二沉池强化沉淀对污水处理系统稳定性的影响

在二沉池投加聚丙烯酰胺(PAM)常作为改善二沉池沉淀效果的辅助方法之一。在二沉池连续投加PAM后，整个污水处理系统运行效能提升与否尚不明确。2018年底―2019年初重庆两江新区某污水处理厂二沉池出水SS高达25～30mg/L，通过在二沉池连续投加PAM，二沉池出水SS≤15mg/L。在改造前、后共两个年度统计期内，从出水指标稳定性、药耗影响、化学产泥量方面进行分析、比较，得出在二沉池连续、长期投加PAM对该厂污水处理系统的影响是积极的。

1、工艺改造

该厂设计处理规模3×104m3/d，2016年9月投入运行，主要处理工业开发区生产、生活废水，其中工业废水占74%，工业废水中以溶解性有机物为主，活性污泥质轻，SVI值较高，出水指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918―2002)一级A标准。该厂建有2座中进周出辐流式二沉池，有效水深3.5m，原设计在二沉池进水主要投加聚合氯化铝(PAC)进行化学除磷、辅助混凝沉淀去除SS，处理后的污水经下一级滤布滤池过滤，以实现出水SS达标。

宋士帮的研究表明，在二沉池加入PAM能促进絮凝体的生成，对在反应区形成有效的絮凝层具有较好的辅助作用，对提高出水水质有益。2019年5月，该厂实施二沉池连续投加PAM改造，将PAM溶液由配药间经泵和管路输送至二沉池进水配水井，经污泥管道内与污泥充分混合后流入两组二沉池。

改造后工艺流程如图1所示。

实施改造后，二沉池的上清液得到强化沉淀，SS明显减少，日常运行中二沉池泥位也稳定在0.5m以下。

2、水质指标的变化

陈盈楠的研究表明，在无机－有机复配絮凝剂中，PAC－PAM除磷除浊絮凝效果较好。同时，根据该厂改造前、后两个年度内出水水质的一些局部数据可知，改造后出水SS、TP改善较为明显，其余出水指标(如COD、TN、NH3－N等)无论是年度全部数据或者局部数据未见明显改善。因此，对改造后主要去除对象SS、TP的稳定性进行分析。

2.1 进水SS、TP

①进水SS该污水处理厂设计进水SS为280mg/L，改造前、后两个年度进水SS变化如图2所示。由图2可知，2018年―2019年该厂进水SS波动变化较为明显，最大值为307mg/L，最小值为72mg/L，平均值为137mg/L;2019年―2020年该厂进水SS波动变化较小，最大值为164mg/L，最小值为89mg/L，平均值为126mg/L。该厂改造前、后两个年度进水SS平均浓度在120～140mg/L之间，均低于设计处理浓度的1/2;2018年―2019年仅存在1d超负荷的情况，超负荷9.6%。从处理负荷上分析，改造前、后进水SS变化对出水SS稳定性的影响较小。

②进水TP

该污水处理厂设计进水TP为5mg/L，改造前、后两个年度进水TP变化情况如图3所示。由图3可知，2018年―2019年该厂进水TP波动变化较为明显，最大值为18.61mg/L，最小值为2.81mg/L，平均值为4.76mg/L。2019年―2020年该厂进水TP波动变化仍较为明显，最大值为18.12mg/L，最小值为2.95mg/L，平均值为4.23mg/L。该厂改造前、后两个年度进水TP平均值均未超过设计值，但是改造前一年度进水TP超负荷的次数占比为26.8%，改造后一年度此项占比为17.2%，下降9.6个百分点，改造前一年度TP处理负荷相对较大。

2.2 出水SS、TP

①出水SS该污水处理厂出水SS预警值为8.0mg/L，改造前、后两个年度出水SS变化情况如图4所示。由图4可知，2018年―2019年该厂出水SS波动变化较为明显，最大值为8mg/L，最小值为4mg/L，平均值为5.5mg/L。2019年―2020年该厂出水SS波动变化较小，最大值为9mg/L，最小值为4mg/L，平均值为4.9mg/L。该厂改造前、后两个年度出水SS平均值变化较小，改造前一年出水SS超预警值的次数占比为8.2%，改造后一年此项占比为2.5%，下降5.7个百分点。

由图2、4的变化趋势比较得出，该厂两个年度内出水SS变化与进水SS变化未有明显的相关性，即进水SS变化未对出水SS变化造成直接影响。该厂出水SS稳定情况主要受污水处理系统影响，改造后出水SS整体均有所降低。

②出水TP

该污水处理厂出水TP预警值为0.30mg/L，改造前、后两年出水TP变化情况如图5所示。由图5可知，2018年―2019年该厂出水TP波动变化较为明显，最大值为0.48mg/L，最小值为0.02mg/L，平均值为0.14mg/L。2019年―2020年该厂出水TP波动变化较小，最大值为0.47mg/L，最小值为0.02mg/L，平均值为0.14mg/L。该厂改造前、后两个年度出水TP平均浓度相等，但是改造前一年出水TP超预警值的次数占比为11.8%，改造后一年此项占比为4.4%，下降7.4个百分点。

