淺談城市污水深度處理工藝

摘 要:污水進行深度處理的目的，是進一步去除二級處理水中的懸浮物(SS)、溶解性有機物(BOD5)、氮以及致病微生物等污染物質。城市污水深度處理的基本單元技術有混合、絮凝、沉淀、過濾、消毒等。本文將對其中的三個單元:混合、絮凝、沉淀工藝進行論述和比較。

關鍵詞:混合 絮凝 沉淀

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0139-01

1 前言

城市污水經二級生化處理后，雖然絕大部分懸浮固體和有機物被去除，但還殘留有難生物降解有機物、氮、不可沉淀的固體顆粒、致病微生物以及無機鹽等污染物質。對污水進行深度處理的目的，是進一步去除二級處理水中的懸浮物(SS)、溶解性有機物(BOD5)、氮以及致病微生物等污染物質。城市污水深度處理的基本單元技術有混合、絮凝、沉淀、過濾、消毒等。本文將對其中的三個單元:混合、絮凝、沉淀工藝進行論述和比較。

2 混合

混合是原水與混凝劑進行充分混合的工藝過程，是進行絮凝和沉淀的重要前提，混合是混凝劑的水解產物迅速混合到水體的每一個細部，并使水中膠體顆粒脫穩(wěn)的過程。

混合的方式有很多種，常見的混合方式有管式靜態(tài)混合器混合、機械混合、直列式混合器混合等。

（1）管式靜態(tài)混合器混合:管式靜態(tài)混合器混合是在管道內設置多節(jié)固定葉片，使水流產生渦流反應，同時產生渦旋反向旋轉及交叉流動，從而獲得混合效果。它的優(yōu)點維護管理方便，不需土建構筑物，在設計流量范圍內混合效果較好，不需外加動力設備;其缺點是運行水量變化對混合效果的影響很大，水頭損失大，混合器構造較復雜，適用水量變化不大的水廠[0]。

(2)機械混合:依靠外部機械供給能量，使水流產生紊流，它的優(yōu)點是水頭損失較小，適應各種流量變化，能使藥劑迅速而均勻的擴散至水體中，同時使膠體顆粒脫穩(wěn)。缺點是增加相應的機械設備、需消耗電能、同時也相應增加了機械設備的維修及保養(yǎng)工作，管理維修比較復雜。需要建混合池，增加占地，應用較少。

(3)直列式混合器混合:它是利用水流通過列管產生高頻漩渦，使數種物料充分混合，它混合效果好、對水量、水質的變化適應能力強。構造簡單、制作安裝方便、水頭損失較小，較常規(guī)混合方式可節(jié)約藥劑20％～30％，運行費用較低。直接安裝在管道上，不占地。直列式混合器在設計中引入了流體微水動力學原理來控制混合微觀過程和宏觀過程，在相同的水頭損失下，大大提高了直列式混合器混合效果。研究結果表明:直列式混合器比一般混合器能夠提升混合效率和混合效果一倍以上。它的主要原理是使水流通過列管時，在邊界層的作用下，產生系列渦旋，并在其后的空間衰減，產生高頻渦流，從而使混凝劑復雜的水解產物與原水中的膠體顆粒得到充分混合。直列式混合器采用不銹鋼材質，具有強度高，耐腐蝕性強，外型美觀，安裝方便、混合快速高效、低能耗等特點。

3 絮凝

絮凝過程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞，從而形成較大的絮粒，以適應沉淀分離的要求。為了達到完善的絮凝效果，必須具備兩個主要條件:一是具有充分絮凝能力的顆粒;二是保證顆粒獲得適當的碰撞接觸而又不致破壞的水力條件。根據水質、水量、凈水工藝高程布置、沉淀池形式及維修條件等因素確定絮凝池的形式，其形式很多:折板絮凝池、機械絮凝池、網格絮凝池、星形絮凝池等多種形式。

(1)折板絮凝池:它是利用在池中加設一些擾流單元以達到絮凝所要求的紊流狀態(tài)，使能量損失得到充分利用，能耗降低，停留時間有所縮短。折板絮凝具有多種型式，常用的有多通道和單通道的平折板、波紋板等。折板絮凝池可布置成豎流式或平流式，目前多采用豎流式，其絮凝效果較好。折板主要缺點是絮凝不充分，形成礬花顆粒較小、細碎、比重小，沉淀性能差，造價較高，水力負荷差，適于水量變化不大的水廠。

