小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理：技術(shù)探索與應(yīng)用實踐一、引言1.1研究背景與意義隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，小城鎮(zhèn)數(shù)量不斷增多，人口持續(xù)聚集，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展。然而，絕大多數(shù)小城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)不完善，污水處理設(shè)施匱乏，大量污水未經(jīng)有效處理便直接排入水體。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國目前擁有各種規(guī)模和性質(zhì)的小城鎮(zhèn)近48000多個，其中建制鎮(zhèn)20000多個，2010年中小城鎮(zhèn)污水排放量達(dá)680億噸，成為區(qū)域性水環(huán)境的重要污染源。這些污水中含有大量有機(jī)物、氮、磷等污染物，不僅導(dǎo)致水體黑臭、富營養(yǎng)化等問題，威脅水生態(tài)系統(tǒng)平衡，還對居民生活用水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，阻礙了小城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的一級處理工藝以自然沉淀為主，對污水中污染物的去除能力有限，懸浮固體去除率一般為40％-60％，COD去除率約為50％，難以有效控制水污染，無法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。而二級生物處理雖然能高效去除污染物，但投資巨大，能耗和運行成本高，對于經(jīng)濟(jì)實力相對薄弱的小城鎮(zhèn)而言，大規(guī)模建設(shè)和運營二級生物處理廠面臨諸多困難，如資金短缺、技術(shù)人才匱乏等。因此，研究和開發(fā)適合小城鎮(zhèn)的污水處理技術(shù)迫在眉睫。強(qiáng)化一級處理技術(shù)是在沉淀處理基礎(chǔ)上，增加部分生化或物化處理手段，處理效果介于一級和二級處理之間，也被稱為一級半處理或不完全二級處理。該技術(shù)以較少投資就能削減大量污染負(fù)荷，具有建設(shè)運行成本低、處理效率較高、操作管理相對簡單等優(yōu)勢，能有效緩解小城鎮(zhèn)污水處理面臨的資金和技術(shù)困境。通過強(qiáng)化一級處理，可大幅降低污水中懸浮物、有機(jī)物、氮、磷等污染物含量，減輕對水體的污染，改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康，為居民提供清潔安全的水環(huán)境。同時，合理的污水處理能減少對水資源的污染，提高水資源的循環(huán)利用率，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保障小城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的需求。良好的環(huán)境是小城鎮(zhèn)招商引資、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，能吸引更多投資和人才，促進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的健康發(fā)展，推動產(chǎn)業(yè)升級，為小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動力。因此，開展小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理試驗研究，對于解決小城鎮(zhèn)污水污染問題，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的良性互動，具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較早。美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，針對小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量特點，研發(fā)了多種強(qiáng)化一級處理技術(shù)，并在實際工程中廣泛應(yīng)用。