我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，目前全國(guó)600多個(gè)城市中有400多個(gè)城市缺水〔1〕。城市污水資源化作為開(kāi)源的重要形式，已成為解決水危機(jī)的重要措施之一〔2〕。沈陽(yáng)北部污水處理廠(chǎng)是東北地區(qū)最大的污水處理廠(chǎng)，日處理能力為40萬(wàn)t,其中20萬(wàn)t/d采用A/O脫氮的處理工藝。對(duì)該廠(chǎng)處理出水進(jìn)行深度處理，使之得以回用，對(duì)解決城市水資源短缺具有重要意義。對(duì)此，本研究采用污泥回流高效絮凝+雙層濾料過(guò)濾的工藝對(duì)沈陽(yáng)北部污水處理廠(chǎng)的二級(jí)生化處理出水進(jìn)行深度處理，以達(dá)到回用于康平坑口電廠(chǎng)冷卻用水的目的。通過(guò)中試動(dòng)態(tài)連續(xù)流試驗(yàn)對(duì)該工藝的可行性進(jìn)行了研究。

　　1 試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法

　　1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

　　試驗(yàn)原水取自沈陽(yáng)市北部污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化處理工藝出水，其水質(zhì)：CODCr 30~70 mg/L,濁度 4~14 NTU,色度 38~91度，TP 2.8～5.6 mg/L.

　　1.2 中試裝置

　　中試試驗(yàn)系統(tǒng)流程如圖 1所示。

圖 1 中試試驗(yàn)系統(tǒng)流程

　　該工藝主要處理單元包括高效沉淀池、回流系統(tǒng)和過(guò)濾裝置。其中，高效沉淀池沉淀區(qū)中加裝了小間距豎向斜向組合板構(gòu)件，其網(wǎng)格式絮凝反應(yīng)區(qū)分為14格;沉淀區(qū)斜板間距25 mm,斜板長(zhǎng)800 mm,水平傾角60度，在斜板下垂直延長(zhǎng)250 mm.過(guò)濾裝置濾柱內(nèi)徑為250 mm,高為4 500 mm;濾層采用雙層濾料，上層為無(wú)煙煤，粒徑1.0～2.0 mm,高400 mm,下層為石英砂，粒徑0.5～1.2 mm,高500 mm;承托層厚400 mm,從下到上由粗到細(xì)鋪不同粒徑的卵石。

　　1.3 中試系統(tǒng)運(yùn)行工藝參數(shù)選擇

　　進(jìn)水流量為1 m3/h;混凝劑采用聚合氯化鋁(PAC),投加量為30~40 mg/L;助凝劑采用陽(yáng)離子PAM RT 2300,投加量為0.45 mg/L;絮凝時(shí)間為 13 min;沉淀池表面負(fù)荷為12 m3/(m2·h);濾柱濾速為10 m/h.當(dāng)原水濁度變化時(shí)，活性污泥回流量和混凝劑投加量隨之變化。

　　1.4 分析項(xiàng)目與方法

　　CODCr、NH3-N、TP、色度、濁度和污泥平均濃度等的分析參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1 中試系統(tǒng)對(duì)色度和濁度的去除效果

　　中試系統(tǒng)對(duì)色度和濁度的去除效果見(jiàn)圖 2. 由圖 2可知，當(dāng)原水色度為38～91度，濁度為4~13.4 NTU時(shí)，沉淀出水色度平均為27.9度，濁度平均為1.4 NTU;過(guò)濾出水色度平均為19.7度，濁度平均為0.6 NTU.經(jīng)該工藝處理后，總色度去除率為57.1%~76.6%,平均為65.6%;總濁度去除率為84.8%~97.5%,平均為91.1%.試驗(yàn)結(jié)果表明，高效沉淀裝置對(duì)色度、濁度的平均去除率分別為50%、60%,分別占到工藝對(duì)色度和濁度去除率的76%、66%,說(shuō)明污泥回流高效絮凝是該工藝去除色度和濁度的主要原因。

圖 2 進(jìn)出水色度和濁度的變化

　　研究表明，高效沉淀池中的活性污泥含有大量金屬氫氧化物及懸浮膠體顆粒物〔3〕，通過(guò)污泥回流接觸絮凝的方法可有效增加水中顆粒物濃度，增加混凝劑水解產(chǎn)物的絮凝核心，提高微粒碰撞幾率，從而提高顆粒間的凝聚機(jī)會(huì)，促進(jìn)顆粒的凝聚成長(zhǎng)。同時(shí)，活性污泥中細(xì)菌的細(xì)胞代謝和自溶會(huì)在體外分泌一種高分子胞外聚合物(EPS)〔4〕，在適宜條件下EPS可與懸浮顆粒通過(guò)離子鍵、氫鍵相結(jié)合，迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉降〔5〕，其對(duì)于低溫低濁水具有良好的絮凝效果。投加適當(dāng)?shù)幕炷齽┖椭�凝劑，采用翼片微渦旋絮凝網(wǎng)格混合，并配合高濃度污泥回流能有效起到處理低溫低濁水的目的。通過(guò)增強(qiáng)機(jī)械攪拌，可促進(jìn)膠體顆粒間產(chǎn)生的同向絮凝，進(jìn)一步改善混凝效果〔6〕，使色度和濁度等得到去除。運(yùn)行結(jié)果表明，污泥回流高效絮凝+過(guò)濾工藝對(duì)色度和濁度有穩(wěn)定的去除效果，工藝最終出水色度和濁度遠(yuǎn)小于《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)中的規(guī)定，符合再生水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 中試系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果

