專利名稱：空氣攪拌、污泥回流化學(xué)絮凝沉淀污水處理方法
所述領(lǐng)域本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)，特別涉及一種空氣攪拌、污泥回流化學(xué)絮凝沉淀污水處理方法。
污水處理的去除對(duì)象與排放要求主要包括化學(xué)需氧量(COD)、生物化學(xué)需氧量(BOD5)、懸浮固體(SS)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)。通過(guò)物理沉淀方法實(shí)現(xiàn)的一級(jí)處理工藝對(duì)COD、BOD5、SS有一定的去除效果，但通常難以滿足污水排放的水質(zhì)要求。常規(guī)的二級(jí)生物處理對(duì)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。強(qiáng)化二級(jí)生物處理可以有效去除COD、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP，但工程投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。三級(jí)處理可以改進(jìn)的NH3-N、TN和TP去除，但費(fèi)用往往昂貴。
由于地域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境容量的差異，不同區(qū)域具有不同的污水排放與處理要求。在許多地區(qū)，由于污水一級(jí)處理難以滿足環(huán)境要求，而二級(jí)處理及強(qiáng)化二級(jí)處理費(fèi)用又偏高；另一方面，對(duì)于低濃度(BOD5120mg/L左右)和超低濃度(BOD560mg/L左右)污水，生物除磷處理往往難以滿足處理要求，需要增加化學(xué)除磷處理。因此，采用處理效果介于一級(jí)處理與強(qiáng)化二級(jí)之間的強(qiáng)化一級(jí)處理工藝是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。通常所說(shuō)的污水強(qiáng)化一級(jí)處理包括化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理和生物強(qiáng)化一級(jí)處理兩種方式。
1污水化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理污水化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理就是向污水中投加絮凝(沉淀)劑、助凝劑，使污水中的細(xì)微顆粒和膠體污染物發(fā)生凝聚和絮凝，提高初沉池的去除率，與此同時(shí)，磷酸鹽等溶解性物質(zhì)通過(guò)形成沉淀物也得到去除。早在19世紀(jì)末，美國(guó)等國(guó)家已廣泛采用化學(xué)處理去除有機(jī)污染物，但隨著污水生物處理技術(shù)的發(fā)展，其采用逐漸較少。到20世紀(jì)80年代，隨著污水除磷的需要，化學(xué)處理開(kāi)始得到重視，但基本上都是和污水二級(jí)生物處理相結(jié)合。近年來(lái)，由于新型、高效混凝劑的不斷推出、價(jià)格的下降，以及更加嚴(yán)格的除磷要求，各種形式的化學(xué)強(qiáng)化處理開(kāi)始受到普遍重視。經(jīng)歷了發(fā)展→停滯→再發(fā)展的過(guò)程。
污水化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理基于化學(xué)絮凝沉淀過(guò)程，如

圖1所示，處理工藝流程包括快速混合池1、絮凝反應(yīng)池2、沉淀池3，污水進(jìn)入安裝機(jī)械攪拌器4的快速混合池1中，投加化學(xué)絮凝劑(鋁鹽或鐵鹽)5，快速混合約30秒，隨后進(jìn)入安裝機(jī)械攪拌器4(或水力攪拌)緩慢攪拌的絮凝反應(yīng)池中，水力停留時(shí)間約15分鐘，使污水中的細(xì)微顆粒和膠體污染物發(fā)生凝聚和絮凝，與此同時(shí)，磷酸鹽等溶解性物質(zhì)與絮凝劑中的陽(yáng)離子形成金屬磷酸鹽沉淀物初級(jí)粒子，完成絮凝反應(yīng)的混合液在絮凝反應(yīng)池2末端與投加的高分子助凝劑(PAM)6混合，然后進(jìn)入沉淀池完成固液分離，處理出水外排，沉淀污泥進(jìn)一步處理，達(dá)到去除污水中有機(jī)物和磷酸鹽的目的。