美國在20世紀(jì)80年代就開始重視化學(xué)沉淀強(qiáng)化一級處理技術(shù)，通過投加絮凝劑和助凝劑，顯著提高了污水中懸浮物和有機(jī)物的去除率。相關(guān)研究表明，采用化學(xué)強(qiáng)化一級處理工藝，對COD的去除率可達(dá)60%-80%，對SS的去除率能達(dá)到80%-90%。歐洲一些國家則側(cè)重于生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理技術(shù)的研究與應(yīng)用，利用微生物的絮凝和吸附作用，去除污水中的污染物，該技術(shù)不僅能有效去除有機(jī)物，還具有一定的脫氮除磷能力。例如，德國的一些小城鎮(zhèn)采用生物絮凝吸附工藝，在處理生活污水時，對BOD5的去除率可達(dá)70%-80%，同時對總氮和總磷也有一定程度的去除。近年來，國外在強(qiáng)化一級處理技術(shù)的組合工藝方面取得了新進(jìn)展。將化學(xué)強(qiáng)化與生物強(qiáng)化相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高處理效果。如加拿大的某小城鎮(zhèn)污水處理廠采用化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理工藝，在降低運行成本的同時，使污水中COD、氨氮、總磷等污染物的去除率均得到顯著提高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，智能控制技術(shù)在強(qiáng)化一級處理系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸增多，通過實時監(jiān)測水質(zhì)水量變化，自動調(diào)整處理工藝參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。國內(nèi)對小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理技術(shù)的研究相對較晚，但發(fā)展迅速。隨著對小城鎮(zhèn)污水處理問題的重視，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和高校開展了大量相關(guān)研究工作。在化學(xué)強(qiáng)化一級處理方面，對絮凝劑的種類、投加量、投加方式等進(jìn)行了深入研究，篩選出了適合不同水質(zhì)的高效絮凝劑，并優(yōu)化了工藝參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）復(fù)配使用時，對小城鎮(zhèn)污水中污染物的去除效果最佳，在合適的投加量下，COD去除率可達(dá)55%-75%，SS去除率能達(dá)到85%-95%。在生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理技術(shù)研究中，國內(nèi)學(xué)者對微生物的培養(yǎng)、馴化以及吸附機(jī)理進(jìn)行了探討，開發(fā)出了多種高效的生物絮凝劑和生物處理工藝。例如，采用活性污泥與生物膜相結(jié)合的生物絮凝吸附工藝，利用活性污泥的高效吸附和生物膜的穩(wěn)定代謝作用，提高了對污水中有機(jī)物和氮磷的去除效果。此外，國內(nèi)還開展了水解強(qiáng)化一級處理工藝的研究，將水解酸化作為預(yù)處理單元，提高污水的可生化性，為后續(xù)處理創(chuàng)造有利條件。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足。一方面，多數(shù)研究集中在單一強(qiáng)化處理技術(shù)的優(yōu)化上，對多種技術(shù)的協(xié)同作用及組合工藝的研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的技術(shù)集成和優(yōu)化方案。不同強(qiáng)化處理技術(shù)在實際應(yīng)用中可能存在相互影響，如何實現(xiàn)多種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)，有待進(jìn)一步研究。另一方面，對于強(qiáng)化一級處理技術(shù)在不同水質(zhì)、水量條件下的適應(yīng)性研究還不夠全面，缺乏針對特定小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)特點的個性化處理方案。