(2)機械絮凝池:機械絮凝池的優(yōu)點為絮凝效果較好、水頭損失較小、絮凝時間約為12～15分鐘。由于增加了機械設備，攪拌槳的轉速調整可適應不同的水量和水質，但對機械設備質量要求較高、機械設備維護量大、管理比較復雜、機械設備投資高、運行費用大。

(3)網格絮凝池:是應用紊流理論的絮凝池。絮凝池分成許多面積相等的方格，水流上下交錯流動，直至出口，在全池約三分之二的分格內，垂直水流方向放置網格或柵條，在水流通過時，形成了良好的絮凝效果。但當水量發(fā)生變化時將影響絮凝效果，根據已建的網格和柵條絮凝池的運行經驗，還存在末端池底積泥現象，少數水廠發(fā)現網格上滋生藻類、堵塞網眼現象。

(4)星形絮凝池:星形絮凝設備主要原理是利用邊界層脫離理論和顆粒碰撞的慣性效應，改變隔板的結構形式，同時改變翼片的形式，改變水流流經翼片附近的流態(tài)，更加增強了翼片控制能力，在不同的水流空間，當水流流經翼片后，在周圍短時間會形成準均勻各向同性紊流，紊流中夾帶了大量尺寸、強度一定的微小渦旋，在不斷的流動過程中，茹可夫斯基升力的作用導致渦旋離開原位置并進行彼此碰撞，加大了顆粒的有效碰撞次數，有效地提高了絮凝效果。絮體顆粒碰撞、吸附，絮體本身產生強烈變形，使絮體中吸附能級低的部分由于變形揉動作用從而達到更高的吸附能級，并在通過設備后絮體變得更加密實，提高絮凝效果，縮短絮凝時間。由于星形絮凝池絮凝過程的可控程度提高，在水質難處理期，仍可達到理想的絮凝效果，對微污染水質，只要污染不是很嚴重，應用絮凝沉淀工藝完全能夠達到處理要求。星形絮凝設備采用改性PVC，導流機構截面為星形，設置1～3片翼片，用防水膠粘結，無螺絲等緊固件。具有強度高、耐腐蝕性強、外形美觀、安裝方便、絮凝效果好、低能耗、絮凝時間短等特點。

4 沉淀

水處理中的沉淀工藝是指在重力作用下懸浮固體從水中分離的過程，它能去除80％～99％以上的懸浮固體，是主要的凈水構筑物之一。沉淀池的常用形式有很多:平流沉淀池、斜管沉淀池、V形沉淀池等。

(1)平流沉淀池:它的優(yōu)點是構造簡單、操作管理方便、施工較簡單，它的缺點是平面面積大、機械排泥設備維護較復雜、土建費用高、沉淀效率低。

(2)斜管沉淀池:它占地面積小、沉淀效率高，但需要耗用較多的斜管、老化后需定期更換、增加運行費用、對原水水質變化的適應性較差，排泥效果較差。

(3)V形沉淀池:V形沉淀設備主要原理是綜合利用沉淀機理和接觸絮凝機理完成沉淀區(qū)中顆粒的分離過程。設備在充分利用沉淀機理和接觸絮凝機理的基礎上完成沉淀池中顆粒與水體的分離，通過對沉淀設備內水流流道的合理設置，在流道內部實現礬花重力同水流頂托力及相關作用力動態(tài)平衡，增強接觸絮凝沉淀作用，使沉淀效果更佳。該設備斜板材質為乙丙共聚，連接方式采用熱熔焊接，連接牢固。它是根據淺池理論，利用設備截面差，造成沿重力方向的速度差，從而在上向水流的頂托作用下，斜板沉淀單元內部形成一定厚度的具有自我更新能力的絮體粒子動態(tài)懸浮泥渣層，利用接觸絮凝和沉淀原理提高沉淀去除率及沉淀負荷。斜板的材料為乙丙共聚，它具有外部美觀、表面光滑、有利于排泥、表面負荷高、上升流速大、沉淀效果好等特點，同時它繼承了普通斜板和斜管的優(yōu)點，也摒棄了兩者的缺點。