但化學(xué)絮凝沉淀處理方法對(duì)溶解性有機(jī)物的去除非常有限，加入的絮凝劑包含在絮體中使污泥量增大。要求除磷時(shí)，需要投加明顯過(guò)量的藥劑，用于非除磷的“競(jìng)爭(zhēng)性”反應(yīng)，以生成大量的具有強(qiáng)絮凝吸附作用的金屬氫氧化物絮體來(lái)凝聚沉淀分散性金屬磷酸鹽沉淀物微粒和懸浮固體。這種方法存在的不足之處主要包括設(shè)備數(shù)量多、化學(xué)藥劑消耗量大、污泥產(chǎn)生量大、抗沖擊能力較弱、運(yùn)行控制比較困難、工藝靈活性較差、處理費(fèi)用較高等方面。
以化學(xué)絮凝沉淀作用為主的單純化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理對(duì)SS、COD、BOD5有較好的去除效果，但除磷要求較高時(shí)，所需的投藥量明顯增加。對(duì)城市污水處理，可達(dá)到的去除效果為COD 35％～60％、BOD540％～60％、SS 70％～90％、TP 70％～90％；2污水生物強(qiáng)化一級(jí)處理污水生物強(qiáng)化一級(jí)處理主要表現(xiàn)方式為超高負(fù)荷活性污泥法，基于生物絮凝沉淀過(guò)程。如圖2所示，在由超高負(fù)荷生物曝氣池7(停留時(shí)間僅30分鐘左右)、沉淀池8、曝氣供氧系統(tǒng)9和污泥回流系統(tǒng)10構(gòu)成的污水生物強(qiáng)化一級(jí)處理系統(tǒng)中，在短停留時(shí)間的空氣攪拌及供氧作用下，進(jìn)水中的可沉懸浮固體可以得到活化，形成具有良好絮凝沉降性能和較高耗氧速率的活化污泥，對(duì)不可沉懸浮固體具有良好的絮凝去除能力，是污水中的天然絮凝劑，其絮凝能力受污泥活化程度的影響，污泥活化程度與曝氣時(shí)間、負(fù)荷和污泥濃度有關(guān)，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，混合曝氣時(shí)間越長(zhǎng)絮凝效果越好，如果停留時(shí)間太長(zhǎng)(如1小時(shí))則有可能導(dǎo)致污泥絮體的明顯游離化和分散化，游離絮體和游離細(xì)菌增加，絮凝能力下降。由于水力停留時(shí)間短，僅部分溶解性有機(jī)物得到生物氧化和去除，約為1/3。在沉淀池8中，除了絮凝沉淀作用外，網(wǎng)捕和過(guò)濾作用也起著重要作用，污泥絮體的均一化和合適的污泥濃度也改進(jìn)固液分離效果。
以進(jìn)水可沉懸浮固體活化、生物絮凝作用為主導(dǎo)作用的生物強(qiáng)化一級(jí)處理系統(tǒng)對(duì)SS、COD、BOD5有可觀的去除效果，但對(duì)磷的去除效果有限。根據(jù)內(nèi)外工程實(shí)踐和“八五”國(guó)家科技攻關(guān)研究成果，生物絮凝強(qiáng)化一級(jí)處理的去除率一般為COD 50％～80％、BOD540％～60％、SS 70％～90％、TP 20％～40％、TN 20％～30％，與此同時(shí)，污水中的Al3+、Fe3+和Mg2+有90％以上被去除。
高分子助凝劑PAM投加量為0.1～0.5mg/L。
本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)上述本發(fā)明的工藝流程及相關(guān)的處理設(shè)備所固有的特點(diǎn)，使本發(fā)明具有如下獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)1、由于處理系統(tǒng)由絮凝反應(yīng)池、沉淀池、污泥回流和空氣攪拌絮凝系統(tǒng)構(gòu)成，處理系統(tǒng)可按化學(xué)與生物聯(lián)合絮凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理、化學(xué)絮凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理、生物絮凝沉淀強(qiáng)化一級(jí)處理等3種方式運(yùn)行，以適應(yīng)不同時(shí)期水質(zhì)水量的變化，運(yùn)行靈活性明顯提高，能夠在滿足處理要求的情況下優(yōu)化運(yùn)行，降低運(yùn)行費(fèi)用。而采用機(jī)械(或水力)攪拌的污水化學(xué)絮凝沉淀方法和采用空氣曝氣的污水生物絮凝沉淀方法僅有1種運(yùn)行方式。