此外，在強(qiáng)化一級處理技術(shù)的運行管理方面，目前還缺乏完善的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程，導(dǎo)致部分處理設(shè)施運行不穩(wěn)定，處理效果難以保證。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容處理方法研究：針對小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)特點，對比研究化學(xué)強(qiáng)化一級處理、生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理、化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理三種主要強(qiáng)化一級處理方法對污水中污染物的去除效果。其中，化學(xué)強(qiáng)化一級處理重點研究不同絮凝劑（如聚合氯化鋁PAC、聚丙烯酰胺PAM等）及其復(fù)配使用時的最佳投加量、投加方式和反應(yīng)時間，以提高對懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）等污染物的去除效率；生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理主要研究微生物的培養(yǎng)、馴化條件，以及生物絮凝劑的制備和應(yīng)用，探索生物絮凝吸附過程中對有機(jī)物、氮、磷等污染物的去除機(jī)理和最佳工藝參數(shù)；化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理則著重研究化學(xué)強(qiáng)化與生物強(qiáng)化的協(xié)同作用機(jī)制，確定兩者的最佳組合方式和運行條件，實現(xiàn)對污水中多種污染物的高效去除。工藝參數(shù)優(yōu)化：通過實驗研究，對選定的強(qiáng)化一級處理工藝的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如反應(yīng)時間、沉淀時間、水力停留時間（HRT）、污泥回流比等。分析不同工藝參數(shù)對處理效果的影響規(guī)律，建立工藝參數(shù)與處理效果之間的數(shù)學(xué)模型，為實際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。例如，在化學(xué)強(qiáng)化一級處理中，研究不同反應(yīng)時間下絮凝劑與污染物的反應(yīng)程度，以及沉淀時間對沉淀效果的影響，確定最佳的反應(yīng)時間和沉淀時間組合，以提高處理效率和出水水質(zhì)。處理效果評估：采用多種指標(biāo)對強(qiáng)化一級處理技術(shù)的處理效果進(jìn)行全面評估，包括COD、生化需氧量（BOD5）、SS、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、總氮（TN）等污染物的去除率，以及出水的濁度、pH值等水質(zhì)指標(biāo)。同時，分析處理前后污水中污染物的形態(tài)和分布變化，評估處理技術(shù)對不同類型污染物的去除能力。此外，還考慮處理過程中的污泥產(chǎn)量、污泥性質(zhì)以及處理成本等因素，綜合評價強(qiáng)化一級處理技術(shù)的可行性和實用性。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：對強(qiáng)化一級處理技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，包括投資成本（設(shè)備購置、安裝調(diào)試、土建工程等費用）、運行成本（藥劑消耗、能源消耗、設(shè)備維護(hù)、人員工資等費用）和環(huán)境效益（污染物減排量、對水體生態(tài)環(huán)境的改善等）。通過與傳統(tǒng)二級生物處理技術(shù)進(jìn)行對比，分析強(qiáng)化一級處理技術(shù)在小城鎮(zhèn)污水處理中的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)境效益，為技術(shù)的推廣應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)依據(jù)。例如，計算不同處理技術(shù)的單位處理水量成本，比較強(qiáng)化一級處理技術(shù)與二級生物處理技術(shù)在投資和運行成本上的差異，評估強(qiáng)化一級處理技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上的可行性。