CN1412133A

CN1412133A - 空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法

Info

Publication number: CN1412133A
Application number: CN 01136287
Authority: CN
Inventors: 郑兴灿; 张悦; 陈立
Original assignee: North China Institute Of Design & Research China Municipal Engineering
Current assignee: North China Institute Of Design & Research China Municipal Engineering; North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-23

Abstract

一种空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法，其处理过程为：回流污泥和污水先流入絮凝反应池，在絮凝反应池内连续投加化学絮凝剂；投加高分子助凝剂PAM，并提供曝气供氧和搅拌，使污水中的悬浮固体达到生物活化、形成生物絮凝和一定程度的生物氧化；形成沉降性能良好的活化污泥絮体、化学絮体和金属磷酸盐化学沉淀物，在絮凝反应池停留10～30分钟，然后导入沉淀池，完成固液分离；沉淀后的活化污泥与化学絮体自沉淀池底部排出口排出并通过污泥回流管系统回流到絮凝反应池中以保持反应池的污泥浓度，沉淀池的澄清出水为处理系统的排放水。本发明可明显提高污水处理效果，降低化学药剂消耗量和污泥产生量，运行管理简单，工艺调整灵活，使污水处理费用显著降低。

Description

空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法

所述领域

本发明属于污水处理技术，特别涉及一种空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法。

现有技术

污水中有机污染物的粒径一般在0.01～100μm范围内，初沉出水的污染物粒径一般小于50μm。污水中的有机污染物可划分为4种不同粒径的部分，即粒径大于100μm的可沉组分、粒径1～100μm的超胶体组分、粒径0.1～1.0μm的胶体组分和粒径小于0.1μm的溶解组分，城市污水中各组分的大致比例为可沉25％、超胶体20％、胶体15％、溶解40％；各种污水处理单元技术的有效性受到污染物粒径的影响，不同的单元技术有不同的适用粒径范围，物理沉淀方法适用于10μm以上的粒径，化学絮凝沉淀方法适用于0.1～10μm的粒径，生物处理方法(活性污泥法)的适用粒径范围最广，从10-5～10μm以上。

污水处理的去除对象与排放要求主要包括化学需氧量(COD)、生物化学需氧量(BOD₅)、悬浮固体(SS)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)和总磷(TP)。通过物理沉淀方法实现的一级处理工艺对COD、BOD₅、SS有一定的去除效果，但通常难以满足污水排放的水质要求。常规的二级生物处理对COD、BOD₅、SS有良好的去除效果，但NH₃-N、TN和TP的去除效果非常有限。强化二级生物处理可以有效去除COD、BOD₅、SS、NH₃-N、TN和TP，但工程投资和运行费用较高。三级处理可以改进的NH₃-N、TN和TP去除，但费用往往昂贵。

由于地域环境、经济发展水平和环境容量的差异，不同区域具有不同的污水排放与处理要求。在许多地区，由于污水一级处理难以满足环境要求，而二级处理及强化二级处理费用又偏高；另一方面，对于低浓度(BOD₅120mg/L左右)和超低浓度(BOD₅ 60mg/L左右)污水，生物除磷处理往往难以满足处理要求，需要增加化学除磷处理。因此，采用处理效果介于一级处理与强化二级之间的强化一级处理工艺是经济合理的选择。通常所说的污水强化一级处理包括化学强化一级处理和生物强化一级处理两种方式。

1污水化学强化一级处理

污水化学强化一级处理就是向污水中投加絮凝(沉淀)剂、助凝剂，使污水中的细微颗粒和胶体污染物发生凝聚和絮凝，提高初沉池的去除率，与此同时，磷酸盐等溶解性物质通过形成沉淀物也得到去除。早在19世纪末，美国等国家已广泛采用化学处理去除有机污染物，但随着污水生物处理技术的发展，其采用逐渐较少。到20世纪80年代，随着污水除磷的需要，化学处理开始得到重视，但基本上都是和污水二级生物处理相结合。近年来，由于新型、高效混凝剂的不断推出、价格的下降，以及更加严格的除磷要求，各种形式的化学强化处理开始受到普遍重视。经历了发展→停滞→再发展的过程。

