ActifloR高效沉淀工艺在CSO处理中的应用

书书书Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺在ＣＳＯ处理中的应用由小卉，　平文凯，　陈晓华（威立雅水务工程＜北京＞有限公司，北京１００００４）　　摘　要：　Ａｃｔｉｆｌｏ微砂加重絮凝高效沉淀池是集混凝、斜板（管）沉淀工艺于一体的紧凑型物理化学处理工艺，具有水力负荷高、占地面积小、启动快、对ＳＳ的去除率高、抗冲击负荷能力强和出水水质稳定等特点。介绍了Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺的原理，及处理暴雨径流的中试结果及实际案例。实际运行结果表明，Ａｃｔｉｆｌｏ在暴雨水处理中的成功应用为城市合流制溢流污染（ＣＳＯ）处理提供了良好的解决方案。　　关键词：　Ａｃｔｉｆｌｏ；　城市合流制溢流污染（ＣＳＯ）；　微砂中图分类号：Ｘ７０３　　文献标识码：Ｃ　　文章编号：１０００－４６０２（２０１０）２０－００４９－０５ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｃｔｉｆｌｏＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＳｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｔｏＣＳＯＴｒｅａｔｍｅｎｔＹＯＵＸｉａｏｈｕｉ，　ＰＩＮＧＷｅｎｋａｉ，　ＣＨＥＮＸｉａｏｈｕａ（ＶＷＳ＜Ｂｅｉｊｉｎｇ＞Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００００４，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｃｔｉｆｌｏｉｓａｃｏｍｐａｃｔｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄｌａｍｅｌｌａｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｔｏｏｎｅｕｎｉｔ．Ａｃｔｉｆｌｏｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ｓｍａｌｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔ，ｑｕｉｃｋｓｔａｒｔｕｐ，ｈｉｇｈＳＳｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅ，ｓｔｒｏｎｇｓｈｏｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｔａｂｌｅｅｆｆｌｕｅｎｔｑｕａｌｉｔｙ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＡｃｔｉｆｌｏｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｐｉｌｏｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔａｎｄａｎａｃｔｕａｌｃａｓｅｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｒｕｎｏｆｆａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｃｔｉｆｌｏｔｏｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｇｏｏｄｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｃｏｍｂｉｎｅｄｓｅｗｅｒｏｖｅｒｆｌｏｗ（ＣＳＯ）ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ａｃｔｉｆｌｏ；　ｃｏｍｂｉｎｅｄｓｅｗｅｒｏｖｅｒｆｌｏｗ（ＣＳＯ）；　ｍｉｃｒｏｓａｎｄ　　Ａｃｔｉｆｌｏ微砂加重絮凝高效沉淀工艺是威立雅水务技术于２０世纪８０年代开发的一项用于给水及污水处理的专利技术，主要用于去除水中的悬浮物、浊度以及颗粒态有机物。该工艺通过投加微砂，使污染物在高分子絮凝剂的作用下与微砂聚合成大颗粒的易于沉淀的絮体，从而加快了污染物在沉淀池中的沉淀速度，同时结合斜管（板）沉淀的原理，大大减少了沉淀池的面积及沉淀时间，并获得良好的出水效果［１、２］。Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀池具有水力负荷高、占地面积小、启动快（从启动起１５ｍｉｎ内即可达到完全稳定的处理效率）、对ＳＳ的去除率高、抗冲击负荷能力强和出水水质稳定等特点。