康慧敏

（国能朗新明环保科技有限公司，北京 100039）

根据山东某地县政府和环保局的要求，山东某污水处理厂提标改造工程完成后，出水水质由城镇污水处理厂污染物一级A标准提高到CODcr≤40mg/L、NH3-N≤2mg/L[1-2]。现阶段山东某污水处理厂进水含有大量不易生物降解或生物降解极为缓慢的有机物质，针对该类难降解废水深度处理工艺段，物理化学处理法中的强化混凝处理技术具有较好的处理效果。强化混凝处理技术具有处理流程较短、运行方式灵活、管理简单、与现有工艺衔接灵活等优点。为了完成对山东某污水处理厂地标提标工作，该文对深度处理工艺段强化混凝药剂进行试验。

1 山东某污水处理厂深度处理工艺技术

针对山东某污水处理厂深度处理工艺段进水水质变化情况，综合考虑污泥参数和污泥量现状，在原深度处理工艺基础上，对前期踏勘和现场试验情况做工艺选择。混凝沉淀工艺是城市污水深度处理常用技术和方法，混凝沉淀能够进一步去除悬浮物、CODcr及BOD5。就该工程来说，为了达到COD40 mg/L以下的排放要求，须设计混凝沉淀+过滤的深度处理工艺。这就为优选混凝剂提出了研究方向。

2 试验水质及变化规律分析

为实地了解山东某污水处理厂试验现场的水质变化情况、工艺现状和提标改造难点，在2017—2019年不间断对试验现场的水质和工艺情况进行监控，并对山东某污水处理厂的现场进行多次踏勘。污水处理厂进水水质不宜生化处理，污水污染物处理难度大。重点关注深度处理各工艺段COD的去除效率，充分考虑原厂工艺特点和构筑物占地面积，通过多种技术方案优劣比较，确定一个经济高效、切合实际的改造方案。

2.1 深度处理进水水质变化情况

该试验山东某污水处理厂原水经城东朱刘工业园区内管网收集，其水质情况随工业园区内工业生产排水规律变化。污水处理厂原水来源于煤焦油加工、焦化生产、煤气综合利用和精细化工生产等煤化工企业。由于生活污水管网不配套，无法接入污水处理厂，污水处理厂进水中没有市政生活污水，全部为煤化工工业废水。煤化工废水治理十分困难，常规生化处理工艺无法正常处理。污水处理厂进水含盐量高，氨氮高，有机物难降解、毒性大。一级处理主体工艺为A2O，深度处理工艺段监测的2017年全年二级出水指标有BOD5、CODcr、氨氮、总氮、SS和总磷。

2017年监测进水CODCr月平均值从76 mg/L～134 mg/L，24小时分时段检测的CODCr值可由54 mg/L～292 mg/L，进水水质变化较大；2017年监测进水BOD5月平均值从8.4 mg/L～8.7 mg/L，24小时分时段检测的BOD5值可由6.5 mg/L～9.8 mg/L。深度处理进水水质波动较大；2017年监测进水氨氮月平均值2 mg/L以下，24小时分时段检测的氨氮值可由0.3mg/L～21.1mg/L。进水氨氮的水质情况增加了脱氮工艺的负荷。同时也对反硝化反应产生冲击和影响，对后续深度处理工艺段去除COD会产生不利影响；2017年监测进水总氮月平均值20 mg/L以下，24小时分时段检测的总氮值为3.4 mg/L～43.6 mg/L；2017年监测进水SS月平均值小于236 mg/L，24小时分时段检测的SS值平均值小于64 mg/L～288 mg/L，SS的浓度最高值约400 mg/L。2017年监测进水总磷月平均值小于1.05 mg/L，24小时分时段检测的TP值可由0.03 mg/L～1.28 mg/L。2017年监测进水pH月平均值约为8，水质变化趋势略有波动。进水pH的监控有很重要的作用，深度处理阶段投加化学药剂，研究人员需要监控随酸碱度变化水中有机污染物浓度的去除变化趋势，从而判定絮凝沉淀试验的稳定性。

