高效沉淀池在污水處理廠深度除磷中的工藝調試研究

徐輝 趙林輝

摘 要：我國對城鎮污水處理廠的排放標準日益提高，污水深度處理工藝正廣泛應用于城鎮污水處理廠的新建和提標改造工程。磷是造成水體富營養化的限制因子，采用高效沉淀池工藝可實現深度除磷。文章進行了高效沉淀池工藝調試研究，研究結果表明高效沉淀池工藝對城鎮污水處理廠深度除磷有良好的效果，高效沉淀池出水TP可達到甚至高于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級A標準。工藝調試研究時，先進行實驗室靜態試驗研究，確定適合生物反應池出水的PAM型號，同時確定PAC和PAM的初始投加量。高效沉淀池工藝調試研究時，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步確定最佳工藝參數，并根據排泥濃度和污泥沉降比確定最佳排泥量。

關鍵詞：城鎮污水處理廠；高效沉淀池；深度除磷；工藝調試研究

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著我國城鎮化進程的加快，國家對城鎮污水處理廠的排放標準進一步提高。根據《水污染防治行動計劃》，62個國控重點湖庫和沿海11省56個地市212個區縣行政區劃范圍將執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[1]的一級A標準。污水處理廠的新建工程和提標改造工程大規模的展開，使得污水的深度處理工藝在各地城鎮污水處理廠得以實施。

磷是一種重要的稀缺資源，具有不可再生的特點，但是過量的磷排放進入水體中將造成水體富營養化，影響水體的生態系統[2]。氮、磷是威脅水質的營養物，其在水體生態系統中的循環特點決定水體富營養化的限制因子是磷，磷對水體富營養化的貢獻遠大于氮[3]。一級A標準中，TP最高允許排放濃度為0.5mg/L，當采用傳統生物工藝時，生物反應池出水TP通常僅能達到一級B標準，若城鎮污水處理廠執行一級A標準，須增設化學深度除磷設施。

高效沉淀池工藝是一種高效的物化處理工藝，通過投加化學藥劑，使得化學藥劑與水中污染物充分混合、反應，從而沉淀去除水中的污染物，尤其對于SS和TP等具有較好的處理效果，出水水質穩定[4]。高效沉淀池工藝集合混凝、絮凝、沉淀和濃縮功能為一體，混凝區增設污泥回流，回流的污泥與絮體碰撞，形成粗大、密實的礬花，減少化學藥劑投加量，因此高效沉淀池工藝的遠遠效率超出普通沉淀池工藝。高效沉淀池工藝在城鎮污水處理廠深度除磷中占據顯著優勢，本文進行了某市城鎮污水處理廠高效沉淀池的工藝調試研究，介紹其在深度除磷中的應用。

1 高效沉淀池調試研究

1.1 工程概況

某城鎮污水處理廠設計規模40萬m3/d，原出水水質可達到一級B標準，提標改造工程將出水水質提高至一級A標準。采用高效沉淀池工藝（共8組）進行深度除磷改造，使得出水TP由1.5mg/L提高至0.5mg/L。

1.2 構筑物設計工藝參數

高效沉淀池工藝包括混凝池、絮凝池、斜板沉淀和污泥濃縮區。

（1）混凝池

投加混凝劑聚合氯化鋁（PAC），采用快速攪拌器對生物反應池出水和混凝劑進行快速混合攪拌，混凝劑水解使得水中SS脫穩，同時通過化學作用產生AlPO4沉淀，去除水中溶解性的磷。

混凝反應的混合時間為2min，混凝攪拌器轉速設置為60r/min，攪拌速度梯度G值為400s-1。

（2）絮凝池

加入絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），通過吸附、電中和和粒子間的架橋、網捕作用，協同回流污泥的作用，使得絮體形成大而密實的礬花，易于沉淀。攪拌器的攪拌速度需與混凝過程相適應，否則礬花難以形成或被打碎。

絮凝反應時間為20min，絮凝攪拌器轉速設置為25r/min，速度梯度G值為90s-1。

（3）斜板沉淀和污泥濃縮區

絮凝池內形成的礬花進入斜板沉淀區，沉底的礬花在沉淀池下部匯集，未直接沉底的礬花經過斜板沉淀被去除。通過刮泥機的運行，污泥濃縮區的污泥被濃縮，密度增大。濃縮污泥部分回流至混凝池，有助于混凝絮凝過程，另一部分排放至儲泥池，進行后續處理。

刮泥機頻率設置為50Hz，排泥泵流量為65m3/h，回流污泥泵的設定根據每日工藝調試參數的調整而改變。

1.3 實驗室靜態試驗研究

工藝調試前進行實驗室靜態試驗研究，選取三種型號PAM（AN905、AN923和AN926）進行試驗，選取適合該污水處理廠生反池出水的PAM型號。并進行調試初始投加量試驗，確定工藝調試時的初始投加量。

1.3.1 PAM型號的選取

取生物反應池出水作為靜態試驗研究用水，生物反應池出水濁度為15.9NTU，TP為0.72mg/L。PAM型號對出水濁度的影響如表1所示，PAC的投加率為150mg/L，每種PAM的投加率為0.6mg/L。AN923和AN926對濁度的去除效果略優，再次依據礬花的形成情況，選取AN923和AN926進行后續試驗。

