循環(huán)污泥高效絮凝沉淀工藝的影響因素研究

循環(huán)污泥高效絮凝沉淀工藝的影響因素研究

近年來，高密度（或高效）沉淀池已在國內(nèi)外凈水廠的設(shè)計(jì)和改造中得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)常見的池塘類型包括法國densel公司的高效清水池和上海市政設(shè)計(jì)研究中心開發(fā)的高密度沉淀池。這種高效絮凝沉淀工藝的原理基本相同,即外部循環(huán)具有活性的污泥,使雜質(zhì)顆粒與其發(fā)生接觸絮凝而從水中分離,進(jìn)而提高原水的脫穩(wěn)和顆粒絮凝效果,經(jīng)過有效沉淀后有較低的出水渾濁度。與常規(guī)的平流式沉淀池不同,高效絮凝沉淀工藝有較多的可變影響因素,如活性泥量的投加、混凝劑投加種類和投加量、助凝劑PAM投加量、PAM兩點(diǎn)投加比例和絮凝提升攪拌轉(zhuǎn)速等。這些因素對出水的影響情況較為復(fù)雜,因此,需要詳細(xì)研究各可變因素對該高效絮凝沉淀工藝的影響特性。在生產(chǎn)性試驗(yàn)之前,上海市政設(shè)計(jì)研究總院在嘉興以嘉興石臼漾水廠原水為試驗(yàn)用水,用杯罐試驗(yàn)?zāi)M中置式高密度沉淀池工藝進(jìn)行小試研究,考察并分析各可變因素的影響特性及其重要性,以期為生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)試提供技術(shù)支持。1試驗(yàn)設(shè)備和方法1.1實(shí)驗(yàn)水源試驗(yàn)用水采用嘉興石臼漾水廠原水,試驗(yàn)在2006年7月份進(jìn)行,原水部分水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。1.2試驗(yàn)過程設(shè)計(jì)采用杯罐試驗(yàn)研究各可變因素對出水的影響情況,杯罐試驗(yàn)按照《水的混凝、絮凝杯罐試驗(yàn)方法》(GB/T16881-1997)并參考中置式高密度沉淀池處理工藝運(yùn)行過程設(shè)計(jì),具體試驗(yàn)步驟如圖1所示。由于水廠實(shí)際運(yùn)行中在進(jìn)沉淀池前投加約1mg/L的高錳酸鹽復(fù)合藥劑(PPC),起到除錳、助凝等效果,因此小試模擬試驗(yàn)前也在原水中與混凝劑一道投加1mg/L的PPC。試驗(yàn)中高效助凝劑聚丙烯酰胺PAM投加模擬中置式高密度沉淀池按照兩點(diǎn)投加方式投加,一部分和活性污泥一起投加后混合,一部分在混合后期絮凝階段前投加。活性污泥采用生產(chǎn)運(yùn)行中中置式高密度沉淀池內(nèi)未投加PAM的回流污泥。沉淀15min后取上清液測其渾濁度、CODMn和UV254。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1污泥投加量的影響混凝劑選用聚合氯化鋁鐵(PAFSC),投加量為30mg/L,PAM投加量0.1mg/L,PAM兩點(diǎn)投加比例1∶1,PPC投加量1mg/L,在此條件下,改變不同的活性污泥投加量進(jìn)行試驗(yàn),不同污泥投加量條件下上清液渾濁度和CODMn如圖2和圖3所示。從圖2可以看出,投加活性污泥顯著地提高了原水的脫穩(wěn)效果和顆粒絮凝效果,降低了上清液渾濁度。污泥投加量在834mg/L以下時(shí),隨著污泥投加量的增加,出水渾濁度降低明顯,但當(dāng)污泥投加量大于834mg/L后,隨著污泥投加量的添加,上清液渾濁度降低極其緩慢。這可能是由于污泥投加量達(dá)到一定濃度后,脫穩(wěn)絮凝效果已接近極限,而污泥投加量繼續(xù)增大會(huì)影響到靜止沉淀的效果,因此,對于除濁而言,存在一個(gè)合適的污泥投加量范圍。由圖3可以看出,小試試驗(yàn)中隨著污泥投加量的增大,出水有機(jī)物含量變化不大。高濃度的活性污泥投加對出水有機(jī)物可能存在正反兩方面的影響:第一,除了膠體狀有機(jī)物電中和沉淀作用、有機(jī)物聚合體的沉淀作用、吸附于金屬氫氧化物表面的共沉淀作用去除有機(jī)物外,還存在吸附于體系中高濃度活性污泥及其形成的礬花上的共沉作用,這將增加有機(jī)物的去除率;第二,由于投加到水樣中的活性污泥溶液里有機(jī)物含量非常高,不排除活性污泥中溶解性有機(jī)物進(jìn)入水中,從而降低系統(tǒng)的有機(jī)物去除率。從試驗(yàn)結(jié)果看,這些影響都不明顯,或兩方面影響相互抵消。2.2混凝劑投加量的影響試驗(yàn)用水廠實(shí)際使用的PAFSC為混凝劑。