2.2 水质分析

山东某污水处理厂采用A2O为主的处理工艺。针对出水水质要求在本次升级改造中需要重点提高对COD及NH3-N的去除效果。

分析山东某进水水质，BOD5=48mg/L、CODCr=245mg/L，BOD5/CODCr=0.20，属于不宜生化处理，污水类型处理难度大，因此该工程必须采用提高污水可生化性的生物处理工艺，保留现有水解酸化池，同时可以调节水质和水量，避免对生化池的冲击。该工程设计进水TP为5mg/L，出水含磷量≤0.5 mg/L，磷的去除率要求达到90%以上，仅凭生物除磷不能稳定达到出水标准，需要辅助化学除磷才能达到要求。针对山东某污水处理厂水质情况，充分考虑现场工艺现状和问题难点，决定进行絮凝剂试验性能分析试验并使用优化臭氧投加系统，探索化学法对化工废水中的有机物COD进行深度处理的的去除效果，从而达到地标提标改造的要求。

3 深度处理絮凝剂试验室烧杯试验

对该公司外购的聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂进行小试试验，对比试验投加不同絮凝剂的有机污染物COD去除率。投加这些絮凝剂的试验进行地点为正在进行升级改造的山东某污水处理厂厂内水质分析化验室。

试验步骤：取6个1000 mL的大烧杯，分别加入试验污水处理厂絮凝沉淀池出水1000 mL，1号为原水，2号～5号用移液管精确投加定容后的，加入聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺等4种絮凝剂2mL。在六联搅拌器上均匀搅拌后，静止放置1小时。分别取1号～6号水样，测定COD浓度。并与投加药剂前的原水1号水样，做去除率比对。

根据小试结果可知，聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺等4种絮凝剂絮凝剂小试药剂的去除率都能达到设计要求，1mg固体药剂去除的COD质量可达0.20mg以上，出水均可以达到污水处理厂出水标准。

4 深度处理絮凝剂现场投加中试试验

根据山东某污水处理厂提标改造的要求，深度处理工艺段为新增强化混凝+原连续流砂滤池。对聚合氯化铝等絮凝剂进行现场投加性能测试试验，在深度处理进水COD值偏低、偏高及正常的情况下，取相同时间段污水，分3个批次进行药剂投加效果试验，研究深度混凝和过滤对COD去除的效果。通过初步筛选，现选用聚合氯化铝、M180混凝剂聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂分3个批次进行对比试验。

现场对二沉池和絮凝沉淀池出水均值进行投加试验，从现场投加试验结果可以得出以下6点：1）聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂均有较好的絮凝效果，通过絮凝过滤后COD得到进一步去除。水质偏高时由于SS高，絮凝效果好，絮凝过滤后能达到去除效果。2）采用同一水样投加相同剂量的聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂去除效果相差不大。3）当絮凝剂投加剂量为1mL时，COD均值基本保持在52mg/L左右，当絮凝剂投加量为1.5mL时，COD均值基本保持在50mg/L左右，当絮凝剂投加量为2.0mL时，COD均值基本都在49mg/L。因选取的二沉池出水和絮凝沉淀池出水水质不一样，且二沉池仅依靠絮凝沉淀进行去除，而絮凝沉淀池后原有连续流砂滤池可以对投加絮凝剂后的混合液进行过滤，所以絮凝沉淀池出水投加效果优于二沉池。4）与前段混凝沉淀的区别在于，絮凝沉淀池出水通过强化混凝后，连续流砂滤池可以去除细小颗粒，使出水浊度大大降低。5）深度处理工艺强化混凝后有连续流砂滤池，投加絮凝剂后经连续流砂滤池过滤，可以到强化混凝效果，投加位置选择为絮凝沉淀池出水后。当药剂投加量控制为1.5 mL/L～2.0 mL/L（折合到水中为75 mg/L～100 mg/L）时，现状条件下能满足出水COD去除率要求。6）深度处理工艺混凝沉淀池COD去除率40%，强化混凝和连续流砂滤池COD去除率25%，臭氧氧化池及炭池和消毒COD去除率30%，深度处理各工艺段串联后COD去除率可达69%。

5 絮凝剂投加影响因素研究

药剂投加现场的进水均为工业废水且水质波动大，废水处理在投加化学药剂时受到温度、pH值和时效等方面的影响，往往使用的药剂达不到对水中污染物的去除效果，所以在实际的工作中，为了保证絮凝剂投加能够使出水稳定达到设计要求，对其在不同的水温和pH值条件下的投加效果进行测试和分析。

