市政污水厂工艺优化运行管理（五十七）

市政污水厂工艺优化运行管理（五十七）

在污水处理厂的深度处理工艺中，混凝不是单独出现的，因为在水中添加了化学药剂以后，化学作用下产生的絮凝体会结合水中的离子和悬浮杂质，形成新的悬浮固体，这部分悬浮固体需要通过设置合理的构筑物来进行沉淀。由于深度处理所处理的污水水质经过生化段的处理已经达到了较好的水质，水中所含的悬浮颗粒已经剩余不多，因此这里沉淀池可以选择一些特殊的工艺来实现更小的占地和更高效的沉淀效果，深度处理单元会采用针对混凝产生的化学污泥进行泥水分离的构筑物，主要有沉淀池、澄清池、浸没式膜分离等，由于混凝和沉淀是联合运行的，混凝的效果通过沉淀分离释放出来，因此在谈论这个阶段的优化措施时，需要对混凝效果产生的构筑物的运行进行了解。

首先来看污水厂现阶段比较通用的高效沉淀池，它是一种高速一体式沉淀浓缩池。高效沉淀池工艺依托污泥混凝、循环、斜管分离及浓缩等多种理论，通过合理的水力和结构设计，集泥水分离与污泥浓缩功能于一体的新一代沉淀工艺。

（1）、基本原理

基本原理高效沉淀池（High-Rate Clarifier）是在传统沉淀池基础上优化设计的重力沉降设备，通过结构改进和工艺优化实现更高效的固液分离。在混凝区域通过化学药剂和水反应产生的化学絮凝体，在进入到高效沉淀区域后，化学药剂生成的矾花慢速地从预沉区进入到沉淀区，大部分矾花在预沉区沉淀，剩余矾花随着水流向上进入斜管沉淀区，在斜管沉淀池区完成剩余矾花沉淀过程，矾花在沉淀区下部累积成污泥并浓缩，浓缩区分为两层，一层位于排泥斗上部，经泵提升至反应池进水端以循环利用;一层位于排泥斗下部，由泵排出进入污泥处理系统。澄清水通过集水槽收集进入后续处理构筑物。其核心原理包括：

斜板/斜管沉降：高效沉淀池内设置斜板或

 

斜管，缩短颗粒沉降距离（通常10-20 mm），提高沉降效率。根据浅池理论，沉降效率与沉降面积而非池深成正比，斜板/斜管显著增加有效沉降面积。

絮体沉降：混凝形成的絮体在重力作用下沉降至池底，斜板/斜管通过层流效应加速沉降，沉淀池内还设置有搅拌刮泥机，对水中悬浮的絮凝体矾花通过搅拌栅的作用，将其结合成更大的矾花，加速器沉淀。

污泥回流：部分沉淀污泥回流至混凝反应区，成为新的矾花的聚集核体，交联更多的细小矾花，从而增加絮体浓度，促进“絮体接触絮凝”，提高去除效率。

化学除磷：混凝剂与磷酸盐反应生成的沉淀物在高效沉淀池中被有效去除，降低出水TP。

（2）、高效沉淀池的特点

占地面积小：因为其上升流速高，沉淀效率是普通沉淀池的8～10倍，且为一体化构筑物布置紧凑，约为传统工艺的1／10；相比传统沉淀池，斜板/斜管设计使占地面积减少50%-70%。

处理效率高：表面负荷率可达5-15 m?/(m?·h)，远高于传统沉淀池（1-2 m?/(m?·h)），因为沉淀速度快、絮凝沉淀时间短，分离区的上升流速高达6mm／s，比常规工艺高出很多；

 

抗冲击能力强：通过污泥回流和优化设计，适应进水水质波动，对进水浊度波动不敏感，对低温低浊度原水的适应能力强；

出水水质优：SS可降至5-10 mg/L，TP可降至0.3 mg/L以下。

絮凝能力强：絮体沉淀速度快，出水水质稳定，这主要得益于絮凝剂、助凝剂、活性污泥同流的联合应用以及合理的机械混凝手段；

药耗投加量相对较低：通过污泥内循环，可节约10％～30％的药剂投加；

排泥浓度高：一般可达20g／L以上，高浓度的排泥可减少水量损失。

了解了混凝和沉淀的工艺原理和池体特点后，可以看到针对污水厂运行的敏感点有两个方面：一个是化学药剂反应效果，一个是化学药剂的使用成本。从部分水厂的统计数据来看，药剂消耗成本约占污水处理厂总运行成本的10%。传统的药剂投加方法多依赖于操作经验或固定的数学公式，缺乏对污水处理过程非线性、滞后性等复杂特性的考量，容易导致药剂投加不足造成出水不达标，或投加过量造成不必要的成本浪费。为解决这一问题，近年来的，污水处理行业开始探索基于人工智能的精准控制方法。通过利用AI的深度学习模型，对实时水质信息进行建模和预测，可以计算并输出当前时刻最优的药剂投加量。通过建立数据驱动的决策方式，能够克服传统控制的滞后性问题，实现全流程的实时在线控制，从而在保障出水水质稳定的同时，显著降低运营成本。根据这个优化思路，污水厂针对深度处理单元的优化工艺措施可以从以下几个方面进行：

（1）投药量优化：

 

实验室的小试：在实验室开展烧杯试验，确定深度处理阶段的药剂投药效果和最小投药量（通常PAC投加量为10-50 mg/L，PAM为0.1-0.5 mg/L）。一般来说，实验室的环境条件适宜，反应效果较好，但在现场加药过程中会遇到各种环境因素对反应效果造成一定的影响，因此实验烧杯实验一般确定两个问题，一是药品的适用性 ，投加药剂后，会不会产生矾花，有没有化学反应效果；二是确定最理想状态下也就是最小加药量，在实际应用中，不能低于这个加药量。实验室小试不能确定实际的加药量的多少，只能作为加药的参比数据。

实时监测：通过安装在线监测设备（如浊度仪、TP分析仪），实时监测进水水质，动态调整投药量。精确加药一直时成本管控的重点，但是没有实时数据，精确加药依靠人为调整，精度低，误差和时差都很高，无法实现精确，因此安装必要的实时监测系统是作为精确加药的前提。