天津市靜?？h天宇科技園污水處理廠處理規(guī)模15 000m3/d，采用奧貝爾氧化溝處理工藝，處理后污水要求達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。其進(jìn)水中總鐵濃度高達(dá)70mg/L以上，有機(jī)物濃度較低，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)生物池內(nèi)污泥濃度無增長，微生物生長代謝緩慢，微生物數(shù)量少且多為肉足蟲和纖毛蟲，鐘蟲數(shù)量少，累枝無法形成，活性污泥結(jié)構(gòu)松散，污泥容積指數(shù)偏低，上清液中細(xì)小顆粒多，懸浮物經(jīng)常性超標(biāo)。

要改善活性污泥沉降性能可以通過投加碳源實(shí)現(xiàn)，但成本較高。本文通過試驗(yàn)探索混凝沉淀法改善活性污泥沉降性能的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

1 混凝沉淀小試

1.1 藥劑選定

由于廠內(nèi)原設(shè)計有化學(xué)除磷，因此優(yōu)先考慮原設(shè)計藥劑固體聚合氯化鋁（PAC，純度30%）；原污水已經(jīng)含有大量鐵離子，因此不能考慮再投加鐵鹽；如聚合氯化鋁效果不佳，可考慮使用高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM，純度90%，系廠內(nèi)脫水機(jī)所用藥劑）。

1.2 小試目的

通過試驗(yàn)手段得出何種藥劑、以何種投加量能夠改善本廠生物池活性污泥沉降性能、最終使得出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的結(jié)論。

1.3 小試過程

由于條件所限，試驗(yàn)只能用大燒杯模擬生物池，采用手動攪拌方式。

1.3.1 單獨(dú)使用PAC小試

1）試驗(yàn)過程設(shè)計

本廠原化學(xué)除磷工藝設(shè)計投加PAC溶液濃度為5%，試驗(yàn)原計劃同樣采用該濃度配制PAC溶液，但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)微量滴入PAC溶液則出現(xiàn)礬花，則將試驗(yàn)溶液濃度調(diào)整為2%。

（1）確定形成礬花所用PAC的最小量。慢速攪拌燒杯中1 000mL生物池混合液，每次增加0.5mLPAC投加量，直至出現(xiàn)礬花為止。這時的PAC量作為形成礬花的最小投加量[1]。

（2）取1 000mL燒杯6個，分別加入1 000mL生物池混合液。

（3）確定試驗(yàn)時的投加量。根據(jù)步驟1得出的形成礬花最小PAC投加量，取其1/4作為1號燒杯的PAC投加量，取其2倍作為6號燒杯的PAC投加量，用依次增加PAC投加量相等的方法求出2～5號燒杯PAC投加量，PAC分別加入1～6號燒杯中[2]。

（4）勻速攪拌10min，靜止30min，觀察沉降比，取上清液檢測SS。

（5）取原混合液同樣體積，攪拌同樣時間，靜止30 min，做對比試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)結(jié)果

（1）形成礬花的最小混凝劑投加量為1mL，因此6個燒杯的混凝劑投加量分別為 0.25、0.6、0.95、1.3、1.65、2mL。

（2）原生物池混合液沉降比極低，但沉淀后上清液渾濁，部分細(xì)小顆粒污泥不能沉淀。

（3）1～6號燒杯加入不同劑量PAC溶液后，1號和2號燒杯混合液沒有明顯變化，3～6號燒杯混合液出現(xiàn)不同程度礬花，但礬花均呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，不能沉淀，無法取到上清液，因此并未做化驗(yàn)檢測。

（4）由此判斷單一投加PAC溶液不能改善本廠生物池活性污泥的沉降性能。

（5）從視覺觀察PAC溶液投加量達(dá)到1.3mL時，出現(xiàn)礬花較大，上清液出現(xiàn)薄層清液，但不能達(dá)到正常運(yùn)行水平。

1.3.2 PAC和PA M配合使用小試

單獨(dú)使用PAC不能達(dá)到提高活性污泥沉降性能的作用，因此考慮添加PAM作為助凝劑，試驗(yàn)其是否能夠達(dá)到理想效果。

1）試驗(yàn)過程設(shè)計

本廠污泥脫水工藝所用絮凝劑為PAM，其配藥濃度為4‰，用于生物池混凝沉淀，考慮到對投藥泵的保護(hù)和遠(yuǎn)程輸送的問題，溶液濃度不易過高，因此配制溶液濃度定為1‰。試驗(yàn)通過向已加入一定量的PAC溶液（1 000mL混合液中加入1.3mLPAC溶液）的生物池混合液中加入不同量的PAM溶液，測試活性污泥沉降性能和上清液SS，確定最佳PAM投加量。

2）試驗(yàn)結(jié)果

（1）礬花下沉的最小PAM投加量為1mL，因此6個燒杯的 PAM投加量分別為 0.25、0.6、0.95、1.3、1.65、2 mL。

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 投加PAC的同時加入不同量PAM的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）由此判斷PAC和PAM配合使用能夠改善本廠生物池活性污泥的沉降性能且1 000mL的生物池混合液內(nèi)加入1.3mLPAC和1.3mLPAM時效果最好，沉降比為33%，SS去除率達(dá)到68%。此時PAC和PAM的質(zhì)量比為 20∶1，PAC投藥濃度為 26mg/L（純藥濃度），PAM投藥濃度為1.3mg/L（純藥濃度）。