5.1 水温对COD去除率的影响

聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂现场投加进行测试，药剂投加量取1.5 mL/L，测试水样为絮凝沉淀池出水，对不同水温条件下的COD值变化情况如图1所示。

图1 不同水温条件下COD变化值

从图1中可以看出，药剂投加效果在水温的变化时COD去除效果稳定变化。聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂随温度的升高去除效果均较稳定。其中M180混凝剂稳定性略优于聚合氯化铝、聚硅酸硫酸铁和聚丙稀铣胺。

5.2 pH对COD去除率的影响

取聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂现场投加进行测试，药剂投加量取1.5mL/L，测试水样为絮凝沉淀池出水，对不同pH条件下的COD值变化情况如图2所示。

从图2可以看出，药剂投加效果在pH的变化时COD去除效果稳定变化。聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂在酸性条件下去除效果均较稳定。酸碱度变化下M180混凝剂稳定性略优于聚合氯化铝、聚硅酸硫酸铁和聚丙稀铣胺。

图2 不同pH条件下COD变化值

6 絮凝剂投加量与去除率性能评价

6.1 二沉池出水投加量与去除率性能

在水厂运行正常的时段，检测药剂投加去除效率。取相同日期的水样投加药剂进行试验，水样均选用二沉池出水。其中，聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂配药浓度均20为5%，投加量均分别为1.0mL、1.5mL和2.0mL，加入药剂后搅拌5min左右，反应沉淀1小时后过滤取上清液测COD，去除效率结果如图3所示。

图3 二沉池出水投加药剂后COD的去除效率变化图

当药剂投加量控制为1.5mL/L～2.0mL/L（折合到水中为75mg/L～100 mg/L）时，现状条件下能满足出水COD去除率要求。M180混凝剂去除率略优于聚合氯化铝、聚硅酸硫酸铁和聚丙稀铣胺。

6.2 絮凝沉淀池出水投加量与去除率性能

如图4所示，在水厂运行正常的时段，检测药剂投加去除效率。取相同日期的水样投加药剂进行试验，水样均选用絮凝池出水。其中，聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺药剂等4种絮凝剂配药浓度均为5%，投加量均分别为1.0mL、1.5mL和2.0mL，加入药剂后搅拌5min左右，过滤取上清液测COD，去除效率结果如下：投加絮凝剂后，M180混凝剂药剂COD去除效果比较明显，在出水COD偏低时，药剂投加量1.0mL/L即可满足达标的要求；在出水COD正常及稍偏高时，药剂投加量1.5mL/L～2.0mL/L可满足达标的要求。

图4 絮凝池出水投加药剂后COD的去除效率变化图

综上所述，当药剂投加量控制为1.5mL/L～2.0mL/L（折合到水中为75mg/L～100mg/L）时，现状条件下能满足出水COD控制在50mg/L以下的要求。M180混凝剂去除率略优于聚合氯化铝、聚硅酸硫酸铁和聚丙稀铣胺。

6.3 絮凝剂产泥量变化分析

取絮凝沉淀池投加点，在水厂运行正常的时段，检测聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺等4种絮凝剂投加后的剩余污泥量。取稳定水质的不相同日期的水样投加药剂进行试验，投加点均选用絮凝池出水。其中，4种药剂配药浓度均为5%，投加量均为25kg，加入药剂后日产泥量由于M180混凝剂运用复合材料和沸石吸附对水中有机污染物进行分解，絮凝和吸附作用为辅，所以产泥量最少，聚丙烯酰胺产泥量最多，其他混凝药剂产泥量基本差别不大。

7 结论

该文研究了山东某污水处理厂提标改造COD深度处理工艺中，涉及的混凝沉淀技术得出以下结论：对聚合氯化铝、M180混凝剂、聚硅酸硫酸铁和聚丙烯酰胺等4种絮凝剂进行小试和中试性能试验。结果显示当药剂投加量控制为75mg/L～100mg/L时，强化混凝+连续流砂滤池组合工艺出水满足COD去除率25%的技术要求。现场实现的深度处理工艺的在线监测结果显示，强化混凝+臭氧氧化+后置活性炭过滤工艺可以满足现场排放水COD深度达标要求，并且能够保证出水指标稳定。