二沉池強(qiáng)化沉淀對(duì)污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在二沉池投加聚丙烯酰胺(PAM)常作為改善二沉池沉淀效果的輔助方法之一。在二沉池連續(xù)投加PAM后，整個(gè)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行效能提升與否尚不明確。2018年底―2019年初重慶兩江新區(qū)某污水處理廠二沉池出水SS高達(dá)25～30mg/L，通過在二沉池連續(xù)投加PAM，二沉池出水SS≤15mg/L。在改造前、后共兩個(gè)年度統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，從出水指標(biāo)穩(wěn)定性、藥耗影響、化學(xué)產(chǎn)泥量方面進(jìn)行分析、比較，得出在二沉池連續(xù)、長期投加PAM對(duì)該廠污水處理系統(tǒng)的影響是積極的。

1、工藝改造

該廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模3×104m3/d，2016年9月投入運(yùn)行，主要處理工業(yè)開發(fā)區(qū)生產(chǎn)、生活廢水，其中工業(yè)廢水占74%，工業(yè)廢水中以溶解性有機(jī)物為主，活性污泥質(zhì)輕，SVI值較高，出水指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918―2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該廠建有2座中進(jìn)周出輻流式二沉池，有效水深3.5m，原設(shè)計(jì)在二沉池進(jìn)水主要投加聚合氯化鋁(PAC)進(jìn)行化學(xué)除磷、輔助混凝沉淀去除SS，處理后的污水經(jīng)下一級(jí)濾布濾池過濾，以實(shí)現(xiàn)出水SS達(dá)標(biāo)。

宋士幫的研究表明，在二沉池加入PAM能促進(jìn)絮凝體的生成，對(duì)在反應(yīng)區(qū)形成有效的絮凝層具有較好的輔助作用，對(duì)提高出水水質(zhì)有益。2019年5月，該廠實(shí)施二沉池連續(xù)投加PAM改造，將PAM溶液由配藥間經(jīng)泵和管路輸送至二沉池進(jìn)水配水井，經(jīng)污泥管道內(nèi)與污泥充分混合后流入兩組二沉池。

改造后工藝流程如圖1所示。

實(shí)施改造后，二沉池的上清液得到強(qiáng)化沉淀，SS明顯減少，日常運(yùn)行中二沉池泥位也穩(wěn)定在0.5m以下。

2、水質(zhì)指標(biāo)的變化

陳盈楠的研究表明，在無機(jī)－有機(jī)復(fù)配絮凝劑中，PAC－PAM除磷除濁絮凝效果較好。同時(shí)，根據(jù)該廠改造前、后兩個(gè)年度內(nèi)出水水質(zhì)的一些局部數(shù)據(jù)可知，改造后出水SS、TP改善較為明顯，其余出水指標(biāo)(如COD、TN、NH3－N等)無論是年度全部數(shù)據(jù)或者局部數(shù)據(jù)未見明顯改善。因此，對(duì)改造后主要去除對(duì)象SS、TP的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

2.1 進(jìn)水SS、TP

①進(jìn)水SS該污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水SS為280mg/L，改造前、后兩個(gè)年度進(jìn)水SS變化如圖2所示。由圖2可知，2018年―2019年該廠進(jìn)水SS波動(dòng)變化較為明顯，最大值為307mg/L，最小值為72mg/L，平均值為137mg/L;2019年―2020年該廠進(jìn)水SS波動(dòng)變化較小，最大值為164mg/L，最小值為89mg/L，平均值為126mg/L。該廠改造前、后兩個(gè)年度進(jìn)水SS平均濃度在120～140mg/L之間，均低于設(shè)計(jì)處理濃度的1/2;2018年―2019年僅存在1d超負(fù)荷的情況，超負(fù)荷9.6%。從處理負(fù)荷上分析，改造前、后進(jìn)水SS變化對(duì)出水SS穩(wěn)定性的影響較小。

②進(jìn)水TP

該污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水TP為5mg/L，改造前、后兩個(gè)年度進(jìn)水TP變化情況如圖3所示。由圖3可知，2018年―2019年該廠進(jìn)水TP波動(dòng)變化較為明顯，最大值為18.61mg/L，最小值為2.81mg/L，平均值為4.76mg/L。2019年―2020年該廠進(jìn)水TP波動(dòng)變化仍較為明顯，最大值為18.12mg/L，最小值為2.95mg/L，平均值為4.23mg/L。該廠改造前、后兩個(gè)年度進(jìn)水TP平均值均未超過設(shè)計(jì)值，但是改造前一年度進(jìn)水TP超負(fù)荷的次數(shù)占比為26.8%，改造后一年度此項(xiàng)占比為17.2%，下降9.6個(gè)百分點(diǎn)，改造前一年度TP處理負(fù)荷相對(duì)較大。