1.3.2研究方法實驗研究法：搭建小型實驗裝置，模擬小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理過程。采用實際小城鎮(zhèn)污水作為實驗水樣，通過控制變量法，分別研究不同處理方法和工藝參數(shù)對污水中污染物去除效果的影響。實驗過程中，定期采集水樣，利用化學(xué)分析方法（如重鉻酸鉀法測定COD、納氏試劑分光光度法測定氨氮等）和儀器分析方法（如濁度儀測定濁度、pH計測定pH值等）對水樣進(jìn)行檢測分析，獲取實驗數(shù)據(jù)。例如，在研究化學(xué)強(qiáng)化一級處理時，設(shè)置不同絮凝劑投加量的實驗組，其他條件保持一致，通過檢測不同實驗組出水的污染物濃度，分析絮凝劑投加量對處理效果的影響。案例分析法：選取部分已采用強(qiáng)化一級處理技術(shù)的小城鎮(zhèn)污水處理廠作為案例，對其實際運行情況進(jìn)行調(diào)研分析。收集案例污水處理廠的水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、工藝運行參數(shù)、設(shè)備運行狀況、處理成本等資料，分析強(qiáng)化一級處理技術(shù)在實際工程應(yīng)用中的效果和存在的問題。通過案例分析，總結(jié)成功經(jīng)驗和教訓(xùn)，為其他小城鎮(zhèn)污水處理工程提供參考和借鑒。例如，對某案例污水處理廠的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解其在不同季節(jié)、不同水質(zhì)水量條件下的處理效果，以及設(shè)備維護(hù)、管理等方面的情況。理論分析法：結(jié)合污水處理的基本原理和相關(guān)理論知識，對強(qiáng)化一級處理過程中的化學(xué)反應(yīng)、生物代謝、物質(zhì)傳遞等過程進(jìn)行理論分析。建立數(shù)學(xué)模型，對處理過程進(jìn)行模擬和預(yù)測，深入理解強(qiáng)化一級處理技術(shù)的作用機(jī)制和影響因素。例如，運用化學(xué)動力學(xué)原理分析絮凝劑與污染物之間的反應(yīng)速率和反應(yīng)平衡，利用微生物學(xué)理論解釋生物絮凝吸附過程中微生物的作用機(jī)制。通過理論分析，為實驗研究和實際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。二、小城鎮(zhèn)污水特性與強(qiáng)化一級處理概述2.1小城鎮(zhèn)污水特點小城鎮(zhèn)污水來源廣泛，主要涵蓋城鎮(zhèn)居民生活污水、機(jī)關(guān)學(xué)校等公共設(shè)施排水，以及允許排入城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)的工業(yè)廢水和初期雨水。這些不同來源的污水，使得小城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)和水量呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。在水質(zhì)方面，小城鎮(zhèn)污水中的污染物濃度波動較大。以化學(xué)需氧量（COD）為例，部分以生活污水為主的小城鎮(zhèn)，其污水COD濃度一般在200-500mg/L；若工業(yè)廢水占比較高，COD濃度可能會超過1000mg/L。生化需氧量（BOD5）與COD的比值是衡量污水可生化性的重要指標(biāo)，小城鎮(zhèn)污水的BOD5/COD比值通常在0.3-0.6之間，表明其具有較好的可生化性，但不同地區(qū)因污水來源差異，該比值也會有所波動。懸浮物（SS）濃度一般在100-300mg/L，而氨氮（NH3-N）濃度在20-50mg/L，總磷（TP）濃度在3-8mg/L。同時，污水中還可能含有一定量的重金屬、有機(jī)物等污染物，這些污染物的含量和種類因工業(yè)企業(yè)的類型和規(guī)模而異。例如，某些化工企業(yè)較多的小城鎮(zhèn)，污水中可能含有鉛、汞、鎘等重金屬，以及苯、甲苯、酚類等有機(jī)污染物，對環(huán)境和人體健康具有潛在危害。從水量來看，小城鎮(zhèn)污水的排放量具有明顯的變化規(guī)律。受居民生活習(xí)慣和作息時間影響，日變化系數(shù)較大，一般在1.5-2.5之間。在夏季，由于居民用水量增加，污水排放量也相應(yīng)增多；冬季則相對減少。在旅游型小城鎮(zhèn)，旅游旺季時，游客數(shù)量大幅增加，污水排放量會急劇上升，可能達(dá)到平時的數(shù)倍；而淡季時，污水量則明顯減少。