第五章 污水的深度处理

第五章污水的深度处理第五章 污水的深度处理污水的深度处理是进一步去除常规二级处理所不能完全去除的污水中所含有的悬浮物（SS ）、有机物、氮和磷等营养盐以及可溶的无机盐等杂质的净化过程。

目前常用的深度处理技术有混凝沉淀（澄清、气浮）、过滤、消毒等传统技术、活性炭技术、生物碳技术、膜技术和生物过滤技术等。

第一节 混凝“混凝”就是向水中加入絮凝剂，使水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集成大的絮体，从而被迅速分离沉降的过程。

混凝技术在给水处理和早期的污水深度处理中是必不可少的工艺环节，一般包括混合、凝聚、絮凝、三个工艺过程。

混合是指絮凝剂向水中迅速扩散、并与全部水混合均匀的过程。

絮凝剂的混合过程需要通过混合池或混合器等方式实现。

凝聚是指水中悬浮颗粒与絮凝剂作用，通过压缩双电层和电中和等机理，失去稳定性而相互结合生成微小絮粒的过程。

絮凝是指凝聚生成的微小絮粒在水流的搅动和絮凝剂的架桥作用下，通过吸附架桥和沉淀网捕等机理，逐渐成长为大的絮体的过程。

混合、凝聚、絮凝三个过程通称为混凝，而絮凝剂与水混合后生成微小絮体、微小絮体再长大为大絮体的凝聚、絮凝过程又合称为反应，反应一般在反应池中进行。

絮凝剂与水混合后生成的絮体被称为矾花。

混凝处理通常置于固液分离设施前，与分离设施组合起来、有效地去除原水中的粒度为1nm ～100μm 的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和COD Cr ，除可用在污水深度处理外，也可用于污水处理流程的预处理和剩余污泥处理。

混凝处理的基本流程如下：一、工艺原理及过程1、水中胶体的稳定与凝聚水中胶体颗粒细小、表面水化和带电使其具有稳定性。

带电胶体与其周围的离子组成双电层结构的胶团。

所有带电胶体都带负电，在静电斥力作用下，相互排斥且本身又极为细小，只能在水中作不规则的高速运动而不能依靠重力混凝剂 配制 定量投加 原水 反应 混合 固液分离下沉，因此极为稳定。

向水中投加絮凝剂后，产生大量的三价正离子和不溶于水的带正电荷的氢氧化物胶体，前者可以压缩胶体双电层，后者可以与水中杂质发生吸附架桥、网捕等，从而使水中胶体脱稳，并逐渐形成较大的颗粒即矾花，最终在重力作用下从水中分离出来，使污水得到进一步的澄清。

2、絮凝剂的配制和投加通常将固体絮凝剂溶解后配成一定浓度的溶液投入水中，溶解池一般配以机械搅拌装置，即以电动机驱动桨板或涡轮搅动溶液加速药剂溶解。

絮凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。

中小规模的混凝处理系统的絮凝剂投加一般使用计量泵投加方式，人工调整和自动调整都能很容易地实现。

计量泵本身带有调节器并刻有显示流量的标度，利用调节器调节柱塞行程就可以以调节药液投量，泵直接自溶液池内抽取药液送至投药点，插入原水管内的加药管切口与逆水流方向成60o。

实际生产中自动投药系统很多，其中比较准确的是根据加药混合后形成的矾花特性和沉淀或澄清后出水浊度等情况来调整絮凝剂的投加量。

其原理是利用以脉动值换算理论为基础的絮凝粒子检测技术，使用光学原理测定絮凝粒子的粒径、密度等特性，同时利用电极测定能反映水中胶体颗粒脱稳程度的电流信号，综合利用以上两种控制信号调整絮凝剂的投加量。