针对城市合流制溢流污染（ＣＳＯ），１９９２年ＶＷＳ在Ｃｏｌｏｍｂｅｓ市的ＳＩＡＡＰ水厂建立了Ａｃｔｉｆｌｏ中试装置，并取得了良好的试验结果［３］。自此，该工艺开始广泛应用于暴雨水处理领域。目前，在国内外Ａｃｔｉｆｌｏ用于市政污水和工业废水处理共有５６０多座工程，其中用于暴雨水处理已有近３０座工程。１　Ａｃｔｉｆｌｏ工艺流程及原理Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺由混凝池、投加池、熟化池、斜管（板）沉淀池以及微砂循环和污泥排放系统组成［１、４、５］。①　混凝池。原水（或污水）首先进入混凝池，在混凝池入口或进水管路上投加混凝剂（通常是铝·９４·第２６卷　第２０期２０１０年１０月　　　　　　　　　　　　中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．２０Ｏｃｔ．２０１０盐或铁盐），在混凝池搅拌器的作用下快速搅拌、混合，使得胶体颗粒脱稳。针对ＣＳＯ处理，本阶段设计停留时间一般为１ｍｉｎ。②　投加池。混合有混凝剂的水随后进入投加池，由于微砂和高分子絮凝剂的投加，搅拌器的动态混合提高了混凝固体、高分子聚合物和微砂之间相互接触的可能性。在聚合物的吸附架桥作用下，不断形成絮体。针对ＣＳＯ处理，本阶段设计停留时间一般为１ｍｉｎ。③　熟化池。经絮凝后的出水进入熟化池，在缓慢均匀的搅拌下，以微砂为核心的絮体逐渐变大且密实，有利于后续沉淀工艺的进行。针对ＣＳＯ处理，本阶段设计停留时间一般为２ｍｉｎ。④　斜管（板）沉淀池。含砂絮体在斜管（板）沉淀池实现了高速沉淀，针对ＣＳＯ处理，上升流速可以高达１００～１５０ｍ／ｈ，沉淀池上部水被集水槽收集，含有微砂的污泥沉淀于池底，由刮泥机收集至沉淀池底部中央的区域。⑤　微砂循环及污泥排放。沉淀池底部的污泥被微砂循环泵按３％～６％的比例抽出，经循环管路至水力旋流器。由于微砂与污泥的密度存在差异，因此在水力旋流器离心力的作用下，污泥与微砂分离。由于水力旋流器设置于投加池的顶部，下溢的微砂可以直接回用于投加池（约占回流量的１０％～２０％），实现微砂的重复利用，而较轻的污泥和大部分水一起向上溢流排出（约占回流量的８０％～９０％）。Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺流程见图１。!!!!!#$%&’()*+,-./01’2’3453467869:6;-=?@6AB’()*+C/D4&图１　Ａｃｔｉｆｌｏ沉淀池工艺流程Ｆｉｇ．１　ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＡｃｔｉｆｌｏｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ２　Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺用于ＣＳＯ的中试１９９２年，ＶＷＳ在Ｃｏｌｏｍｂｅｓ市的ＳＩＡＡＰ水厂建立了Ａｃｔｉｆｌｏ中试装置［３］，在雨季的试验结果表明，在上升流速＜１３５ｍ／ｈ、总停留时间＜１０ｍｉｎ、混凝剂（纯ＦｅＣｌ３）投加量为５０～１００ｍｇ／Ｌ、絮凝剂（阴离子）投加量为０．６～１ｍｇ／Ｌ、微砂消耗量＜３ｍｇ／Ｌ的条件下，对ＴＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ５、ＴＫＮ、ＴＰ的平均去除率分别为８４％、６０％、７５％、１８％、８３％。该试验研究还表明，对于暴雨水处理而言，上升流速对ＳＳ的处理效果影响不大。后又经过两个月的补充试验对Ａｃｔｉｆｌｏ在旱季时作为三级处理工艺进行了研究。结果表明，在上升流速为７０ｍ／ｈ、总停留时间＜１２ｍｉｎ、混凝剂（纯ＦｅＣｌ３）投量为３０～１００ｍｇ／Ｌ、阴离子絮凝剂投量为０．６～１ｍｇ／Ｌ、微砂消耗量＜３ｍｇ／Ｌ的参数下，Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀工艺对ＴＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ５、ＴＫＮ、ＴＰ的平均去除率分别为７６％、３３％、４０％、１８％、８５％。中试结果表明，Ａｃｔｉｆｌｏ在雨季用于暴雨水处理、在旱季用于三级处理切实可行，而且对ＴＳＳ、ＣＯＤ、ＴＰ及ＢＯＤ５的去除均达到了较为理想的效果，同时对于ＴＫＮ也有一定的去除。１９９９年１２月，Ｋｒｕｇｅｒ公司（ＶＷＳ子公司）在美国华盛顿州的布雷默顿市进行了利用Ａｃｔｉｆｌｏ处理ＣＳＯ的中试研究［６］。结果表明，对ＴＳＳ的去除率高达９５％，对总ＢＯＤ的去除率高达８０％。试验结果再次表明Ａｃｔｉｆｌｏ是对于ＣＳＯ的有效处理工艺。