此外，小城鎮(zhèn)的排水系統(tǒng)多為合流制或不完全分流制，降雨對污水量的影響顯著。在暴雨期間，大量雨水混入污水，使得污水量瞬間增大，可能超過污水處理設(shè)施的設(shè)計處理能力，導(dǎo)致部分污水未經(jīng)有效處理直接排放，對水體環(huán)境造成沖擊。2.2強(qiáng)化一級處理的概念與分類強(qiáng)化一級處理是在常規(guī)一級處理（重力沉降）的基礎(chǔ)上，通過增加化學(xué)混凝處理、機(jī)械過濾或不完全生物處理等手段，以提高一級處理效果的污水處理工藝。《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定，非重點控制流域和非水源保護(hù)區(qū)的建制鎮(zhèn)的污水處理廠，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件和水污染控制要求，采用一級強(qiáng)化處理工藝時，執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)，但必須預(yù)留二級處理設(shè)施的位置，分期達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。其處理效果介于傳統(tǒng)一級處理和二級生化處理之間，也被稱為一級半處理或不完全二級處理。根據(jù)強(qiáng)化手段的不同，強(qiáng)化一級處理主要可分為化學(xué)強(qiáng)化一級處理、生物強(qiáng)化一級處理和化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理。化學(xué)強(qiáng)化一級處理（CEPT），又稱強(qiáng)化絮凝技術(shù)，是通過在一級處理工藝中投加化學(xué)絮凝劑等措施，使污水中原本難以自然沉淀去除的小粒徑顆粒污染物脫穩(wěn)，聚集成能夠沉淀的大顆粒礬花，從而提高沉淀速度和處理效果。該方法對污水中污染物的去除效果顯著，大量研究表明，采用CEPT法一般可去除CODCr50%-60%，BOD550%-70%，細(xì)菌80%-90%，對SS、重金屬、磷等的去除率可達(dá)90%以上，難降解有機(jī)物的去除率達(dá)到80%以上。生物強(qiáng)化一級處理則是利用微生物的絮凝和吸附作用，提高對污水中污染物的去除效率。微生物在生長代謝過程中會分泌一些胞外聚合物，這些物質(zhì)具有絮凝和吸附特性，能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚锞奂饋?，使其更容易被去除。例如，活性污泥中的微生物可以通過吸附、分解等作用去除污水中的有機(jī)物，同時部分微生物還能利用污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長繁殖，從而達(dá)到一定的脫氮除磷效果。與化學(xué)強(qiáng)化一級處理相比，生物強(qiáng)化一級處理具有污泥產(chǎn)量少、運行成本低等優(yōu)點，但對總磷的去除率相對偏低。化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理是將化學(xué)強(qiáng)化和生物強(qiáng)化的優(yōu)勢相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的協(xié)同作用。在該工藝中，先通過投加化學(xué)絮凝劑使污水中的污染物初步聚集，然后利用微生物的絮凝和吸附作用進(jìn)一步去除污染物。這種聯(lián)合處理方式不僅提高了對有機(jī)物、氮、磷等污染物的去除效果，還能在一定程度上減少化學(xué)藥劑的使用量，降低處理成本。有研究通過在生物-化學(xué)聯(lián)合吸附絮凝方法基礎(chǔ)上增加對沉淀污泥的分選及充氧活化，用活化污泥回流吸附絮凝，顯著提高了回流污泥的生物活性和絮體生物絮凝作用，較大提高了回流污泥對溶解性COD、氨氮的吸附絮凝作用及對SS的去除率，還較大幅度節(jié)省了化學(xué)絮凝劑的投加量。2.3強(qiáng)化一級處理的優(yōu)勢強(qiáng)化一級處理技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)勢，使其成為小城鎮(zhèn)污水處理的理想選擇。在投資成本方面，傳統(tǒng)二級生物處理廠建設(shè)需要購置大量復(fù)雜的生物處理設(shè)備，如曝氣池、生物膜反應(yīng)器等，同時對土建工程的要求也較高，需要建設(shè)較大規(guī)模的處理構(gòu)筑物。