近年来，污泥回流高效絮凝工艺在国内外污水深度处理中越来越多地被应用，该工艺具有药剂投加少、对低温低浊水的浊度和有机物去除效果好、抗冲击负荷能力强，适于水厂改造等优点。本项目采用污泥回流高效絮凝工艺深度处理沈阳北部污水处理厂的二级出水，以达到将深度处理后出水用于康平坑口电厂冷却用水的目的。研究内容包括优化高效絮凝工艺中的反应强度(G值)、污泥回流比、混凝剂和助凝剂的投药量等工艺运行参数;并考察了各种运行条件下高效絮凝工艺对城市污水厂二级出水的处理效果，以期为实际工程应用提供参考。
1实验部分
1.1实验水质
实验原水取自沈阳市北部污水处理厂二级生化处理工艺出水，水质指标为：COD为42～53mg/L，浊度为4～16NTU，色度为37～51度，BOD5为5～15mg/L。
1.2实验装置
图1为中试实验系统流程图，工艺中各处理单元为：(1)高效沉淀池：高效沉淀池是在沉淀池中加装了小间距竖向斜向组合板构件。网格式絮凝反应池分为14格。沉淀单元间距25mm、斜板长800mm，水平倾角60度，在斜板下垂直延长250mm。(2)回流系统：将沉淀池的污泥回流到絮凝池前端与加混凝剂后的原水混合。(3)过滤装置：滤柱内径250mm，高4500mm;滤层采用双层滤料，上层为无烟煤，粒径为1.0～2.0mm，高400mm，下层为石英砂，粒径为0.5～1.2mm，高500mm;承托层厚400mm，从下到上由粗到细铺不同粒径的卵石。
1.3运行工艺参数
根据污水厂二级出水的情况，将实验分为低温低浊(水温8.2～8.5℃，原水浊度4.2～5.1NTU)和常温常浊(水温16.4～18℃，原水浊度12.4～15.4NTU)两种工况。选用PAC为混凝剂，投加量为40mg/L;选用阳离子PAMRT2300为助凝剂，投加量高效絮凝工艺深度处理污水厂出水的中试研究为0.4mg/L;絮凝时间为15min;沉淀池表面负荷为12m3/(m2˙h)。
1.4分析项目及方法
本研究污水回用的目的是将深度处理出水用于康平坑口电厂冷却用水，故出水水质应达到城市污水再生利用工业用水水质(GB/T19923-2005)要求。COD、NH3-N、TP、色度、浊度和污泥平均浓度等参数的分析均采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中方法测定。
2结果与讨论
2.1活性污泥回流比选择对混凝效能的影响实验中回流污泥平均质量浓度5.2g/L，实验结果见图2。
由图2可知，未进行污泥回流时沉淀池出水浊度为2.1～2.5NTU，通过回流活性污泥接触絮凝的方法可有效地提高混凝工艺对颗粒物的去除效果，沉淀池出水浊度随活性污泥回流量增加而显著降低，以低温低浊条件为例：当低温低浊水的污泥回流量在40L/h时，浊度降到1.2NTU，降低的百分比为52%;当浊度达到最低点后，继续增加活性污泥回流量，浊度反而上升，回流量为60L/h时，浊度上升至2.6NTU。相关研究证明，沉淀池的污泥含有大量金属氢氧化物及悬浮胶体颗粒物。在一定范围内，污泥回流不仅可以增加水中颗粒物浓度，增加混凝剂水解产物的絮凝核心，提高颗粒的有效碰撞几率、促进异向絮凝，提高混凝效果;而且污泥中剩余的不溶性金属氢氧化物可作为附加的混凝剂，提高絮凝剂的利用率。但当回流固体浓度过高时，污泥悬浮层絮体浓度提高，致使悬浮层区域局部上升流速变大，絮体难以截留，在出水中容易带出小的絮体，使出水浊度变高。
2.2反应池混合强度对混凝效能的影响
通过改变翼片的数量可改变该区的水头损失，从而改变网格反应区的反应强度G值。实验中G值变化范围为11.7～21s-1，考察其对出水浊度的影响。实验条件：污泥回流量为30～40L/h，回流污泥质量浓度为5.8g/L，实验结果见图3。