2、由于空氣攪拌和污泥回流，形成生物絮凝和生物氧化作用，實(shí)現(xiàn)了懸浮固體顆粒與金屬磷酸鹽沉淀物的凝聚及污水中溶解性組分的轉(zhuǎn)化(去除)，減少了非除磷的“競(jìng)爭(zhēng)性”化學(xué)絮凝沉淀反應(yīng)，不需要投加明顯過(guò)量的化學(xué)藥劑來(lái)生成大量的氫氧化鋁(或氫氧化鐵)就可以保證絮凝作用和分散性磷酸鹽沉淀物微粒的沉淀分離，與此同時(shí)，先前產(chǎn)生的絮凝反應(yīng)物(氫氧化鋁、氫氧化鐵)回流到絮凝反應(yīng)池后可以繼續(xù)與磷酸鹽反應(yīng)生成金屬磷酸鹽沉淀物，從而明顯降低化學(xué)藥劑消耗量并提高了除磷效果。而在機(jī)械(或水力)攪拌污水化學(xué)絮凝沉淀方法中，藥劑必須過(guò)量投加才能取得較好的化學(xué)除磷效果，主要原因有兩個(gè)方面，其一是原污水中的其它組分與藥劑發(fā)生非除磷的“競(jìng)爭(zhēng)性”化學(xué)絮凝沉淀反應(yīng)，其二是Al3+與Fe3+的磷酸鹽沉淀物一般顆粒小、分散程度較高，并且通常與污水中難以沉淀的懸浮顆粒結(jié)合在一起(這一點(diǎn)與污水三級(jí)處理和一般的水處理不同)，比較分散，如果沒(méi)有絮凝作用的話很難沉淀下來(lái)，因此必須投加明顯過(guò)量的藥劑，生成大量具有強(qiáng)絮凝吸附作用的氫氧化鋁(或氫氧化鐵)，使懸浮物和分散的金屬磷酸鹽沉淀物能夠得到有效的絮凝沉淀去除。
3、由于空氣攪拌和污泥回流，絮凝反應(yīng)區(qū)速度梯度可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化在一定范圍靈活控制，反應(yīng)池懸浮顆粒(污泥)濃度得到提高，明顯改善絮凝反應(yīng)條件，加快絮狀物的形成，在沉淀池中可以迅速形成污泥層和網(wǎng)捕過(guò)濾作用，明顯改善分散性懸浮物和金屬磷酸鹽細(xì)微沉淀物的固液分離和沉淀去除效果。而機(jī)械(或水力)攪拌污水化學(xué)絮凝沉淀方法速度梯度相對(duì)固定，一般不能根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化進(jìn)行必要的調(diào)整，另一方面，由于沒(méi)有污泥回流，絮凝沉淀過(guò)程中污泥濃度相當(dāng)?shù)停稚⑿灶w粒的凝聚與固液分離效果受到較大影響。
4、由于污泥回流，提高了反應(yīng)池中污泥濃度，對(duì)進(jìn)水水量和水質(zhì)濃度的變化具有明顯的緩沖作用，明顯緩解了藥劑投加量與水質(zhì)濃度變化不協(xié)調(diào)和難以控制的問(wèn)題，處理系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際金屬離子(Al3+或Fe3+)∶P摩爾比可以得到較有效和穩(wěn)定的控制，使連續(xù)投藥的投藥量可以根據(jù)進(jìn)水磷濃度平均值和最佳摩爾比確定，而不是依據(jù)最高值確定投藥量來(lái)保證處理出水始終滿足水質(zhì)要求，從而減少藥劑的浪費(fèi)。而在機(jī)械(或水力)攪拌污水化學(xué)絮凝沉淀方法中，投藥量與進(jìn)水濃度變化的協(xié)調(diào)和同步控制是非常困難的，比如說(shuō)，最佳投藥量為Al3+或Fe3+∶P摩爾比＝3.5時(shí)，如果投藥量低于此值，則不能達(dá)到預(yù)期的處理效果，如果超出此值，則化學(xué)藥劑明顯浪費(fèi)，污水處理廠的進(jìn)水TP濃度往往是高度不穩(wěn)定和波動(dòng)的(如2~6mg/L)，而這種波動(dòng)值又是難以連續(xù)預(yù)測(cè)的，在實(shí)際運(yùn)行中只能設(shè)定一個(gè)投加值，而這個(gè)設(shè)定的投加值一般情況下只能依據(jù)最高平均值(如5mg/L)或最高值確定(如6mg/L)，以保證所有情況下都能滿足處理出水水質(zhì)要求，這就必然導(dǎo)致藥劑的浪費(fèi)。由于所需化學(xué)藥劑消耗量的明顯減小和空氣攪拌絮凝反應(yīng)過(guò)程所產(chǎn)生的生物氧化作用，使處理系統(tǒng)的污泥量明顯降低。污水生物絮凝沉淀方法不投加化學(xué)藥劑，不產(chǎn)生化學(xué)污泥，但TP去除效果不好，通常不能滿足污水處理與排放要求。