選擇幾種PAC濃度，考察兩種PAM對TP的影響。由表2可知，AN923對濁度和TP的去除均略優于AN926。因此采用AN923作為高效沉淀池調試的PAM。

1.3.2 PAC和PAM初始投加率的確定

由表3可知，當PAC投加率為40mg/L，PAM投加率為0.6和0.8mg/L時，反應后TP濃度分別為0.323和0.332mg/L。當PAC投加率為60mg/L，PAM投加率為0.4和0.6mg/L時，反應后TP濃度分別為0.18和0.246mg/L。在實驗室條件下，當PAC的投加率為40～60mg/L，PAM的投加率為0.4～0.6mg/L，反應后TP≤0.5mg/L，達到一級A標準。因此采用PAC投加率為40～60mg/L，PAM投加率為0.2～0.4mg/L作為高效沉淀池工藝調試時藥劑的投加率。

1.4 高效沉淀池工藝調試

根據影響出水TP的工藝參數，設定PAC投加率、PAM投加率和污泥回流量三個變化因素，研究三個變化因素對除磷效果的影響，同時研究排泥時間對出水水質的影響。

1.4.1 污泥回流量對TP去除的影響

污泥回流的主要作用是增加顆粒物的含量和增強絮凝作用，并減少藥劑投加量。保持PAC投加率為60mg/L，PAM投加率為0.4mg/L不變，改變污泥回流量，考察其對高效沉淀池出水TP的影響。由表1可知，當污泥回流量為0、34、50、65和70m3/h時，高效沉淀池出水TP的濃度分別為0.49、0.22、0.22、0.15和0.12mg/L，對TP的去除率分別為67.3%、81.5%、83.8%、89.5%和90.0%。五種污泥回流條件下，高效沉淀池出水TP均能達到一級A標準。但當不采用污泥回流時，TP去除率較低。TP的去除率隨著污泥回流量的增大而增大，當污泥回流量為65和70m3/h時，兩者對TP的去除效率無顯著差異。高污泥回流量將增加工藝的能耗，因此確定最佳污泥回流量為65m3/h，此時絮凝池內SS約為300～400mg/L。研究表明高效沉淀池污泥回流比為2%～6%時，可達到提高水質較高，而且能夠達到節能降耗的目的[5]。

1.4.2 PAM投加率對TP去除的影響

保持PAC投加率為60mg/L，污泥回流量為65m3/h，改變PAM投加率，考察其對TP去除效果的影響。由圖2可知，當PAM投加率為0.4和0.2mg/L時，高效沉淀池出水TP分別為0.15和0.095mg/L，對TP的去除率分別為89.5%和93.3%，高效沉淀池出水TP均可達到一級A標準。PAM投加率為0.2mg/L時，對高效沉淀池出水TP的去除效果略優于PAM投加率為0.4mg/L，表明0.2mg/L的PAM投加率已能夠在絮體間進行架橋和網捕作用，使絮體變得密實，加速絮體沉淀，因此確定PAM最佳投加率為0.2mg/L。

1.4.3 PAC投加率對TP去除的影響

保持PAM最佳投加率為0.2mg/L，最佳污泥回流量為65m3/h，改變PAC投加率，考察其對TP去除效果的影響。由圖3可知，當PAC投加率為60、50和40mg/L時，高效沉淀池出水TP分別為0.095、0.18和0.20mg/L，對TP的去除率分別為93.3%、78.6%和84.3%。高效沉淀池出水TP均可達到一級A標準，PAC投加率越大，出水TP濃度越低。但當PAC投加率為40mg/L時，高效沉淀池斜板沉淀區時常出現瞬時絮體難以沉降的情況，造成出水TP瞬時不達標情況，影響出水水質，因此確定PAC最佳投加率為50mg/L。

1.4.4 污泥排放量的控制

污泥的排放量對高效沉淀池出水TP有重要影響，通過調整污泥排放量，控制排放污泥濃度和沉降比，優化出水TP的去除效果。當污泥排放量較小時，污泥濃縮區緩沖層泥位上升，使得部分不易沉降的絮體隨出水流出，導致出水TP去除效果不佳。當污泥排放量大時，回流污泥濃度下降，回流污泥無法在絮凝池對絮體進行高效的網捕作用，影響沉淀效果[6]。

經過調試運行確定排泥頻率為2小時一次，每次15min，排泥泵流量為65m3/h。后期運行中，排泥量應隨著處理水量和高效沉淀池進水水質而變化，依據排泥濃度為15～30g/L，污泥沉降比約為80%，適當調整每日排泥量。當高效沉淀池斜板沉淀區有污泥上浮時，可提高排泥量。

2 調試后運行

工藝調試期間，確定最佳污泥回流量、PAC投加率和PAM投加率，后續依據最佳工藝參數運行系統，由圖4可知高效沉淀池進水達到一級B標準，但波動較大，經過高效沉淀池工藝后，出水TP均≤0.3mg/L，可達到一級A標準，甚至可以達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中地表水Ⅳ類的TP標準限值。結果表明高效沉淀池工藝對城鎮污水處理廠深度除磷有著良好的效果，出水TP可達到甚至高于一級A標準。若今后城鎮污水處理廠執行更高排放標準時，高效沉淀池將發揮重要作用。

3 結束語

通過高效沉淀池在城鎮污水處理廠深度除磷的工藝調試，得到以下結論：

（1）高效沉淀池工藝對城鎮污水處理廠深度

除磷時有良好的效果，高效沉淀池出水TP可達到甚至高于一級A標準。

（2）高效沉淀池工藝調試研究時，先進行實驗室靜態試驗研究，根據反應后出水TP，確定適合生物反應池出水的PAM型號，同時確定PAC和PAM的初始投加量。

（3）高效沉淀池工藝調試研究時，按污泥回流量、PAM投加率、PAC投加率逐步確定最佳工藝參數。根據排泥濃度和污泥沉降比確定最佳排泥量。

參考文獻：

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

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[6]Grady C， Daigger G， Lim H.廢水生物處理，第二版，改編和擴充[M].張錫輝，劉勇弟，譯.北京：化學工業出版社，2002.