由图3、5的变化趋势比较得出，该厂两个年度内出水TP变化与进水TP变化存在明显的相关性，即进水TP变化对出水TP变化存在直接影响。

通过分别对两个年度进、出水TP数据的进一步统计分析得出，改造前一年出水TP超预警值的次数分别对应的进水TP为4.55～18.61mg/L，均值为8.53mg/L，其中超设计负荷占比93.0%，占该年度超设计负荷总次数的41.2%。改造后一年度出水TP超预警值的次数分别对应的进水TP为4.20～18.12mg/L，均值为7.94mg/L，其中超设计负荷占比87.5%，占该年度超设计负荷总次数的22.2%。因此，出水TP出现超预警值的情况多数是进水TP超设计负荷所致，但进水TP超设计负荷对出水TP的直接影响在改造后已降低近1/2，改造后出水TP更趋稳定。

3、出水水质稳定性比较

周克钊等的研究表明，对于稳定运行的污水处理过程，出水水质一般服从对数正态分布规律。陈中颖等的研究表明，可在分布检验的基础上，采用等效法计算其工序能力指数，据此可得污水处理过程的等效工序能力指数(Cpe)为:

式中:TU为出水水质数据的预警值;μln为出水水质数据对数的均值;σln为出水水质数据对数的标准差。

改造前、后一年，该厂处于稳定运行状态，以该厂出水SS、TP预警值计算Cpe，改造后2019年―2020年该厂出水SS、TP的Cpe分别为0.86、0.52，均优于改造前2018年―2019年的0.61、0.46，改造后出水SS、TP稳定性更高。

4、药耗及化学产泥量分析

该厂聚合氯化铝用量变化是影响整体药耗的主要因素，而进水TP波动变化是影响聚合氯化铝用量变化的主要因素。进水TP波动变化主要是汽车制造含磷废水、印刷电路板制造含磷废水排放所致，该厂采取在一级处理、二级处理工艺段两点投加PAC，其中一级处理段采用间歇投加方式，二级处理段采用连续投加方式，依据运行中进水TP波动变化关联出水TP波动变化这一情况可知，一级处理段投加PAC运行的条件在改造前后分别是A2/O生物池进水TP≥3.5、4.0mg/L。改造前、后污水处理药剂消耗见表1。

改造前，A2/O生物池进水TP＜3.5mg/L出现的次数占总次数的46.58%，仅采取二级处理段单点投加PAC，单耗为70.14kg/103m3。另外，A2/O生物池进水TP≥3.5mg/L出现的次数占总次数的53.42%，该厂采取在一级处理、二级处理工艺段同时两点投加PAC，其中一级处理段PAC单耗为40.40kg/103m3，二级处理段PAC单耗为36.67kg/103m3。按照投加点位药耗分别统计，一级处理段PAC单耗40.40kg/103m3，二级处理段PAC单耗106.81kg/103m3。

改造后，A2/O生物池进水TP＜4.0mg/L出现的次数占总次数的69.95%，仅采取二级处理段单点投加PAC，单耗为23.06kg/103m3。另外，A2/O生物池进水TP≥4.0mg/L出现的次数占总次数的30.05%，该厂依然采取在一级处理、二级处理工艺段同时两点投加PAC，其中一级处理段PAC单耗为10.35kg/103m3，二级处理段PAC单耗为11.44kg/103m3。按照投加点位药耗分别统计，一级处理段PAC单耗10.35kg/103m3，二级处理段PAC单耗为34.50kg/103m3。

改造后PAC合计单位耗用量由原来的147.21kg/103m3降到44.85kg/103m3，绝对下降量达102.36kg/103m3，下降较为明显;改造后，PAM单耗仅为0.56kg/103m3，该厂整体药耗降低明显。

陈中颖等的研究表明，由于PAM用量较小，对污泥产量贡献不大，基于常规运行数据的污水处理厂PAC化学污泥产率系数均值为6.31t/tAl。该厂所用PAC平均含Al量为15.88%，改造前、后一年度PAC化学污泥量分别为894.71、326.94t，改造后化学污泥减量达567.77t。实施改造后，该厂湿污泥产泥率由1.64t/103m3降至0.99t/103m3，化学污泥减量贡献了其中的34.74%，对整体产泥率降低贡献较大。

5、结论

①在二沉池进水投加PAM溶液能强化二沉池的沉淀效果，进水TP超设计负荷对出水TP的直接影响在改造后已降低近1/2，改造后出水TP更趋于稳定。

②将出水SS、TP与预警值进行比较，等效工序能力指数均优于改造前的值，水质稳定性更高。

③改造后，PAC绝对下降量明显，PAM绝对增长量较小，总体药耗降低明显。随着PAC用量的减少，化学产泥量随之减少，对整体产泥率降低贡献较大。（来源：重庆市三峡鱼复排水有限责任公司）