　　中試系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 進(jìn)出水COD_Cr的變化

　　從圖 3可以看出，當(dāng)原水CODCr為30~70 mg/L時(shí)，沉淀出水CODCr平均為 31.1 mg/L,過(guò)濾出水CODCr平均為 25.3 mg/L,總CODCr去除率平均為43%,其中高效沉淀裝置對(duì)CODCr的去除率平均為30%,占工藝總?cè)コ�率�?0%,說(shuō)明污泥回流高效絮凝對(duì)CODCr的去除起主要作用。

　　污泥回流高效絮凝系統(tǒng)是將高效沉淀池中具有黏附活性的高密度沉淀污泥回流，與加混凝劑的原水混合，通過(guò)混凝劑壓縮雙電層、吸附架橋、網(wǎng)捕卷掃作用使膠粒脫穩(wěn)并凝聚形成絮凝體〔7〕，其不但對(duì)色度、濁度具有良好的去除效果，同時(shí)有助于去除水中懸浮有機(jī)物，使出水CODCr降低。該工藝對(duì)CODCr的去除效果穩(wěn)定，出水CODCr達(dá)到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)的要求。

　　2.3 中試系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效果

　　中試系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效果如圖 4所示。從圖 4可以看出，當(dāng)原水總磷為2.8～5.6 mg/L時(shí)，沉淀出水總磷平均為1.0 mg/L,過(guò)濾出水總磷平均為0.6 mg/L,總的總磷去除率為75.6%~94.6%,平均為86.3%.試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝對(duì)總磷的去除比較理想。混凝劑溶解后的金屬陽(yáng)離子可與污水中的磷反應(yīng)，生成難溶解的磷酸鹽類(lèi)沉淀物〔8〕，因此混凝過(guò)程去除磷的效果顯著�；炷�過(guò)程在去除非溶解性固體的同時(shí)，也可去除污水中的某些溶解性物質(zhì)(如砷、汞等).此外，高效沉淀池出水通過(guò)無(wú)煙煤和石英砂雙層濾料的過(guò)濾作用，其中未沉淀完全的膠體物質(zhì)和懸浮物質(zhì)得到進(jìn)一步去除，進(jìn)一步降低了出水磷含量，提高了系統(tǒng)整體處理效果。

圖 4 進(jìn)出水總磷的變化

　　2.4 中試系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果

　　中試系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖 5所示。

圖 5 進(jìn)出水氨氮的變化

　　由圖 5可以看出，原水氨氮在開(kāi)始階段比較低(<1 mg/L),此時(shí)出水氨氮<1 mg/L.當(dāng)原水氨氮為5～15 mg/L時(shí)，過(guò)濾出水氨氮在12 mg/L以下。系統(tǒng)總氨氮去除率平均僅為19.7%,說(shuō)明該工藝對(duì)氨氮的去除并不理想。這是因?yàn)樵�水中的氨氮主要以離子態(tài)溶解于水中，用化學(xué)法去除氨氮沒(méi)有太大的作用，因此，混凝沉淀+過(guò)濾工藝很難將其去除〔9〕;但由于網(wǎng)捕卷掃作用也能夠去除一小部分含氮有機(jī)物，使工藝對(duì)氮也有一定的去除效果。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)高效沉淀池出水經(jīng)過(guò)濾以后，其氨氮都有微小的上升趨勢(shì)。經(jīng)分析可能是由于濾柱中存在缺氧區(qū)，在反硝化過(guò)程中發(fā)生同化反硝化，使一部分硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。

　　3 中試試驗(yàn)產(chǎn)水成本分析

　　通過(guò)設(shè)備的初期投資、長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)以及維護(hù)費(fèi)計(jì)算產(chǎn)水成本。

　　初期投資包括計(jì)量泵、活性泥渣回流泵、濾柱反沖洗泵、管道混合器等設(shè)備，以及高效絮凝沉淀池、濾柱等中試裝置。使用壽命按4 a計(jì)，則每噸產(chǎn)水折合設(shè)備費(fèi)0.28元，設(shè)備折舊費(fèi)0.11元。

　　長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)及維護(hù)費(fèi)包括藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、電費(fèi)等。其中高效絮凝工藝中試試驗(yàn)每噸產(chǎn)水消耗電能0.5 kW·h,電費(fèi)單價(jià)按0.5元/(kW·h)計(jì)，則每噸產(chǎn)水電費(fèi)為0.25元;每噸產(chǎn)水消耗聚合氯化鋁(按40 mg/L計(jì))與聚丙烯酰胺(按0.4 mg/L計(jì))費(fèi)用為0.35元;每噸產(chǎn)水人工費(fèi)按0.18元計(jì)。由此可見(jiàn)，采用污泥回流高效絮凝+過(guò)濾工藝對(duì)污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化處理出水進(jìn)行深度處理使之回用的產(chǎn)水成本為1.17元/ m3,具有處理效果好、產(chǎn)水成本低的優(yōu)勢(shì)。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論

　　城市污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化處理工藝出水經(jīng)過(guò)中試條件下的污泥回流高效絮凝+過(guò)濾聯(lián)合工藝處理后，出水色度為19.7度，濁度為0.6 NTU,CODCr為25.3 mg/L,總磷為0.6 mg/L,出水色度、濁度、CODCr、總磷能夠滿(mǎn)足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)的要求。但系統(tǒng)對(duì)氨氮去除效果不甚理想，建議另行增加氨氮處理工藝。

　　采用污泥回流高效絮凝+過(guò)濾工藝對(duì)污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化處理出水進(jìn)行深度處理回用的產(chǎn)水成本為1.17元/m3,具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性。