究时，先进行实验室静态试验研究，确定适合生物反应池出水的PAM型号，同时确定PAC和PAM的初始投加量。高效沉淀池工艺调试研究时，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步确定最佳工艺参数，并根据排泥浓度和污泥沉降比确定最佳排泥量。

关键词：城镇污水处理厂；高效沉淀池；深度除磷；工艺调试研究

中图分类号：X703.1 文献标志码：A 文章编号：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

隨着我国城镇化进程的加快，国家对城镇污水处理厂的排放标准进一步提高。根据《水污染防治行动计划》，62个国控重点湖库和沿海11省56个地市212个区县行政区划范围将执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）[1]的一级A标准。污水处理厂的新建工程和提标改造工程大规模的展开，使得污水的深度处理工艺在各地城镇污水处理厂得以实施。

磷是一种重要的稀缺资源，具有不可再生的特点，但是过量的磷排放进入水体中将造成水体富营养化，影响水体的生态系统[2]。氮、磷是威胁水质的营养物，其在水体生态系统中的循环特点决定水体富营养化的限制因子是磷，磷对水体富营养化的贡献远大于氮[3]。一级A标准中，TP最高允许排放浓度为0.5mg/L，当采用传统生物工艺时，生物反应池出水TP通常仅能达到一级B标准，若城镇污水处理厂执行一级A标准，须增设化学深度除磷设施。

高效沉淀池工艺是一种高效的物化处理工艺，通过投加化学药剂，使得化学药剂与水中污染物充分混合、反应，从而沉淀去除水中的污染物，尤其对于SS和TP等具有较好的处理效果，出水水质稳定[4]。高效沉淀池工艺集合混凝、絮凝、沉淀和浓缩功能为一体，混凝区增设污泥回流，回流的污泥与絮体碰撞，形成粗大、密实的矾花，减少化学药剂投加量，因此高效沉淀池工艺的远远效率超出普通沉淀池工艺。高效沉淀池工艺在城镇污水处理厂深度除磷中占据显著优势，本文进行了某市城镇污水处理厂高效沉淀池的工艺调试研究，介绍其在深度除磷中的应用。

1 高效沉淀池调试研究

1.1 工程概况

某城镇污水处理厂设计规模40万m3/d，原出水水质可达到一级B标准，提标改造工程将出水水质提高至一级A标准。采用高效沉淀池工艺（共8组）进行深度除磷改造，使得出水TP由1.5mg/L提高至0.5mg/L。

1.2 构筑物设计工艺参数

高效沉淀池工艺包括混凝池、絮凝池、斜板沉淀和污泥浓缩区。

（1）混凝池

投加混凝剂聚合氯化铝（PAC），采用快速搅拌器对生物反应池出水和混凝剂进行快速混合搅拌，混凝剂水解使得水中SS脱稳，同时通过化学作用产生AlPO4沉淀，去除水中溶解性的磷。

混凝反应的混合时间为2min，混凝搅拌器转速设置为60r/min，搅拌速度梯度G值为400s-1。

（2）絮凝池

加入絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM），通过吸附、电中和和粒子间的架桥、网捕作用，协同回流污泥的作用，使得絮体形成大而密实的矾花，易于沉淀。搅拌器的搅拌速度需与混凝过程相适应，否则矾花难以形成或被打碎。

絮凝反应时间为20min，絮凝搅拌器转速设置为25r/min，速度梯度G值为90s-1。

（3）斜板沉淀和污泥浓缩区

絮凝池内形成的矾花进入斜板沉淀区，沉底的矾花在沉淀池下部汇集，未直接沉底的矾花经过斜板沉淀被去除。通过刮泥机的运行，污泥浓缩区的污泥被浓缩，密度增大。浓缩污泥部分回流至混凝池，有助于混凝絮凝过程，另一部分排放至储泥池，进行后续处理。

刮泥机频率设置为50Hz，排泥泵流量为65m3/h，回流污泥泵的设定根据每日工艺调试参数的调整而改变。

1.3 实验室静态试验研究

工艺调试前进行实验室静态试验研究，选取三种型号PAM（AN905、AN923和AN926）进行试验，选取适合该污水处理厂生反池出水的PAM型号。并进行调试初始投加量试验，确定工艺调试时的初始投加量。

1.3.1 PAM型号的选取

取生物反应池出水作为静态试验研究用水，生物反应池出水浊度为15.9NTU，TP为0.72mg/L。PAM型号对出水浊度的影响如表1所示，PAC的投加率为150mg/L，每种PAM的投加率为0.6mg/L。AN923和AN926对浊度的去除效果略优，再次依据矾花的形成情况，选取AN923和AN926进行后续试验。

选择几种PAC浓度，考察两种PAM对TP的影响。由表2可知，AN923对浊度和TP的去除均略优于AN926。因此采用AN923作为高效沉淀池调试的PAM。

1.3.2 PAC和PAM初始投加率的确定

由表3可知，当PAC投加率为40mg/L，PAM投加率为0.6和0.8mg/L时，反应后TP浓度分别为0.323和0.332mg/L。当PAC投加率为60mg/L，PAM投加率为0.4和0.6mg/L时，反应后TP浓度分别为0.18和0.246mg/L。在实验室条件下，当PAC的投加率为40～60mg/L，PAM的投加率为0.4～0.6mg/L，反应后TP≤0.5mg/L，达到一级A标准。因此采用PAC投加率为40～60mg/L，PAM投加率为0.2～0.4mg/L作为高效沉淀池工艺调试时药剂的投加率。

