基于混凝沉淀工艺的城市污水处理厂尾水深度脱色技术研究

吴江伟 楚金喜 吕丹

(中原环保股份有限公司 郑州 450000)

0 引言

水污染是人类面临的日益严重的问题，我国尤其是北方地区水资源相对短缺，生活污水处理后的高标准再生水的再利用成为当务之急。依据城市污水处理厂具体出水水质情况分析，提升再生水水质标准，亟需突破脱色技术难关，解决出水色度等指标问题[1]。

本文对污水处理行业现有技术进行分析介绍后，重点对基于混凝沉淀工艺的污水处理厂尾水深度脱色技术进行了研究，为污水处理厂深度脱色改造提供参考。

1 深度脱色技术介绍

1.1 混凝沉淀脱色

混凝沉淀工艺广泛应用于给水处理中SS的去除及城市污水厂深度处理阶段SS、TP、色度的去除，利用混凝剂水解后产生的带电离子使原水中较为稳定的胶粒脱紊，相互之间碰撞结合形成矾花沉淀去除[2]。混凝剂的种类是决定混凝效果的关键因素，混凝剂可分为无机类和有机类，无机类主要是聚合氯化铝、三氯化铁等铁盐和铝盐，有机类混凝剂又叫絮凝剂，主要是指人工合成的高分子混凝剂，如聚丙烯酰胺、聚乙烯胺等，多用于污泥的调质[3]。混凝沉淀技术是污水深度处理中的传统技术，应用于深度脱色，具有效果好，改造费用低，运行维护方便的优点[4]。

1.2 氧化脱色

氧化技术广泛应用于给水处理及污水处理厂终端的消毒阶段，常规氧化技术有含氯氧化剂氧化、紫外照射氧化以及臭氧氧化，除此之外，光催化氧化技术、膜技术也是近年来的研究热点，基于这些脱色技术的组合工艺能够结合各自的优点取得更好的脱色效果[5- 6]。

1.3 膜技术脱色

常用的膜技术有微滤、超滤、纳滤，微滤常被用来去除悬浮物、大的胶体和微生物，也用作超滤和纳滤的预处理工艺[7]。超滤及纳滤主要用于大分子聚合物、致色物质的吸附、静电排斥和物理截留，膜技术脱色在实际运用中，具有出水水质较好，效果较稳定、占地小、自动化程度高的优点，同时也具有建设成本及运行成本较高的缺点，另外膜生产中造成的污染问题也有较大争议，部分研究人员认为，膜制造过程中产生的污染要大于在应用过程中产生的环境效益[8]。

1.4 组合工艺

许多研究表明，基于各脱色技术的混合工艺能够结合不同脱色技术的优势，达到更好的脱色效果，例如：臭氧氧化与混凝沉淀工艺的结合、臭氧-活性炭脱色的结合、臭氧与生物过滤工艺的结合、膜技术与混凝沉淀工艺的结合、膜技术与臭氧氧化技术的结合等，都能得到较好的脱色效果[9-10]。

2 项目概况

郑州市某城市污水处理厂以改良氧化沟为主体工艺，设计处理能力20万t/d，工艺流程如图1所示。

图1 污水处理厂工艺流程

该污水处理厂共分两期建设，一期工程、二期工程均采用改良氧化沟工艺，一期工程进水均为生活污水，二期工程进水大部分为生活污水，含有小部分工业废水，出水均执行优于河南省《贾鲁河流域水污染物排放标准》，具体进出水指标如表1所示。

表1 进出水水质 mg/L

3 基于混凝沉淀工艺的深度脱色技术

3.1 技术优势

基于混凝沉淀工艺的深度脱色技术，第一步，利用污水处理厂的常用消毒药剂次氯酸钠进行预处理氧化，相比臭氧预氧化技术，次氯酸钠氧化具有环境风险小，运行费用低，运行维护方便的优点[11]。第二步，预处理氧化后利用混凝沉淀工艺投加高效脱色药剂脱色，在污水处理厂原有的构筑物及设备基础上，将聚合氯化铝替换为主要成分为季胺型阳离子高分子有机化合物的液体脱色药剂，经过小试试验及生产验证试验，该药剂脱色效果较好，而且对COD、TP、SS均具有一定的去除效果(见表2)，脱色数据见表2。第三步，再次利用次氯酸钠氧化作用强化脱色效果，此脱色技术对采用混凝沉淀工艺进行深度处理的污水处理厂来说，具有改造投入小，运行费用低，脱色效果好的优点，对提高出水色度，增加再生水的利用方面有较好的作用[12]。