1.3.3 單獨(dú)使用PA M小試

根據(jù)部分研究成果，PAM單獨(dú)使用投藥濃度為2 mg/L，PAC和PAM配合使用，質(zhì)量比30∶1，PAM投藥濃度僅為0.1mg/L[3～5]。本次小試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述研究，因此對單獨(dú)使用PAM作為混凝劑的情況進(jìn)行試驗(yàn)。

1）試驗(yàn)過程設(shè)計

PAM溶液濃度仍采用1‰。

2）試驗(yàn)結(jié)果

（1）形成礬花的最小PAM投加量為1.5mL，因此6個燒杯的混凝劑投加量分別為 0.4、0.9、1.4、1.9、2.4、3mL。

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表2。

表2 單獨(dú)使用PAM小試數(shù)據(jù)

（3）由此判斷單一投加PAM溶液能夠改善本廠生物池活性污泥的沉降性能且1 000mL生物池混合液中加入PAM2.4mL以上時效果較為明顯，沉降比在30%左右，SS去除率能達(dá)到50%以上。此時PAM的投藥濃度為2.4mg/L，與已有研究成果[3～5]基本相符。

1.4 小試結(jié)果

1）單獨(dú)加入PAC不能達(dá)到理想的沉降效果。

2）PAC和PAM配合使用，能夠有效的改善生物池活性污泥沉降性能。經(jīng)小試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 000mL混合液內(nèi)投加2%的PAC溶液1.3mL和1‰的PAM溶液1.3mL沉降效果較理想。即PAC和PAM質(zhì)量比為20∶1，1 t水投加PAC和PAM混合溶液為1.3 L，換算成藥劑量約為88.11 g，其中 PAC（30%）86.67 g，PAM（90%）1.44 g。

3）單獨(dú)使用PAM同樣能夠有效改善生物池活性污泥沉降性能。經(jīng)小試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 000mL混合液內(nèi)投加1‰的PAM溶液2.4mL沉降效果較理想。即1 t水投加PAM溶液 2.4mL，換算成 PAM（90%）約為 2.67 g。

4）以市場價優(yōu)等固體 PAC（30%）2 400元 /t，固體PAM（90%）30 000元/t計算，PAC和PAM配合使用每噸水混凝工藝藥劑成本為0.25元，單獨(dú)使用PAM每噸水混凝工藝藥劑成本為0.08元。因此，雖大量使用PAM對設(shè)備有一定的損害，但僅從藥劑成本角度考慮的話，單獨(dú)使用PAM較為經(jīng)濟(jì)。

2 生產(chǎn)性試驗(yàn)

小試結(jié)果顯示單獨(dú)使用PAM作為混凝劑使用較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但這一結(jié)論與目前已有的研究成果并不一致，因此在生產(chǎn)性試驗(yàn)階段，仍考慮對PAC和PAM配合使用以及PAM單獨(dú)使用的運(yùn)行效果進(jìn)行比較，進(jìn)一步考察哪種運(yùn)行方式更為科學(xué)、更為經(jīng)濟(jì)有效。此外，小試結(jié)論得出的混凝工藝藥劑噸水成本最低為0.08元，成本較高。在生產(chǎn)性試驗(yàn)中，由于混凝時間和攪拌強(qiáng)度都高于小試，因此考慮酌情減少投藥量，以測試更為經(jīng)濟(jì)的最佳藥劑投加量。

2.1 試驗(yàn)過程

2.1.1 PAC和PA M配合使用試驗(yàn)

1）PAC和PAM固定比例（質(zhì)量比20∶1），不斷減少混合藥劑投加量進(jìn)行階段性試驗(yàn)，投加濃度(以純PAM計)分別取 1.3、1.1、0.9、0.7、0.5、0.3、0.1mg/L，每種混合藥劑投加量測試3 d，取SS平均去除率和SVI平均數(shù)作為數(shù)據(jù)參考，進(jìn)行比較，考察哪種投藥濃度更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 PAC和PAM固定比例試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1和圖2分別反映了PAC和PAM固定比例投加時，隨著投加藥劑量的變化出水水質(zhì)和污泥沉降性能的變化情況。

圖1 在PAC和PAM固定比例條件下SS去除率隨投藥濃度變化曲線

圖2 在PAC和PAM固定比例條件下SVI隨投藥濃度變化曲線

由圖1和圖2可以看到，當(dāng)投加濃度 (以純PAM計)降到0.9mg/L后，雖然SS平均去除率仍能夠達(dá)到50%以上，但SVI明顯升高，觀察生物池活性污泥明顯可以觀察到污泥沉降性能變差，因此在保持PAC和PAM固定比例（質(zhì)量比20∶1）的條件下，投加濃度(以純PAM計)1.1 mg/L為最佳投加濃度。