而強(qiáng)化一級處理工藝相對簡單，無需建設(shè)復(fù)雜的生物處理單元，設(shè)備投資和土建成本大幅降低。以某小城鎮(zhèn)污水處理項目為例，采用二級生物處理工藝的投資成本約為800萬元，而采用化學(xué)強(qiáng)化一級處理工藝，投資成本僅為350萬元左右，大幅減輕了小城鎮(zhèn)的資金壓力。運行成本上，二級生物處理廠能耗高，曝氣系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)等設(shè)備的運行需要消耗大量電能，同時還需要定期投加營養(yǎng)物質(zhì)等藥劑，以維持微生物的生長和代謝。強(qiáng)化一級處理則能耗較低，化學(xué)強(qiáng)化一級處理主要能耗在于絮凝劑的投加和攪拌設(shè)備的運行，生物強(qiáng)化一級處理能耗主要集中在微生物培養(yǎng)和污泥回流上，相較于二級生物處理，能源消耗明顯減少。在藥劑使用上，強(qiáng)化一級處理藥劑種類相對較少，投加量也可根據(jù)水質(zhì)情況靈活調(diào)整，運行成本得到有效控制。據(jù)統(tǒng)計，處理相同水量的污水，二級生物處理的運行成本約為0.8-1.2元/立方米，而強(qiáng)化一級處理的運行成本僅為0.3-0.6元/立方米。管理難度上，二級生物處理系統(tǒng)復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員對微生物的生長狀態(tài)、水質(zhì)變化等進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)控，對操作人員的技術(shù)水平和管理能力要求較高。一旦微生物生長環(huán)境發(fā)生變化，如水質(zhì)沖擊、溫度波動等，可能導(dǎo)致處理效果下降，甚至系統(tǒng)崩潰。強(qiáng)化一級處理操作管理相對簡單，化學(xué)強(qiáng)化一級處理主要關(guān)注絮凝劑的投加量和反應(yīng)條件，生物強(qiáng)化一級處理重點在于微生物的培養(yǎng)和維護(hù)，操作流程相對固定，易于掌握。對于技術(shù)人才匱乏的小城鎮(zhèn)來說，更易于運行管理。從對小城鎮(zhèn)的適用性來看，小城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)實力相對薄弱，難以承擔(dān)大規(guī)模的污水處理設(shè)施建設(shè)和運營費用，強(qiáng)化一級處理的低投資和低成本優(yōu)勢正好契合了小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)狀況。小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)、水量波動較大，強(qiáng)化一級處理工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，能夠適應(yīng)這種變化，保證處理效果的相對穩(wěn)定。例如，在旅游旺季小城鎮(zhèn)污水量大幅增加時，強(qiáng)化一級處理系統(tǒng)仍能保持較好的處理能力，不會出現(xiàn)處理效果大幅下降的情況。此外，強(qiáng)化一級處理工藝占地面積較小，對于土地資源相對緊張的小城鎮(zhèn)來說，能夠有效節(jié)約土地，降低建設(shè)成本。綜上所述，強(qiáng)化一級處理技術(shù)在投資、運行成本、管理難度等方面的優(yōu)勢，使其非常適合在小城鎮(zhèn)污水處理中推廣應(yīng)用。三、強(qiáng)化一級處理技術(shù)原理與方法3.1化學(xué)強(qiáng)化一級處理3.1.1原理與工藝流程化學(xué)強(qiáng)化一級處理，又稱強(qiáng)化絮凝技術(shù)，是在污水一級處理中，通過投加化學(xué)藥劑，促使污水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)以及部分溶解性污染物發(fā)生凝聚和絮凝反應(yīng)，形成較大的絮體顆粒，從而顯著提高沉淀分離效果。其核心原理基于化學(xué)藥劑的水解和聚合反應(yīng)，以及與污染物之間的相互作用。以硫酸鋁為例，當(dāng)硫酸鋁投入污水中后，會迅速水解生成氫氧化鋁膠體。其水解反應(yīng)式為：Al_2(SO_4)_3+6H_2O\rightleftharpoons2Al(OH)_3+3H_2SO_4。氫氧化鋁膠體帶有正電荷，而污水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)大多帶有負(fù)電荷。