３　应用实例３１　美国堪萨斯州Ｌａｗｒｅｎｃｅ污水处理厂［７］２００４年，２座处理能力均为７６０００ｍ３／ｄ的Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀池在Ｌａｗｒｅｎｃｅ污水处理厂完工并投入使用，这两座Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀池主要用于雨季处理ＣＳＯ，其工艺流程如图２所示。!#$%&’()!#$%&’!*+%,-./01234.5&’()6(7)89:;6(7)’=./01图２　Ｌａｗｒｅｎｃｅ污水处理厂工艺流程Ｆｉｇ．２　ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎＬａｗｒｅｎｃｅＷＷＴＰ在雨季时，该污水厂最大可以接收２４．６×１０４ｍ３／ｄ的污水，其中９．５×１０４ｍ３／ｄ的污水进入污水厂主线，经过曝气沉砂池和生物处理系统；１５．１×１０４ｍ３／ｄ的污水将进入两座Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀池进·０５·第２６卷　第２０期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ行处理，并经次氯酸钠消毒后与主生物处理线出水混合，经硫酸氢钠脱氯后排入下游堪萨斯河。两组Ａｃｔｉｆｌｏ设计参数如表１所示。表１　Ｌａｗｒｅｎｃｅ污水处理厂Ａｃｔｉｆｌｏ设计参数Ｔａｂ．１　ＤｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＡｃｔｉｆｌｏｉｎＬａｗｒｅｎｃｅＷＷＴＰ项　目数值混凝池水力停留时间／ｍｉｎ０．８搅拌器速度梯度／ｓ－１２６５投加池水力停留时间／ｍｉｎ１搅拌器速度梯度／ｓ－１２６５熟化池水力停留时间／ｍｉｎ３搅拌器速度梯度／ｓ－１１９０沉淀池的上升流速／（ｍ·ｈ－１）１４７　　在第一年的运行期内共经历了８次暴雨，每次的历时、水量和水质都存在较大的差异，最长一次降雨历时达４７ｈ，表２列出了６次降雨情况以及两组Ａｃｔｉｆｌｏ的运行情况。表２　６次暴雨及Ａｃｔｉｆｌｏ运行情况Ｔａｂ．２　６ｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｅｖｅｎｔｓａｎｄＡｃｔｉｆｌｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ降雨日期降雨历时／ｈ进水流量／（ｍ３·ｄ－１）１＃Ａｃｔｉｆｌｏ／（ｍ３·ｄ－１）２＃Ａｃｔｉｆｌｏ／（ｍ３·ｄ－１）平均最大平均最大平均最大２００３－０８－３０（１８：００）３２９２３６４１３９６８１３６７１８６３５９５３２９３３４６９３９２００４－０３－０４（２１：３０）２９１１５０７６１８１６９９５５２６７６８１３７３４０６９３４０６９２００４－０３－１０（１２：４５）＜４３０６６２３０６６２０．００．０１９６８４１９６８４２００４－０５－１３（１３：２２）２３８０２５０１０２２０６０．００．０３０６６２４１６３９２００４－０５－２５（１１：００）４８６３０７８８９５７０．００．０３８６１１４２７７５２００４－０７－０２（１８：０５）４７８４４１４１６０８８０５６７８１７７６０１３５９６１５１１０３　　运行结果表明，尽管每次暴雨的水量和水质都有较大变化，但是出水ＴＳＳ基本可以满足ＬａｗｒｅｎｃｅＮＰＤＥＳ标准（＜４５ｍｇ／Ｌ），去除率达到８８％。对于出水ＣＢＯＤ，基本可降至１００ｍｇ／Ｌ左右，去除率可以达到５０％～８０％。由于该污水厂的占地面积受限，上升流速设计值较高，通过优化运行，纯ＦｅＣｌ３和阴离子高分子絮凝剂的平均投量分别为６１ｍｇ／Ｌ和３．３ｍｇ／Ｌ。同时，在运行过程中，微砂的消耗量为３～６ｍｇ／Ｌ。因此，药剂消耗成本约为０．００５～０．００８美元／ｍ３污水。工程运行中，药剂投加量与表面负荷、去除效率、进出水污染物浓度均有密切的关系，在较高的表面负荷下Ａｃｔｉｆｌｏ的除污效果很好，如果在占地面积要求并不严格的情况下可以适当降低表面负荷，从而节省运行费用。美国印第安那州格林菲尔德市污水处理厂Ａｃｔｉｆｌｏ用于ＣＳＯ处理设计的上升流速为６１ｍ／ｈ，硫酸铝（纯）和阴离子高分子絮凝剂的平均投加量分别为７０ｍｇ／Ｌ和１ｍｇ／Ｌ，对ＣＢＯＤ、ＴＳＳ和氨氮的平均去除率分别为７８％、８８％和２５％，均可满足该城市的ＮＰＤＥＳ标准，总运行成本（包括药剂消耗及电耗）为０．００５美元／ｍ３污水［８］。３２　昆明第三污水厂昆明第三污水厂是国内第一座将Ａｃｔｉｆｌｏ用于ＣＳＯ处理的污水厂。该厂旱季时，Ａｃｔｉｆｌｏ作为三级处理单元，处理水量为２１×１０４ｍ３／ｄ；雨季时水厂水量激增至６２×１０４ｍ３／ｄ，其中３４．７×１０４ｍ３／ｄ的流量进入Ａｃｔｉｆｌｏ高效沉淀池进行强化处理。其工艺流程见图３。!#$%!!#!$%&’()*&’(+,-./)*(!$!#01(!$%&’()*+,-./0212(34.345678!56(78!#!(&10!$%&’(