1.4 高效沉淀池工艺调试

根据影响出水TP的工艺参数，设定PAC投加率、PAM投加率和污泥回流量三个变化因素，研究三个变化因素对除磷效果的影响，同时研究排泥时间对出水水质的影响。

1.4.1 污泥回流量对TP去除的影响

污泥回流的主要作用是增加顆粒物的含量和增强絮凝作用，并减少药剂投加量。保持PAC投加率为60mg/L，PAM投加率为0.4mg/L不变，改变污泥回流量，考察其对高效沉淀池出水TP的影响。由表1可知，当污泥回流量为0、34、50、65和70m3/h时，高效沉淀池出水TP的浓度分别为0.49、0.22、0.22、0.15和0.12mg/L，对TP的去除率分别为67.3%、81.5%、83.8%、89.5%和90.0%。五种污泥回流条件下，高效沉淀池出水TP均能达到一级A标准。但当不采用污泥回流时，TP去除率较低。TP的去除率随着污泥回流量的增大而增大，当污泥回流量为65和70m3/h时，两者对TP的去除效率无显著差异。高污泥回流量将增加工艺的能耗，因此确定最佳污泥回流量为65m3/h，此时絮凝池内SS约为300～400mg/L。研究表明高效沉淀池污泥回流比为2%～6%时，可达到提高水质较高，而且能够达到节能降耗的目的[5]。

1.4.2 PAM投加率对TP去除的影响

保持PAC投加率为60mg/L，污泥回流量为65m3/h，改变PAM投加率，考察其对TP去除效果的影响。由图2可知，当PAM投加率为0.4和0.2mg/L时，高效沉淀池出水TP分别为0.15和0.095mg/L，对TP的去除率分别为89.5%和93.3%，高效沉淀池出水TP均可达到一级A标准。PAM投加率为0.2mg/L时，对高效沉淀池出水TP的去除效果略优于PAM投加率为0.4mg/L，表明0.2mg/L的PAM投加率已能够在絮体间进行架桥和网捕作用，使絮体变得密实，加速絮体沉淀，因此确定PAM最佳投加率为0.2mg/L。

1.4.3 PAC投加率对TP去除的影响

保持PAM最佳投加率为0.2mg/L，最佳污泥回流量为65m3/h，改变PAC投加率，考察其对TP去除效果的影响。由图3可知，当PAC投加率为60、50和40mg/L时，高效沉淀池出水TP分别为0.095、0.18和0.20mg/L，对TP的去除率分别为93.3%、78.6%和84.3%。高效沉淀池出水TP均可达到一级A标准，PAC投加率越大，出水TP浓度越低。但当PAC投加率为40mg/L时，高效沉淀池斜板沉淀区时常出现瞬时絮体难以沉降的情况，造成出水TP瞬时不达标情况，影响出水水质，因此确定PAC最佳投加率为50mg/L。

1.4.4 污泥排放量的控制

污泥的排放量对高效沉淀池出水TP有重要影响，通过调整污泥排放量，控制排放污泥浓度和沉降比，优化出水TP的去除效果。当污泥排放量较小时，污泥浓缩区缓冲层泥位上升，使得部分不易沉降的絮体随出水流出，导致出水TP去除效果不佳。当污泥排放量大时，回流污泥浓度下降，回流污泥无法在絮凝池对絮体进行高效的网捕作用，影响沉淀效果[6]。

经过调试运行确定排泥频率为2小时一次，每次15min，排泥泵流量为65m3/h。后期运行中，排泥量应随着处理水量和高效沉淀池进水水质而变化，依据排泥浓度为15～30g/L，污泥沉降比约为80%，适当调整每日排泥量。当高效沉淀池斜板沉淀区有污泥上浮时，可提高排泥量。

2 调试后运行

工艺调试期间，确定最佳污泥回流量、PAC投加率和PAM投加率，后续依据最佳工艺参数运行系统，由图4可知高效沉淀池进水达到一级B标准，但波动较大，经过高效沉淀池工艺后，出水TP均≤0.3mg/L，可达到一级A标准，甚至可以达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中地表水Ⅳ类的TP标准限值。结果表明高效沉淀池工艺对城镇污水处理厂深度除磷有着良好的效果，出水TP可达到甚至高于一级A标准。若今后城镇污水处理厂执行更高排放标准时，高效沉淀池将发挥重要作用。

3 结束语

通过高效沉淀池在城镇污水处理厂深度除磷的工艺调试，得到以下结论：

（1）高效沉淀池工艺对城镇污水处理厂深度

除磷时有良好的效果，高效沉淀池出水TP可达到甚至高于一级A标准。

（2）高效沉淀池工艺调试研究时，先进行实验室静态试验研究，根据反应后出水TP，确定适合生物反应池出水的PAM型号，同时确定PAC和PAM的初始投加量。

（3）高效沉淀池工艺调试研究时，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步确定最佳工艺参数。根据排泥浓度和污泥沉降比确定最佳排泥量。

参考文献：

[1]GB 18918-2002.城镇污水处理厂污染物排放标准[S].

[2]Desmidt E， Ghyselbrecht K， Zhang Y， et al. Global phosphorus scarcity and full-scale P-recovery techniques： a review [J]. Critical

Reviews in Environmental Science and Technology， 2015，4（45）：336-384.

[3]王海军，王洪铸.富营养化治理应放宽控氮、集中控磷[J].自然科学进展，2009，19（6）：599-604.

[4]徐月江，张辰，邹伟国，等.上海白龙港城市污水处理厂一级强化处理试验研究[J].给水排水，2004，30（9）：26-29.

[5]夏季春，程志刚，刘保超，等.浅议净水厂高效澄清池投藥量与污泥回流比优化区间[J].给水排水，2015，41

（11）：120-122.

[6]Grady C， Daigger G， Lim H.废水生物处理，第二版，改编和扩充[M].张锡辉，刘勇弟，译.北京：化学工业出版社，2002.