由图3可知，常温常浊条件下，改变反应强度，出水浊度并没有明显变化，说明其所需反应强度G值较小，这可能是因为反应条件较好，反应强度己经足够大;低温低浊条件下，浊度随G值增大而降低，当G值为18.9s-1时，其浊度比G值为11.7s-1时浊度降低62%，说明采用翼片微涡旋絮凝网格混合，配合高浓度污泥回流能有效的起到处理低温低浊水的目的。通过增强机械搅拌即增大G值以增强絮凝反应效果，可促进胶体颗粒间产生的同向絮凝，改善混凝效果。综合考虑运行能耗与处理效果，建议选取G值为18.9s-1。
2.3混凝剂投加量对混凝效能的影响
在原水水温平均为12.7℃工况下，优化混凝剂投加量。污泥回流量为30～40L/h，回流污泥质量浓度为5.7g/L，实验结果见图4。
由图4可以看出，PAC对COD、浊度、色度、TP的去除率随着投加量的增加效果显著增加;当混凝剂投量达到30mg/L时，COD、浊度、色度、TP的去除率分别达到最大值41%、84%、58%、84%，再增加则最佳混凝剂投加量应该为30mg/L。当混凝剂的投加量过小(≤25mg/L)时，则ξ电位不能达到临界电位，絮凝效果并不理想，此时形成的矾花不明显、细碎且不易沉淀;当混凝剂的投加量过大(≥40mg/L)时，则会使己经凝聚的大的胶体颗粒改变带电性，再投加混凝剂不但不能使胶体脱稳凝聚沉淀，反而使水中的胶粒重新获得稳定，使COD、TP、浊度的去除率降低。
2.4助凝剂投加量对混凝效能的影响
在原水水温平均13.1℃工况下，优化助凝剂投加量。污泥回流量为30～40L/h，回流污泥质量浓度为6g/L，实验结果见图5。
由图5可以看出，投加不同量的PAM，COD、浊度、色度、TP的去除率变化趋势基本一致。以浊度为例，不投加助凝剂时，浊度去除率为58%，随着PAM投量增加去除率也随之提高，当助凝剂投加量为0.45mg/L时，浊度去除率升高到90%，提高了35.6%;但随着PAM投量继续提高去除率反而下降，投量为0.7mg/L时，去除率降低至74%。PAM的水解产物带负电，其作为助凝剂主要是改善絮体结构，促使细小松散的絮体变得粗大而密实，充分发挥其吸附架桥作用。实验中观察到投加助凝剂后絮体出现时间较未投助凝剂早20s左右，絮体较为密实，沉降性能好。由于水中的胶体颗粒和有机物均带负电，助凝剂投加量少时，吸附架桥作用微弱，不足以使脱稳的助凝剂投加量少时，主要发挥吸附架桥作用，增加助凝剂投量可促进絮体聚集;投加量较大时，PAM的水解产物对带负电的絮体产生排斥作用，不利于絮体的聚集，同时会产生“胶体保护”作用，使浊度、有机物等的去除率降低。
2.5污水深度处理工艺中试实验处理效能研究
采用以上实验确定的最佳运行参数(污泥回流量在低温低浊工况下为40L/h，在常温常浊工况下为30L/h;G值为18.9s-1;PAC投加量30mg/L;助凝剂阳离子PAMRT2300投加量0.45mg/L)运行系统，稳定运行期间，对污染物的去除效果见表1。
由表1可以看出，该工艺对原水的深度处理效果较好，出水水质全部满足城市污水再生利用工业用水水质(GB/T19923-2005)中对循环冷却水的要求。
3结论
中试条件下的最佳运行参数：污泥回流量在低温低浊工况下为40L/h，在常温常浊工况下为30L/h;G值为18.9s-1;PAC投加量30mg/L;助凝剂阳离子PAMRT2300投加量0.45mg/L。实验结果表明，采用活性污泥回流高效沉淀池新型强化絮凝工艺处理沈阳北部污水厂二级出水效果良好，其出水COD≤30mg/L、浊度≤0.9NTU、色度≤29度、ρ(TP)≤1mg/L、ρ(NH3-N)≤10mg/L，均达到了回用标准。
原标题：高效絮凝工艺深度处理污水厂出水的中试研究