2.2 出水SS、TP

①出水SS該污水處理廠出水SS預(yù)警值為8.0mg/L，改造前、后兩個(gè)年度出水SS變化情況如圖4所示。由圖4可知，2018年―2019年該廠出水SS波動(dòng)變化較為明顯，最大值為8mg/L，最小值為4mg/L，平均值為5.5mg/L。2019年―2020年該廠出水SS波動(dòng)變化較小，最大值為9mg/L，最小值為4mg/L，平均值為4.9mg/L。該廠改造前、后兩個(gè)年度出水SS平均值變化較小，改造前一年出水SS超預(yù)警值的次數(shù)占比為8.2%，改造后一年此項(xiàng)占比為2.5%，下降5.7個(gè)百分點(diǎn)。

由圖2、4的變化趨勢(shì)比較得出，該廠兩個(gè)年度內(nèi)出水SS變化與進(jìn)水SS變化未有明顯的相關(guān)性，即進(jìn)水SS變化未對(duì)出水SS變化造成直接影響。該廠出水SS穩(wěn)定情況主要受污水處理系統(tǒng)影響，改造后出水SS整體均有所降低。

②出水TP

該污水處理廠出水TP預(yù)警值為0.30mg/L，改造前、后兩年出水TP變化情況如圖5所示。由圖5可知，2018年―2019年該廠出水TP波動(dòng)變化較為明顯，最大值為0.48mg/L，最小值為0.02mg/L，平均值為0.14mg/L。2019年―2020年該廠出水TP波動(dòng)變化較小，最大值為0.47mg/L，最小值為0.02mg/L，平均值為0.14mg/L。該廠改造前、后兩個(gè)年度出水TP平均濃度相等，但是改造前一年出水TP超預(yù)警值的次數(shù)占比為11.8%，改造后一年此項(xiàng)占比為4.4%，下降7.4個(gè)百分點(diǎn)。

由圖3、5的變化趨勢(shì)比較得出，該廠兩個(gè)年度內(nèi)出水TP變化與進(jìn)水TP變化存在明顯的相關(guān)性，即進(jìn)水TP變化對(duì)出水TP變化存在直接影響。

通過分別對(duì)兩個(gè)年度進(jìn)、出水TP數(shù)據(jù)的進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析得出，改造前一年出水TP超預(yù)警值的次數(shù)分別對(duì)應(yīng)的進(jìn)水TP為4.55～18.61mg/L，均值為8.53mg/L，其中超設(shè)計(jì)負(fù)荷占比93.0%，占該年度超設(shè)計(jì)負(fù)荷總次數(shù)的41.2%。改造后一年度出水TP超預(yù)警值的次數(shù)分別對(duì)應(yīng)的進(jìn)水TP為4.20～18.12mg/L，均值為7.94mg/L，其中超設(shè)計(jì)負(fù)荷占比87.5%，占該年度超設(shè)計(jì)負(fù)荷總次數(shù)的22.2%。因此，出水TP出現(xiàn)超預(yù)警值的情況多數(shù)是進(jìn)水TP超設(shè)計(jì)負(fù)荷所致，但進(jìn)水TP超設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)出水TP的直接影響在改造后已降低近1/2，改造后出水TP更趨穩(wěn)定。

3、出水水質(zhì)穩(wěn)定性比較

周克釗等的研究表明，對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行的污水處理過程，出水水質(zhì)一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律。陳中穎等的研究表明，可在分布檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用等效法計(jì)算其工序能力指數(shù)，據(jù)此可得污水處理過程的等效工序能力指數(shù)(Cpe)為:

式中:TU為出水水質(zhì)數(shù)據(jù)的預(yù)警值;μln為出水水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)的均值;σln為出水水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

改造前、后一年，該廠處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以該廠出水SS、TP預(yù)警值計(jì)算Cpe，改造后2019年―2020年該廠出水SS、TP的Cpe分別為0.86、0.52，均優(yōu)于改造前2018年―2019年的0.61、0.46，改造后出水SS、TP穩(wěn)定性更高。