污水化学强化一级处理基于化学絮凝沉淀过程，如图1所示，处理工艺流程包括快速混合池1、絮凝反应池2、沉淀池3，污水进入安装机械搅拌器4的快速混合池1中，投加化学絮凝剂(铝盐或铁盐)5，快速混合约30秒，随后进入安装机械搅拌器4(或水力搅拌)缓慢搅拌的絮凝反应池中，水力停留时间约15分钟，使污水中的细微颗粒和胶体污染物发生凝聚和絮凝，与此同时，磷酸盐等溶解性物质与絮凝剂中的阳离子形成金属磷酸盐沉淀物初级粒子，完成絮凝反应的混合液在絮凝反应池2末端与投加的高分子助凝剂(PAM)6混合，然后进入沉淀池完成固液分离，处理出水外排，沉淀污泥进一步处理，达到去除污水中有机物和磷酸盐的目的。但化学絮凝沉淀处理方法对溶解性有机物的去除非常有限，加入的絮凝剂包含在絮体中使污泥量增大。要求除磷时，需要投加明显过量的药剂，用于非除磷的“竞争性”反应，以生成大量的具有强絮凝吸附作用的金属氢氧化物絮体来凝聚沉淀分散性金属磷酸盐沉淀物微粒和悬浮固体。这种方法存在的不足之处主要包括设备数量多、化学药剂消耗量大、污泥产生量大、抗冲击能力较弱、运行控制比较困难、工艺灵活性较差、处理费用较高等方面。

以化学絮凝沉淀作用为主的单纯化学强化一级处理对SS、COD、BOD₅有较好的去除效果，但除磷要求较高时，所需的投药量明显增加。对城市污水处理，可达到的去除效果为：COD 35％～60％、BOD₅ 40％～60％、SS 70％～90％、TP 70％～90％；

2污水生物强化一级处理

污水生物强化一级处理主要表现方式为超高负荷活性污泥法，基于生物絮凝沉淀过程。如图2所示，在由超高负荷生物曝气池7(停留时间仅30分钟左右)、沉淀池8、曝气供氧系统9和污泥回流系统10构成的污水生物强化一级处理系统中，在短停留时间的空气搅拌及供氧作用下，进水中的可沉悬浮固体可以得到活化，形成具有良好絮凝沉降性能和较高耗氧速率的活化污泥，对不可沉悬浮固体具有良好的絮凝去除能力，是污水中的天然絮凝剂，其絮凝能力受污泥活化程度的影响，污泥活化程度与曝气时间、负荷和污泥浓度有关，在一定的时间范围内，混合曝气时间越长絮凝效果越好，如果停留时间太长(如1小时)则有可能导致污泥絮体的明显游离化和分散化，游离絮体和游离细菌增加，絮凝能力下降。由于水力停留时间短，仅部分溶解性有机物得到生物氧化和去除，约为1/3。在沉淀池8中，除了絮凝沉淀作用外，网捕和过滤作用也起着重要作用，污泥絮体的均一化和合适的污泥浓度也改进固液分离效果。

以进水可沉悬浮固体活化、生物絮凝作用为主导作用的生物强化一级处理系统对SS、COD、BOD₅有可观的去除效果，但对磷的去除效果有限。根据内外工程实践和“八五”国家科技攻关研究成果，生物絮凝强化一级处理的去除率一般为COD 50％～80％、BOD₅ 40％～60％、SS 70％～90％、TP 20％～40％、TN 20％～30％，与此同时，污水中的Al³⁺、Fe³⁺和Mg²⁺有90％以上被去除。