表 2 COD、TP、SS的去除效果

3.2 工艺流程

深度脱色工艺流程如图2所示。

图2 深度脱色工艺流程

3.3 主要原理及实验方法

该技术所采用的液体脱色剂脱色主要原理是，能提供大量阳离子使污水中的负电荷被中和而失稳，同时该脱色剂因水解生成大量的絮状物而具有网捕、架桥和卷扫作用以及络合沉降作用，从而达到脱色效果。另外，采用次氯酸钠的氧化性，先对二级出水进行预处理，消除污水中的还原性显色集团。并对脱色后的污水进一步投加次氯酸钠，进一步消除污水中的还原性显色集团和高效絮凝剂因脱色产生的还原性物质，同时起到消毒的作用[13]。

实验分为小试实验及生产验证实验，小试采取烧杯试验形式进行，生产试验通过加药泵将次氯酸钠及脱色剂投加至混凝反应池前端，经过混凝反应池、平流沉淀池和V型滤池的处理，实现色度的去除，平流沉淀池末端再次投加次氯酸钠强化脱色效果，于滤池出水口处取样检测，色度检测方法采用色度仪检测法(上海昕瑞，型号SD-9011)进行检测。

4 试验运行分析

4.1 混凝沉淀工艺脱色结果

(1)一期工程混凝沉淀工艺脱色结果。脱色实验以郑州市某城市污水处理厂为例开展，实验分为小试及生产验证试验，在小试结果的基础上筛选最佳投加量进行生产验证，如表3所示，原水(一期工程二沉池出水)投加脱色药剂经混凝—沉淀—过滤后，色度为21度左右的原水可降低至7～10度，色度去除率达52%～63%，脱色效果较好。

表3 一期工程混凝沉淀脱色生产试验结果

(2)二期工程混凝沉淀工艺脱色结果(见表4)。二期工程进水因含部分工业用水，显现出色度偏高、原水(二期工程二沉池出水)色度不稳定、色度较难去除的特点，二期工程色度去除率在40%～60%，脱色效果较好，但不如一期工程实验效果，由此可见，脱色效果与进水水质有较大关系。

表4 二期工程混凝沉淀脱色生产试验结果

4.2 氧化强化后的混凝沉淀脱色结果

经混凝沉淀脱色后，出水色度可降低60%左右。经过小试试验验证，次氯酸钠的强氧化性对进一步降低出水色度具有较好的效果，次氯酸钠投加量在2 000 mg/L时，可将污水处理厂绿褐色进水氧化为淡黄色，在经混凝沉淀后，污水中显色物质含量非常小，次氯酸钠在较小投加量条件下也可获得较好的脱色效果。由表5数据可知：次氯酸钠投加量在100 mg/L左右时，出水色度最低可达4度，氧化脱色色度去除率在20%～50%左右，“混凝沉淀+氧化脱色法”综合去除率在70%左右。

表5 一期工程次氯酸钠脱色生产试验结果

次氯酸钠氧化脱色具有反应时间短、脱色效果稳定的特点，混凝沉淀脱色受原水色度影响较大，次氯酸钠脱色同样受原水色度影响但不如混凝沉淀脱色“敏感”。由表6数据可知：二期工程色度去除率在20%～44%左右，与一期工程色度去除率相差不大。

表6 二期工程次氯酸钠脱色生产试验结果

4.3 经济运行分析

相较于臭氧脱色、活性炭脱色、磁性树脂脱色，脱色药剂混凝沉淀脱色具有改造可操作性强、运行管理方便、运行费用低、运行效果好的优点，具体数据如表7所示。

表7 各脱色工艺运行成本对比

5 结果与讨论

经过小试及生产验证试验，混凝沉淀工艺因其运行维护方便，前期及运行投入少，除磷效果好等特点在各污水处理厂得到广泛应用。基于混凝沉淀工艺的污水处理厂尾水深度脱色技术可以在不改变构筑物及设备、无较大土建施工的基础上，高效降低出水色度，色度去除率达70%左右，是污水处理厂深度脱色改造较为理想的选择方案。

对于基于混凝沉淀工艺的污水处理厂尾水深度脱色技术的应用还应注意以下2个方面:

(1)在进行改造前应对二级出水水质进行分析，在出水TP满足标准的条件下开展深度脱色改造。

(2)含有工业用水的污水处理厂应对显色物质进行深入分析，针对性地选择脱色效果稳定的技术进行改造。