在PAM投加量0.1mg/L,兩點(diǎn)投加比例1∶1,PPC投加量1mg/L,活性污泥投加量834mg/L條件下,改變不同混凝劑投加量進(jìn)行試驗(yàn),其上清液渾濁度、CODMn和UV254測試結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。如圖4所示,當(dāng)PAFSC投加量小于50mg/L時(shí),混凝劑投加量大小對渾濁度去除有非常大的影響,當(dāng)PAFSC投加量大于50mg/L時(shí),繼續(xù)增大投加量時(shí)渾濁度去除效果則不明顯。從圖5和圖6可以看出,混凝劑投加量增大能降低出水有機(jī)物的含量?；炷齽┩都恿繌?0mg/L增大到50mg/L時(shí),上清液CODMn和UV254分別從6.41mg/L和0.1892cm-1降低至5.38mg/L和0.1441cm-1,對UV254的去除率明顯高于CODMn,這表明強(qiáng)化混凝能更有效地去除UV254類有機(jī)物。2.3pam投加量的影響試驗(yàn)采用PAM為助凝劑,其聚合度可高達(dá)20000~90000,相應(yīng)的分子量高達(dá)150萬~600萬。它的混凝助凝效果在于增大絮體尺寸,對膠體表面具有吸附作用,在膠體之間形成橋聯(lián)。在PAM兩點(diǎn)投加比例1∶1,PPC投加量1mg/L,活性污泥投加量834mg/L,PAFSC投加量40mg/L條件下,改變不同PAM投加量進(jìn)行試驗(yàn),上清液渾濁度和CODMn去除效果如圖7和圖8所示。由圖7可知,較低的PAM投加量能改善上清液出水渾濁度,但影響效果并不大,且隨著PAM投加量的增大,出水渾濁度反而升高。由圖8可知,PAM投加量的改變對有機(jī)物去除效果影響不大。2.4泥和水中投加比例對產(chǎn)液兩相投資的影響水廠中置式高密度沉淀池實(shí)際運(yùn)行采用PAM兩點(diǎn)投加方式,第一點(diǎn)投加至回流污泥中,改善回流污泥性能的同時(shí)進(jìn)入混合池與原水完全混合;第二點(diǎn)在混合后期絮凝階段前投加。這是因?yàn)镻AM及其水解產(chǎn)物在水中很易形成較長的分子鏈,吸附、架橋的絮凝作用明顯,在混合池后絮凝池前的投加將避免由于PAM作用所形成的大絮體打碎。PAM投加量0.1mg/L,PPC投加量1mg/L,活性污泥投加量834mg/L,混凝劑投加量40mg/L條件下,改變PAM在兩個(gè)不同投加點(diǎn)的投加比例進(jìn)行試驗(yàn),上清液渾濁度如圖9所示。由圖9可以看出,當(dāng)PAM在泥和水中的投加比例為1∶1時(shí),出水渾濁度最優(yōu),即1∶1是試驗(yàn)的最佳投加比例。試驗(yàn)還證實(shí)了PAM投加比例改變對有機(jī)物去除效果的影響不大。2.5轉(zhuǎn)速對不同沉淀?xiàng)l件下上清液渾濁度的影響中置式高密度沉淀池在混合池左右有兩個(gè)絮凝池,內(nèi)置機(jī)械攪拌和絮凝提升桶,為了考察均勻混合了PAM和活性污泥的原水在絮凝池發(fā)生絮凝作用時(shí)所需要的機(jī)械攪拌程度,改變不同的絮凝攪拌轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)研究。在PAM投加量0.1mg/L,PAM兩點(diǎn)投加比例1∶1,PPC投加量1mg/L,活性污泥投加量834mg/L,混凝劑投加量40mg/L條件下,慢速絮凝階段絮凝攪拌轉(zhuǎn)速分別設(shè)為20、40、60、80、100和120r/min,試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。由圖10可以看出,上清液中渾濁度規(guī)律性表現(xiàn)的并不明顯。同時(shí),試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)對于投加活性污泥和PAM的高絮凝轉(zhuǎn)速試驗(yàn)杯中,15min沉淀后還有較多的微小絮體在上清液中緩慢下沉。因此,試驗(yàn)進(jìn)一步監(jiān)測了不同絮凝攪拌轉(zhuǎn)速條件下上清液中渾濁度隨沉淀時(shí)間的變化規(guī)律,如圖11所示。從試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果可以看出,不同的絮凝轉(zhuǎn)速所需要的穩(wěn)定沉淀時(shí)間不同,當(dāng)轉(zhuǎn)速小于80r/min時(shí),沉淀15min上清液中渾濁度即達(dá)到穩(wěn)定值,即沉淀完全,當(dāng)轉(zhuǎn)速大于80r/min時(shí),出水中渾濁度穩(wěn)定所需的沉淀時(shí)間大于50min。