发明内容：

本发明目的是针对污水化学絮凝沉淀强化一级方法存在化学药剂投加量高、污泥量大、处理费用高、机械搅拌方式运行管理较复杂且工艺调整灵活性差等方面问题，以及污水生物絮凝沉淀强化一级处理方法除磷效果差、运行稳定性不够理想等方面问题，本发明的目的在于开发一种能够经济高效地去除污水中SS、COD、BOD₅和TP的污水强化一级处理新方法，并达到提高处理效率、提高运行稳定性、降低药剂消耗量、减小污泥产生量、降低处理成本、提高运行灵活性的目的。这种新污水处理方法以取长补短方式集成生物絮凝沉淀和化学絮凝沉淀处理方法，充分利用外加化学絮凝剂的效能和污水中天然生物絮凝剂的效能，其核心为空气搅拌(曝气)、污泥回流和化学药剂投加的有机结合。在生物絮凝(曝气)池的适当位置投加化学絮凝剂，通过生物活化污泥良好的絮凝沉降性能来改善化学絮凝体的沉降性能、减少化学药剂消耗量，同时通过化学药剂的絮凝沉淀作用进一步提高活化污泥的絮凝能力，使可沉固体、悬浮固体、超胶体、胶体、溶解性固体的去除效果得到明显改进。发明的技术方案：

一种空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法，其特征在于：本污水处理方法在以下结构设施系统内进行的，其设施包括絮凝反应池连接沉淀池，絮凝反应池内底部设有空气扩散曝气管路和曝气器、沉淀池上部有处理水出口，从沉淀池底部连接到絮凝反应池进水管的污泥回流管、絮凝反应池上有化学絮凝剂投加口，和高分子助凝剂投加口；絮凝反应池为推流式构造，絮凝反应池内安装空气扩散曝气管路和曝气器系统连接由外部鼓风机连续提供空气，气量可以调节；

其污水处理过程为：

回流污泥和污水先流入絮凝反应池，在絮凝反应池内连续投加化学絮凝剂：聚合氯化铝、三氯化铁；投加高分子助凝剂PAM，并由空气扩散系统提供曝气供氧和搅拌，使回流污泥和污水中的悬浮固体达到生物活化、形成生物絮凝和一定程度的生物氧化；通过空气混合搅拌絮凝反应，形成沉降性能良好的活化污泥絮体、化学絮体和金属磷酸盐化学沉淀物，污水在絮凝反应池停留时间为10～30分钟，然后导入沉淀池，在沉淀池中完成固液分离；沉淀后的活化污泥与化学絮体自沉淀池底部排出口排出，并通过污泥回流管系统回流到絮凝反应池中以保持反应池的污泥浓度，污泥回流比根据实际需要在10％～50％范围内调节，部分污泥作为剩余污泥从处理系统中排出；沉淀池的澄清出水为处理系统的排放水。

高分子助凝剂PAM投加量为0.1～0.5mg/L。

本发明的有益效果和优点：

根据上述本发明的工艺流程及相关的处理设备所固有的特点，使本发明具有如下独到的优点：

1、由于处理系统由絮凝反应池、沉淀池、污泥回流和空气搅拌絮凝系统构成，处理系统可按化学与生物联合絮凝沉淀强化一级处理、化学絮凝沉淀强化一级处理、生物絮凝沉淀强化一级处理等3种方式运行，以适应不同时期水质水量的变化，运行灵活性明显提高，能够在满足处理要求的情况下优化运行，降低运行费用。而采用机械(或水力)搅拌的污水化学絮凝沉淀方法和采用空气曝气的污水生物絮凝沉淀方法仅有1种运行方式。