5、由于本發(fā)明的上述獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明的污水處理方法處理效果和效率明顯優(yōu)于現(xiàn)有的其他類型污水強(qiáng)化一級(jí)處理方法。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，本發(fā)明的污水處理方法去除效果為COD 60％～85％、BOD560％～80％、SS 80％～95％、TP 70％～90％、TN 15～35％左右；本發(fā)明化學(xué)除磷所需的藥劑投加量為Al3+(或Fe3+)∶TP摩爾比＝1.5～2.5∶1，明顯低于已有化學(xué)絮凝沉淀處理方法的藥劑投加量Al3+(或Fe3+)∶TP摩爾比＝3～4∶1；復(fù)配0.1～0.5mg/L高分子助凝劑可以進(jìn)一步降低藥劑消耗量和降低污泥含水率。因此，實(shí)施本發(fā)明可明顯提高污水處理效果，降低化學(xué)藥劑消耗量和污泥產(chǎn)生量，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，工藝調(diào)整靈活，使污水處理費(fèi)用顯著降低。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖3給出本發(fā)明的實(shí)施細(xì)節(jié)如圖3所示，本發(fā)明的污水處理系統(tǒng)主要包括絮凝反應(yīng)池11、沉淀池12、空氣擴(kuò)散(曝氣)系統(tǒng)13、污泥回流系統(tǒng)14、化學(xué)絮凝劑投加15、高分子助凝劑投加16。絮凝反應(yīng)池1為推流式構(gòu)造，水力停留時(shí)間10～30分鐘，池內(nèi)安裝空氣擴(kuò)散(曝氣器)系統(tǒng)13，由外部鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)提供空氣且氣量可以調(diào)節(jié)。
污水處理過(guò)程為回流污泥和污水先流入絮凝反應(yīng)池11，由空氣擴(kuò)散系統(tǒng)13提供攪拌和曝氣供氧條件，完成進(jìn)水懸浮固體的生物活化、生物絮凝的形成和一定程度的生物氧化；同時(shí)在絮凝反應(yīng)池的適當(dāng)位置連續(xù)進(jìn)行化學(xué)絮凝劑(聚合氯化鋁、三氯化鐵等)投加15及高分子助凝劑(PAM)投加16，通過(guò)空氣混合攪拌絮凝反應(yīng)，形成沉降性能良好的活化污泥絮體、化學(xué)絮體和金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀物，然后在沉淀池12中完成固液分離；沉淀后的活化污泥與化學(xué)絮體自沉淀池底部排出，通過(guò)污泥回流系統(tǒng)14回流到絮凝反應(yīng)池中以保持反應(yīng)池的污泥濃度，污泥回流比根據(jù)實(shí)際需要在一定范圍內(nèi)(10％～50％)調(diào)節(jié)，部分污泥作為剩余污泥從處理系統(tǒng)中排出；沉淀池12的澄清出水為處理系統(tǒng)的排放水。需要除磷時(shí)，化學(xué)藥劑投加量主要根據(jù)進(jìn)水磷濃度和除磷要求確定；不需要除磷時(shí)，加藥量可明顯降低，取決于進(jìn)水不可沉懸浮固體濃度。高分子助凝劑(PAM)投加量為0.1～0.5mg/L。
實(shí)例1 根據(jù)工藝流程，采用聚合氯化鋁PAC為絮凝劑，投藥量為Al3+/TP摩爾比＝1.8，生物絮凝池內(nèi)水力停留時(shí)間15分鐘，污泥回流比50％。測(cè)得去除率為COD 60％，BOD560％，SS 80％，TP 70％，TN 15％。剩余污泥產(chǎn)率為0.07公斤/立方米；化學(xué)絮凝法平行試驗(yàn)所需Al3+/TP摩爾比＝3；剩余污泥產(chǎn)率0.15公斤/立方米。
實(shí)例2 根據(jù)工藝流程，采用聚合氯化鋁PAC為絮凝劑，投藥量為Al3+/TP摩爾比＝2.5，生物絮凝池內(nèi)水力停留時(shí)間15分鐘，污泥回流比50％。測(cè)得去除率為COD 85％，BOD580％，SS 95％，TP 90％，TN 35％，剩余污泥產(chǎn)率為0.09公斤/立方米；化學(xué)絮凝法平行試驗(yàn)所需Al3+/TP摩爾比為4，剩余污泥產(chǎn)率為0.25公斤/立方米。