2）PAC投加量（采用上一步試驗(yàn)得出的最佳投加量1.1mg/L）保持不變，不斷減少PAM投加濃度，分別取1.1、0.9、0.7、0.5mg/L，即改變 PAC和 PAM的投加比例，每種比例測試3 d，取SS平均去除率和SVI平均數(shù)作為數(shù)據(jù)參考，進(jìn)行比較，考察能否通過改變投加比例進(jìn)一步降低成本。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。圖3和圖4分別反映了PAC投加量不變時，隨著PAM投加量的變化出水水質(zhì)和污泥沉降性能的變化情況。

表4 PAC投加量保持不變試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 在PAC投加量保持不變條件下SS去除率隨PAM投藥濃度變化曲線

圖4 在PAC投加量保持不變條件下SVI隨PAM投藥濃度變化曲線

由圖3和圖4可以看到，當(dāng)PAC投加量（1.1 mg/L）保持不變時，隨著PAM投加量的減少，SS平均去除率呈下降趨勢，SVI呈上升趨勢，由于考慮出水超標(biāo)排放問題，因此試驗(yàn)沒有進(jìn)行到設(shè)計的PAM投加濃度到0.1mg/L。當(dāng)PAM投加濃度降到0.9mg/L后，雖然SS平均去除率仍能夠達(dá)到50%以上，但SVI明顯升高，觀察生物池活性污泥明顯可以觀察到污泥沉降性能變差，因此最佳投加濃度仍為 (以純PAM計)1.1mg/L，PAC和PAM質(zhì)量比20∶1。

2.1.2 PA M單獨(dú)使用試驗(yàn)

以小試中PAM最佳投加濃度作為起始點(diǎn)，不斷降低投藥濃度進(jìn)行試驗(yàn)，分別取 2.4、2.2、2、1.8、1.6、1.4、1.2mg/L，每種加藥濃度測試3 d，取SS平均去除率和SVI平均數(shù)作為數(shù)據(jù)參考，進(jìn)行比較，考察哪種投藥濃度更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。圖5和圖6分別反映了PAM單獨(dú)使用時，隨著投加量的變化出水水質(zhì)和污泥沉降性能的變化情況。

表5 PAM單獨(dú)使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 PAM單獨(dú)使用時SS去除率隨投藥濃度變化曲線

圖6 PAM單獨(dú)使用時SVI隨投藥濃度變化曲線

由圖5和圖6可以看到，當(dāng)PAM投加濃度降到1.8 mg/L后，雖然SS平均去除率仍能夠達(dá)到50%以上，但出水SS明顯升高，SVI明顯減低，觀察生物池活性污泥雖然沉降速度很快，但上清液開始渾濁，漂浮細(xì)小顆粒物增多。因此在單獨(dú)使用PAM條件下，2mg/L為PAM最佳投加濃度。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于生產(chǎn)性試驗(yàn)無法達(dá)到試驗(yàn)室試驗(yàn)的精確度，主要體現(xiàn)在進(jìn)水水量和進(jìn)水水質(zhì)的不可控性。水質(zhì)和水量無法達(dá)到恒定，因此只能通過多次試驗(yàn)觀察趨勢，而由于調(diào)試時間有限，每種濃度的試驗(yàn)只能進(jìn)行3 d，其中存在個例現(xiàn)象，不能完全代表運(yùn)行趨勢，這是本次生產(chǎn)性試驗(yàn)的缺陷。雖然受條件所限，不能達(dá)到理想的試驗(yàn)精度，但本次試驗(yàn)仍得到了一定的試驗(yàn)成果，給今后的運(yùn)行摸索提供了依據(jù)。

本次生產(chǎn)性試驗(yàn)得出結(jié)論：PAC和PAM配合使用時，PAC和PAM質(zhì)量比應(yīng)為20∶1，最佳投加濃度 (以純PAM計)為1.1mg/L；單獨(dú)使用PAM時，PAM最佳投加濃度為2mg/L。核算混凝工藝的藥劑成本，PAC和PAM配合噸水藥劑成本為0.21元，單獨(dú)使用PAM時噸水藥劑成本為0.07元。從藥劑成本較低考慮，單獨(dú)使用PAM最為經(jīng)濟(jì)有效。

3 結(jié)論

1）單獨(dú)使用PAC加入生物池混合液能夠出現(xiàn)礬花，但礬花呈懸浮狀態(tài)，不沉淀，不能改善活性污泥沉降性能。

2）PAC和PAM配合使用能夠有效改善活性污泥沉降性能，小試確定PAC和PAM質(zhì)量比為20∶1，最佳投加濃度(以純PAM計)為1.3mg/L；生產(chǎn)性試驗(yàn)確定PAC和PAM質(zhì)量比為20∶1，最佳投加濃度(以純PAM計)為1.1mg/L。

3）PAM單獨(dú)使用也能夠有效改善活性污泥沉降性能，小試確定PAM最佳投加濃度為2.4mg/L；生產(chǎn)性試驗(yàn)確定PAM最佳投加濃度為2mg/L。

4）從藥劑成本角度考慮，單獨(dú)使用PAM最為經(jīng)濟(jì)有效。

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