2、由于空气搅拌和污泥回流，形成生物絮凝和生物氧化作用，实现了悬浮固体颗粒与金属磷酸盐沉淀物的凝聚及污水中溶解性组分的转化(去除)，减少了非除磷的“竞争性”化学絮凝沉淀反应，不需要投加明显过量的化学药剂来生成大量的氢氧化铝(或氢氧化铁)就可以保证絮凝作用和分散性磷酸盐沉淀物微粒的沉淀分离，与此同时，先前产生的絮凝反应物(氢氧化铝、氢氧化铁)回流到絮凝反应池后可以继续与磷酸盐反应生成金属磷酸盐沉淀物，从而明显降低化学药剂消耗量并提高了除磷效果。而在机械(或水力)搅拌污水化学絮凝沉淀方法中，药剂必须过量投加才能取得较好的化学除磷效果，主要原因有两个方面，其一是原污水中的其它组分与药剂发生非除磷的“竞争性”化学絮凝沉淀反应，其二是Al³⁺与Fe³⁺的磷酸盐沉淀物一般颗粒小、分散程度较高，并且通常与污水中难以沉淀的悬浮颗粒结合在一起(这一点与污水三级处理和一般的水处理不同)，比较分散，如果没有絮凝作用的话很难沉淀下来，因此必须投加明显过量的药剂，生成大量具有强絮凝吸附作用的氢氧化铝(或氢氧化铁)，使悬浮物和分散的金属磷酸盐沉淀物能够得到有效的絮凝沉淀去除。

3、由于空气搅拌和污泥回流，絮凝反应区速度梯度可以根据进水水质水量的变化在一定范围灵活控制，反应池悬浮颗粒(污泥)浓度得到提高，明显改善絮凝反应条件，加快絮状物的形成，在沉淀池中可以迅速形成污泥层和网捕过滤作用，明显改善分散性悬浮物和金属磷酸盐细微沉淀物的固液分离和沉淀去除效果。而机械(或水力)搅拌污水化学絮凝沉淀方法速度梯度相对固定，一般不能根据进水水质水量的变化进行必要的调整，另一方面，由于没有污泥回流，絮凝沉淀过程中污泥浓度相当低，分散性颗粒的凝聚与固液分离效果受到较大影响。

4、由于污泥回流，提高了反应池中污泥浓度，对进水水量和水质浓度的变化具有明显的缓冲作用，明显缓解了药剂投加量与水质浓度变化不协调和难以控制的问题，处理系统内的实际金属离子(Al³⁺或Fe³⁺)∶P摩尔比可以得到较有效和稳定的控制，使连续投药的投药量可以根据进水磷浓度平均值和最佳摩尔比确定，而不是依据最高值确定投药量来保证处理出水始终满足水质要求，从而减少药剂的浪费。而在机械(或水力)搅拌污水化学絮凝沉淀方法中，投药量与进水浓度变化的协调和同步控制是非常困难的，比如说，最佳投药量为Al³⁺或Fe³⁺∶P摩尔比＝3.5时，如果投药量低于此值，则不能达到预期的处理效果，如果超出此值，则化学药剂明显浪费，污水处理厂的进水TP浓度往往是高度不稳定和波动的(如2~6mg/L)，而这种波动值又是难以连续预测的，在实际运行中只能设定一个投加值，而这个设定的投加值一般情况下只能依据最高平均值(如5mg/L)或最高值确定(如6mg/L)，以保证所有情况下都能满足处理出水水质要求，这就必然导致药剂的浪费。由于所需化学药剂消耗量的明显减小和空气搅拌絮凝反应过程所产生的生物氧化作用，使处理系统的污泥量明显降低。污水生物絮凝沉淀方法不投加化学药剂，不产生化学污泥，但TP去除效果不好，通常不能满足污水处理与排放要求。

5、由于本发明的上述独特优点，使本发明的污水处理方法处理效果和效率明显优于现有的其他类型污水强化一级处理方法。根据试验测定，本发明的污水处理方法去除效果为：COD 60％～85％、BOD₅ 60％～80％、SS 80％～95％、TP 70％～90％、TN 15～35％左右；本发明化学除磷所需的药剂投加量为Al³⁺(或Fe³⁺)∶TP摩尔比＝1.5～2.5∶1，明显低于已有化学絮凝沉淀处理方法的药剂投加量Al³⁺(或Fe³⁺)∶TP摩尔比＝3～4∶1；复配0.1～0.5mg/L高分子助凝剂可以进一步降低药剂消耗量和降低污泥含水率。因此，实施本发明可明显提高污水处理效果，降低化学药剂消耗量和污泥产生量，运行管理简单，工艺调整灵活，使污水处理费用显著降低。

