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
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,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
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。
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,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。
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、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,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。
3、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