4、藥耗及化學(xué)產(chǎn)泥量分析

該廠聚合氯化鋁用量變化是影響整體藥耗的主要因素，而進(jìn)水TP波動(dòng)變化是影響聚合氯化鋁用量變化的主要因素。進(jìn)水TP波動(dòng)變化主要是汽車制造含磷廢水、印刷電路板制造含磷廢水排放所致，該廠采取在一級(jí)處理、二級(jí)處理工藝段兩點(diǎn)投加PAC，其中一級(jí)處理段采用間歇投加方式，二級(jí)處理段采用連續(xù)投加方式，依據(jù)運(yùn)行中進(jìn)水TP波動(dòng)變化關(guān)聯(lián)出水TP波動(dòng)變化這一情況可知，一級(jí)處理段投加PAC運(yùn)行的條件在改造前后分別是A2/O生物池進(jìn)水TP≥3.5、4.0mg/L。改造前、后污水處理藥劑消耗見表1。

改造前，A2/O生物池進(jìn)水TP＜3.5mg/L出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的46.58%，僅采取二級(jí)處理段單點(diǎn)投加PAC，單耗為70.14kg/103m3。另外，A2/O生物池進(jìn)水TP≥3.5mg/L出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的53.42%，該廠采取在一級(jí)處理、二級(jí)處理工藝段同時(shí)兩點(diǎn)投加PAC，其中一級(jí)處理段PAC單耗為40.40kg/103m3，二級(jí)處理段PAC單耗為36.67kg/103m3。按照投加點(diǎn)位藥耗分別統(tǒng)計(jì)，一級(jí)處理段PAC單耗40.40kg/103m3，二級(jí)處理段PAC單耗106.81kg/103m3。

改造后，A2/O生物池進(jìn)水TP＜4.0mg/L出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的69.95%，僅采取二級(jí)處理段單點(diǎn)投加PAC，單耗為23.06kg/103m3。另外，A2/O生物池進(jìn)水TP≥4.0mg/L出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的30.05%，該廠依然采取在一級(jí)處理、二級(jí)處理工藝段同時(shí)兩點(diǎn)投加PAC，其中一級(jí)處理段PAC單耗為10.35kg/103m3，二級(jí)處理段PAC單耗為11.44kg/103m3。按照投加點(diǎn)位藥耗分別統(tǒng)計(jì)，一級(jí)處理段PAC單耗10.35kg/103m3，二級(jí)處理段PAC單耗為34.50kg/103m3。

改造后PAC合計(jì)單位耗用量由原來的147.21kg/103m3降到44.85kg/103m3，絕對(duì)下降量達(dá)102.36kg/103m3，下降較為明顯;改造后，PAM單耗僅為0.56kg/103m3，該廠整體藥耗降低明顯。

陳中穎等的研究表明，由于PAM用量較小，對(duì)污泥產(chǎn)量貢獻(xiàn)不大，基于常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的污水處理廠PAC化學(xué)污泥產(chǎn)率系數(shù)均值為6.31t/tAl。該廠所用PAC平均含Al量為15.88%，改造前、后一年度PAC化學(xué)污泥量分別為894.71、326.94t，改造后化學(xué)污泥減量達(dá)567.77t。實(shí)施改造后，該廠濕污泥產(chǎn)泥率由1.64t/103m3降至0.99t/103m3，化學(xué)污泥減量貢獻(xiàn)了其中的34.74%，對(duì)整體產(chǎn)泥率降低貢獻(xiàn)較大。

5、結(jié)論

①在二沉池進(jìn)水投加PAM溶液能強(qiáng)化二沉池的沉淀效果，進(jìn)水TP超設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)出水TP的直接影響在改造后已降低近1/2，改造后出水TP更趨于穩(wěn)定。

②將出水SS、TP與預(yù)警值進(jìn)行比較，等效工序能力指數(shù)均優(yōu)于改造前的值，水質(zhì)穩(wěn)定性更高。

③改造后，PAC絕對(duì)下降量明顯，PAM絕對(duì)增長量較小，總體藥耗降低明顯。隨著PAC用量的減少，化學(xué)產(chǎn)泥量隨之減少，對(duì)整體產(chǎn)泥率降低貢獻(xiàn)較大。（來源：重慶市三峽魚復(fù)排水有限責(zé)任公司）