實(shí)例3根據(jù)工藝流程，采用聚合氯化鋁PAC為絮凝劑，投藥量為Al3+/TP摩爾比＝2.1，生物絮凝池內(nèi)水力停留時(shí)間15分鐘，污泥回流比50％。測(cè)得工藝去除率為COD 73％，BOD570％，SS 85％，TP 75％，TN 28％。剩余污泥產(chǎn)率為0.08公斤/立方米；化學(xué)絮凝法平行試驗(yàn)所需Al3+/TP摩爾比為3.5；剩余污泥產(chǎn)率為0.2公斤/立方米。
權(quán)利要求
1.一種空氣攪拌、污泥回流化學(xué)絮凝沉淀污水處理方法，其特征在于本污水處理方法在以下結(jié)構(gòu)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的，其設(shè)施包括絮凝反應(yīng)池連接沉淀池，絮凝反應(yīng)池內(nèi)底部設(shè)有空氣擴(kuò)散曝氣管路和曝氣器、沉淀池上部有處理水出口，從沉淀池底部連接到絮凝反應(yīng)池進(jìn)水管的污泥回流管、絮凝反應(yīng)池上有化學(xué)絮凝劑投加口，和高分子助凝劑投加口；絮凝反應(yīng)池為推流式構(gòu)造，絮凝反應(yīng)池內(nèi)安裝空氣擴(kuò)散曝氣管路和曝氣器系統(tǒng)連接由外部鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)提供空氣，氣量可以調(diào)節(jié)；其污水處理方法為回流污泥和污水先流入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池內(nèi)連續(xù)投加化學(xué)絮凝劑聚合氯化鋁、三氯化鐵；投加高分子助凝劑PAM，并由空氣擴(kuò)散系統(tǒng)提供曝氣供氧和攪拌，使回流污泥和污水中的懸浮固體達(dá)到生物活化、形成生物絮凝和一定程度的生物氧化；通過(guò)空氣混合攪拌絮凝反應(yīng)，形成沉降性能良好的活化污泥絮體、化學(xué)絮體和金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀物，污水在絮凝反應(yīng)池停留時(shí)間為10～30分鐘，然后導(dǎo)入沉淀池，在沉淀池中完成固液分離；沉淀后的活化污泥與化學(xué)絮體自沉淀池底部排出口排出，并通過(guò)污泥回流管系統(tǒng)回流到絮凝反應(yīng)池中以保持反應(yīng)池的污泥濃度，污泥回流比根據(jù)實(shí)際需要在10％～50％范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，部分污泥作為剩余污泥從處理系統(tǒng)中排出；沉淀池的澄清出水為處理系統(tǒng)的排放水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣攪拌、污泥回流化學(xué)絮凝沉淀污水處理方法，其特征在于高分子助凝劑PAM投加量為0.1～0.5mg/L。
全文摘要
一種空氣攪拌、污泥回流化學(xué)絮凝沉淀污水處理方法，其處理過(guò)程為回流污泥和污水先流入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池內(nèi)連續(xù)投加化學(xué)絮凝劑；投加高分子助凝劑PAM，并提供曝氣供氧和攪拌，使污水中的懸浮固體達(dá)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體、化學(xué)絮體和金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀物，在絮凝反應(yīng)池停留10～30分鐘，然后導(dǎo)入沉淀池，完成固液分離；沉淀后的活化污泥與化學(xué)絮體自沉淀池底部排出口排出并通過(guò)污泥回流管系統(tǒng)回流到絮凝反應(yīng)池中以保持反應(yīng)池的污泥濃度，沉淀池的澄清出水為處理系統(tǒng)的排放水。本發(fā)明可明顯提高污水處理效果，降低化學(xué)藥劑消耗量和污泥產(chǎn)生量，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，工藝調(diào)整靈活，使污水處理費(fèi)用顯著降低。
文檔編號(hào)C02F9/14GK1412133SQ0113628
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者鄭興燦, 張悅, 陳立 申請(qǐng)人:中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院