为了更准确地反映实际运行情况，有时还要结合沉淀或澄清后出水浊度的高低来对絮凝剂的投加量进行调整和控制。

4、常用的混合方式混合方式有机械搅拌混合、分流隔板混合、水泵混合和管道混合等。

⑴机械搅拌混合：机械混合需要配置专门的混合池，在混合池内用电动机驱动搅拌器对加过药剂的原水进行搅拌，以达到药剂与原水均匀的目的。

这种混合方式可根据进水流量和浊度的变化而改变搅拌器的转动速度，以达到所需要的G值。

常用的机械搅拌方式有螺旋桨式、涡轮式、平直叶桨式、直叶桨框式和水下推进式，桨式搅拌器的线速度为1.5～3m/s，水下推进式搅拌器的线速度为5～15m/s。

有效池深为2～5m，混合搅拌时间一般为10～30s，处理小规模水量的工业应用常取120s。

⑵分流隔板混合：分流隔板混合池利用水流的曲折行进所产生的湍流进行混合，一般是设有三块隔板的窄长形水池，两道隔板间的距离为池宽的2倍，通常隔板间距为0.6～1m，两端隔板的中间下部开有缝隙，中间隔板的下部两侧开有缝隙，水池中的水流速度大于0.6m/s，缝隙处流速为1m/s左右，转弯处的过水断面积为平流部分过水断面积的1.2～1.5倍。

为避免进入空气，缝隙必须具有100～150mm的淹没水深。

⑶管道混合：最简单的管道混合即将药剂直接投入水泵压水管中以借助管中流速进行混合。

管中流速不宜小于 1m/s，投药点后的管内水头损失不小于0.3~0.4m。

投药点至末端出口距离以不小于50倍管径为宜。

为提高混合效果，可在管道内增设孔板或文丘利管。

另外一种管道混合是在进入絮凝池的管道上安装一套静态混合器（见图5--1），管道静态混合器中有若干固定混合单元，每一混合单元由若干固定叶片按一定角度交叉组成，使水流成交叉及旋涡反向旋转，以达到混合效果。

当加过药剂的原水经过混合器时，能被这些混合单元分割、改向并形成旋涡，以达到使药剂均匀分散于原水中的目的。

管道静态混合器混合要求进出水的水头损失为5m以上，否则混合效果较差。

当进水量降低后，管道中流速降低、流过管道静态混合器的水头损失变小，混合效果会变差。

图5--1 管式静态混合器5、常用反应池的类型絮凝设施的基本要求是，原水与药剂经混合后，通过絮凝设施应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。

反应池类型有水力搅拌式和机械搅拌式两大类，常用的有隔板反应池、机械搅拌反应池和折板反应池三种，也有将不同形式反应池串联在一起成为组合式反应池的。

⑴隔板反应池：隔板反应池又有平流式隔板、竖流式隔板和回转式隔板三种形式，其原理是在水流通道内设置隔板，使水流在其中上下或迂回流动，而且流速逐渐减小，有利于水中颗粒形成粗大的絮体。