附图说明

图1是基于化学絮凝沉淀过程，处理工艺流程图

图2是超高负荷活性污泥法，基于生物絮凝沉淀过程处理工艺流程图

图3是本发明的污水处理过程工艺流程图

具体实施方式

下面结合图3给出本发明的实施细节：

如图3所示，本发明的污水处理系统主要包括絮凝反应池11、沉淀池12、空气扩散(曝气)系统13、污泥回流系统14、化学絮凝剂投加15、高分子助凝剂投加16。絮凝反应池1为推流式构造，水力停留时间10～30分钟，池内安装空气扩散(曝气器)系统13，由外部鼓风机连续提供空气且气量可以调节。

污水处理过程为：

回流污泥和污水先流入絮凝反应池11，由空气扩散系统13提供搅拌和曝气供氧条件，完成进水悬浮固体的生物活化、生物絮凝的形成和一定程度的生物氧化；同时在絮凝反应池的适当位置连续进行化学絮凝剂(聚合氯化铝、三氯化铁等)投加15及高分子助凝剂(PAM)投加16，通过空气混合搅拌絮凝反应，形成沉降性能良好的活化污泥絮体、化学絮体和金属磷酸盐化学沉淀物，然后在沉淀池12中完成固液分离；沉淀后的活化污泥与化学絮体自沉淀池底部排出，通过污泥回流系统14回流到絮凝反应池中以保持反应池的污泥浓度，污泥回流比根据实际需要在一定范围内(10％～50％)调节，部分污泥作为剩余污泥从处理系统中排出；沉淀池12的澄清出水为处理系统的排放水。需要除磷时，化学药剂投加量主要根据进水磷浓度和除磷要求确定；不需要除磷时，加药量可明显降低，取决于进水不可沉悬浮固体浓度。高分子助凝剂(PAM)投加量为0.1～0.5mg/L。

实例1 根据工艺流程，采用聚合氯化铝PAC为絮凝剂，投药量为Al³⁺/TP摩尔比＝1.8，生物絮凝池内水力停留时间15分钟，污泥回流比50％。测得去除率为：COD 60％，BOD₅ 60％，SS 80％，TP 70％，TN 15％。剩余污泥产率为0.07公斤/立方米；化学絮凝法平行试验所需Al³⁺/TP摩尔比＝3；剩余污泥产率0.15公斤/立方米。

实例2 根据工艺流程，采用聚合氯化铝PAC为絮凝剂，投药量为Al³⁺/TP摩尔比＝2.5，生物絮凝池内水力停留时间15分钟，污泥回流比50％。测得去除率为：COD 85％，BOD₅ 80％，SS 95％，TP 90％，TN 35％，剩余污泥产率为0.09公斤/立方米；化学絮凝法平行试验所需Al³⁺/TP摩尔比为4，剩余污泥产率为0.25公斤/立方米。

实例3根据工艺流程，采用聚合氯化铝PAC为絮凝剂，投药量为Al³⁺/TP摩尔比＝2.1，生物絮凝池内水力停留时间15分钟，污泥回流比50％。测得工艺去除率为：COD 73％，BOD₅ 70％，SS 85％，TP 75％，TN 28％。剩余污泥产率为0.08公斤/立方米；化学絮凝法平行试验所需Al³⁺/TP摩尔比为3.5；剩余污泥产率为0.2公斤/立方米。

Claims

1、一种空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法，其特征在于：本污水处理方法在以下结构设施系统内进行的，其设施包括絮凝反应池连接沉淀池，絮凝反应池内底部设有空气扩散曝气管路和曝气器、沉淀池上部有处理水出口，从沉淀池底部连接到絮凝反应池进水管的污泥回流管、絮凝反应池上有化学絮凝剂投加口，和高分子助凝剂投加口；絮凝反应池为推流式构造，絮凝反应池内安装空气扩散曝气管路和曝气器系统连接由外部鼓风机连续提供空气，气量可以调节；

其污水处理方法为：

2、根据权利要求1所述的空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法，其特征在于：高分子助凝剂PAM投加量为0.1～0.5mg/L。