從圖11還可以看出,沉淀50min時(shí),絮凝轉(zhuǎn)速大的出水渾濁度大于轉(zhuǎn)速小的出水渾濁度。綜合試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)過程觀測的現(xiàn)象可以分析:在投加了混凝劑PAFSC、助凝劑PAM和活性污泥,并經(jīng)過混合均勻的原水在機(jī)械絮凝階段,如果攪拌轉(zhuǎn)速快,則接觸脫穩(wěn)充分,最終出水中渾濁度低(50min后),但形成礬花小,所需的沉淀時(shí)間較長;如果絮凝攪拌轉(zhuǎn)速慢,礬花大,所需沉淀時(shí)間短,但最終出水中渾濁度較高(50min后)。2.6混凝沉淀配方確定試驗(yàn)結(jié)果由以上分析可知,影響高效絮凝沉淀工藝出水中渾濁度及有機(jī)物去除率的因子較多,影響情況較為復(fù)雜。試驗(yàn)進(jìn)一步在前期研究結(jié)論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)深入研究各變量因素對混凝沉淀效果的影響程度。本試驗(yàn)中影響出水水質(zhì)的四個(gè)主要因素為:PAFSC投加量、活性污泥投加量、PAM投加量及絮凝攪拌速率,通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)和交互效應(yīng)分析,確定各影響因素對混凝沉淀效果影響的程度。試驗(yàn)中PAM在泥中和水中的投加比例參考前期試驗(yàn)結(jié)論按最佳方式1∶1投加。試驗(yàn)四個(gè)可變因素的取值水平見表2。采用L16(45)正交表安排試驗(yàn),以便減少試驗(yàn)次數(shù),16個(gè)組合共進(jìn)行了16次試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3中極差R是衡量數(shù)據(jù)波動(dòng)大小的重要指標(biāo),極差越大的因素越重要。由表3可知,四因素在所取水平范圍內(nèi)影響出水渾濁度的顯著性次序是:聚合氯化鐵投加量>機(jī)械絮凝攪拌轉(zhuǎn)速>活性污泥投加量>PAM投加量。根據(jù)小試的結(jié)論可知影響出水渾濁度最主要的因素為聚合氯化鐵投加量。從表3中可以看出,出水渾濁度最低的操作條件是:聚合氯化鐵投加量=50mg/L;活性污泥投加量=817mg/L;PAM投加量=0.10mg/L,機(jī)械絮凝攪拌轉(zhuǎn)速=80r/min。3小試試驗(yàn)結(jié)果眾所周知,影響混凝的因素很多,影響到利用回流污泥的高效絮凝沉淀工藝的因素則更多。本試驗(yàn)篩選出幾點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)行控制中易于改變的影響因素作為研究目標(biāo),通過小試試驗(yàn)探討其對高效絮凝沉淀工藝出水的影響規(guī)律。由于小試試驗(yàn)研究的局限性和針對的是嘉興石臼漾水廠特定的水質(zhì)條件等原因,所得的結(jié)論存在一定的特定性和局限性。并且,小試試驗(yàn)存在一些尚未明確的因素和不足,特別是小試混合、絮凝與實(shí)際攪拌混合、絮凝提升桶機(jī)械接觸絮凝;靜水沉淀情況與實(shí)際沉淀池的動(dòng)水沉降存在一定的差異。因此,小試試驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行體現(xiàn)出來的規(guī)律可能會(huì)不完全相同。盡管如此,在后期生產(chǎn)性試驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn)它所反映出的部分結(jié)論和規(guī)律與實(shí)際運(yùn)行非常吻合,方便地指導(dǎo)了生產(chǎn)調(diào)試和運(yùn)行管理。4投加量對深化原水預(yù)處理的影響(1)與常規(guī)的平流式沉淀池不同,高效絮凝沉淀工藝有較多的可變影響因素,如活性泥量的投加、混凝劑投加種類和投加量、助凝劑PAM投加量、PAM兩點(diǎn)投加比例和絮凝提升攪拌轉(zhuǎn)速等,對出水水質(zhì)的影響情況較為復(fù)雜。(2)活性污泥的投加顯著地提高了原水的脫穩(wěn)和顆粒絮凝效果,降低上清液的渾濁度,同時(shí),對于除濁而言,存在一個(gè)合適的污泥投加量范圍。當(dāng)活性污泥投加量增大,出水中有機(jī)物含量則變化不大。(3)試驗(yàn)中當(dāng)混凝劑投加量小于50mg/L時(shí),混凝劑投加量大小對渾濁度去除有較大的影響,當(dāng)混凝劑投加量