隔板反应池的反应时间为20～30min，进口流速为0.5～0.6m/s，出口流速为0.2～0.3m/s。

平流式隔板转弯处的过水断面积为平直段的1.2～1.5倍，池低向排泥口的坡度为2%～3%。

隔板絮凝池的优点是构造简单，管理方便，通常用于大、中型处理厂。

当水量过小时，隔板间距过狭不便施工和维修。

缺点是流量变化大时絮凝效果不稳定，絮凝时间较长，池子容积较大。

⑵机械搅拌反应池：机械搅拌反应池是将多个单独的机械反应池串联起来，每个池内都设有搅拌机，搅拌强度从头至尾依此降低，按照搅拌机的安装方式可分为立式和卧式两种。

传动装置多采用多级或无级调速，以便根据水量、水温、药剂等变化情况随时调节搅拌的强度。

搅拌桨叶宽为100～300mm，桨叶总面积为反应池截面积的10%～20%。

一般桨叶上端在水面以下0.3m，下端距池底0.5m。

对应3～6级的搅拌强度，搅拌桨叶中心处线速度（相当于池内水平流速）一般由第一级的0.5～0.6m/s逐渐减小到0.1～0.2m/s，最大不能超过0.3m/s。

各级搅拌速度梯度值G一般为20～30-1。

⑶折板反应池：折板反应池是利用在反应池中设置一些扰流单元来达到絮凝所需要的紊流状态，使能量损失得到充分利用，能耗与药耗有所降低，停留时间缩短。

折板反应池的常用形式有多通道和单通道的平折板式、波纹板式、栅条式、网格式等，多布置成竖流式。

折板反应池在池底要必须设置排泥设施。

穿孔旋流反应池是由若干个方格组成，各格之间的隔墙上沿池壁开孔，水流沿池壁切线方向进入后形成旋流。

第一格孔口尺寸最小，流速最大，水流在池内旋转速度也最大；而后孔口尺寸逐渐增大，流速逐格减小。

栅条反应池则相当于在穿孔旋流反应池的每个竖井安装若干层栅条，每个竖井栅条数自进水端至出水端逐渐减少，前段为密栅，中段为疏栅，末段不安装栅。

⑷组合式：不同形式的反应池串联使用，可以取长补短、充分发挥每一种反应池的优点。

比如往复式隔板反应池与回转式隔板反应池的组合运用，可以避免往复式隔板反应池在絮凝反应后期，容易将已结大、容易破碎的絮体打碎的问题。

水量较小时，将穿孔旋流反应池（折板反应池的一种型式）与回转式隔板反应池的组合运用，前段可以避免使用隔板反应池时隔板间距离过小或水深过浅的矛盾，后段可以避免使用穿孔旋流反应池时水流上下左右频繁转弯对后期絮凝产生的不良作用。

二、工艺控制影响混凝效果的因素很多，以水力条件、PH值、碱度、水温和混凝剂投加量最为主要。

1、水力条件⑴充分的絮凝时间和必要的速度梯度。

非常靠近的两层水流之间的流速差叫速度梯度，用“G”表示。

G值越大，颗粒相互碰撞的几率就越大，混凝效果可以好些。

但G值过大也不好，因为两层水流间的流速相差过大，势必产生较大的剪力，已经絮凝的大矾花由于剪力而破碎且难以再重新组合。

同时，絮凝时间对混凝效果也有很大影响，絮凝时间长则颗粒的碰撞机会就多。

所以包含流速和时间两个因素GT值能比较全面反应絮凝效果。

⑵混合要快速、充分。

混合是使絮凝剂与原水充分混合均匀的过程，是絮凝和固液分离的前提，通常要求在加药后的极短时间内完成，混合搅拌时间一般为10～30s，最长为120s，适宜的速度梯度G为500～1000s-1。

混合后，进入反应室（池）前不宜形成大颗粒矾花，否则矾花进入反应室（池）时容易被打碎而难以再絮凝，影响沉淀效果与增加混凝剂的耗用量。

因为混凝剂水解作用的时间极为短促，混凝剂加入水中后是否能以最快的速度同整个原水充分混合，直接关系到混凝效果的好坏。

缓慢、不恰当的混合将导致投药量增加、反应效果不好。

在废水深度处理中，一般要求混合时间为10—60秒。

⑶絮凝池的流速应严格控制，一般要求由大变小。

在较大的流速下，使水中的胶体颗粒发生较充分的碰撞吸附；在较小的流速下，使胶体颗粒能结成较大的絮粒。

反应是使水中杂质颗粒结成大尺寸矾花的过程，要求水流平稳，延续时间也较长。

反应池的平均速度梯度G一般为10～60s-1，水流速度为15～30mm/s，反应时间为15～30min，并控制GT值在104～105范围内。

通常反应池与固液分离设施合建或相距很近。

2、PH值水的PH值对混凝效果的影响程度，视混凝剂品种而异。

对硫酸铝而言，用以去除浊度时，最佳PH值在6.5~7.5之间；用以去除色度时，最佳PH值在4.5~5.5之间。

采用聚合氯化铝时，其对水的PH变化适应性较强。

采用三价铁盐混凝剂时，用以去除水中的浊度时，PH值要求在6.0~8.4之间；用以去除水中的色度时，PH值要求在3.5~5.0之间。

3、碱度絮凝剂投入水中后由于水解作用，氢离子的数量会增加。

如果这时水中有一定的碱度去中和，PH值就不会降低。

所以在水中缺碱度时必须向水中投加石灰等碱性物质以提高水中PH值，确保混凝效果。

4、水温水温低，化学反应速度慢，影响絮凝剂的水解，水中杂质和氢氧化物胶体之间彼此碰撞机会也减小；水温低，水的粘度也大，颗粒下降阻力增加，矾花不易下沉。