根據(jù)電荷異性相吸的原理，帶正電的氫氧化鋁膠體與帶負(fù)電的污染物顆粒相互吸引，發(fā)生電中和作用，使顆粒失去穩(wěn)定性。失去穩(wěn)定性的顆粒進(jìn)一步相互碰撞、聚集，形成較大的絮體，便于后續(xù)沉淀分離。對于高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺（PAM），其分子鏈很長，能夠吸附多個懸浮顆粒，通過分子鏈的架橋作用，將這些顆粒像“架橋”一樣連接在一起，加速絮體的形成和長大。典型的化學(xué)強(qiáng)化一級處理工藝流程如下：污水首先通過格柵，去除其中較大的漂浮物和懸浮物，如樹枝、塑料瓶等，以防止這些物質(zhì)對后續(xù)處理設(shè)備造成堵塞。然后進(jìn)入沉砂池，利用重力沉降原理，使污水中的砂粒等無機(jī)顆粒沉淀下來，減輕后續(xù)處理單元的負(fù)荷。經(jīng)過沉砂后的污水流入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池中，按照一定比例和順序投加絮凝劑和助凝劑。絮凝劑的投加方式有干式投加和濕式投加兩種。干式投加是將干藥劑輸送、粉碎、提升后計量投入混合池；濕式投加則是先將藥劑在溶解池溶解，配制成一定濃度的溶液，再通過定量控制設(shè)備將溶液輸送至投加設(shè)備，投入混合池。一般中小規(guī)模的混凝處理系統(tǒng)多采用濕式投加中計量泵投加方式，便于人工或自動調(diào)整投加量。投加藥劑后，通過機(jī)械攪拌或空氣攪拌，使藥劑與污水充分混合反應(yīng)。攪拌強(qiáng)度和時間需要嚴(yán)格控制，攪拌強(qiáng)度過大或時間過長，會破壞已形成的絮體結(jié)構(gòu)；攪拌強(qiáng)度過小或時間過短，則藥劑與污水混合不均勻，影響絮凝效果。反應(yīng)完成后，污水進(jìn)入沉淀池，在沉淀池中，絮體依靠重力作用沉淀至池底，實現(xiàn)固液分離。沉淀后的上清液達(dá)標(biāo)排放或進(jìn)入后續(xù)深度處理單元，而沉淀下來的污泥則進(jìn)行進(jìn)一步處理，如污泥脫水、污泥處置等。3.1.2常用藥劑及作用在化學(xué)強(qiáng)化一級處理中，常用的藥劑主要包括混凝劑和助凝劑。混凝劑是促使污水中污染物凝聚和絮凝的關(guān)鍵藥劑，常見的混凝劑有無機(jī)混凝劑和有機(jī)混凝劑。無機(jī)混凝劑中，鋁鹽是常用的一類。硫酸鋁是典型的鋁鹽混凝劑，其有效成分在水中水解后生成氫氧化鋁膠體，能起到凝聚和絮凝作用。在處理低濁度和中濁度的污水時效果較好，價格相對較低，使用方便。其作用原理如前文所述，通過水解產(chǎn)生帶正電荷的氫氧化鋁膠體，與污水中帶負(fù)電荷的懸浮顆粒相互吸引，實現(xiàn)電中和與絮凝沉淀。鐵鹽也是重要的無機(jī)混凝劑，如三氯化鐵。三氯化鐵的混凝效果受溫度的影響較小，與鋁鹽相比，它能形成更密實的絮體，沉淀速度更快。其水解反應(yīng)為FeCl_3+3H_2O\rightleftharpoonsFe(OH)_3+3HCl，生成的氫氧化鐵膠體可以吸附污水中的懸浮顆粒。聚合氯化鋁（PAC）是一種新型無機(jī)高分子混凝劑，它是介于AlCl_3和Al(OH)_3之間的一種水溶性無機(jī)高分子聚合物，化學(xué)通式為[Al_2(OH)_nCl_{6-n}]_m。PAC具有混凝效果好、用量少、效率高、適用范圍廣等優(yōu)點，在不同水質(zhì)條件下都能表現(xiàn)出較好的混凝性能。它能快速水解并聚合，形成多種多核配合物，這些配合物對污水中的污染物具有很強(qiáng)的吸附和電中和能力，能有效促進(jìn)絮凝沉淀。有機(jī)混凝劑中，陽離子型有機(jī)高分子混凝劑應(yīng)用較為廣泛，如陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）。CPAM的分子鏈上帶有正電荷基團(tuán)，對污水中帶負(fù)電荷的懸浮顆粒有很強(qiáng)的吸附作用。它的優(yōu)點是用量少、絮凝速度快、受共存鹽類和pH值的影響較小。在處理印染廢水、造紙廢水等含有大量有機(jī)懸浮物的污水中應(yīng)用廣泛。陰離子型有機(jī)高分子混凝劑，例如部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），在堿性條件下可以發(fā)揮較好的絮凝作用，適用于處理含有較多陽離子雜質(zhì)的污水，如礦業(yè)廢水等。助凝劑本身一般不具有或只有較弱的混凝能力，但能與混凝劑配合使用，提高混凝效果。常見的助凝劑有聚丙烯酰胺（PAM），它在作為助凝劑使用時，主要通過其長分子鏈的架橋作用，使已經(jīng)初步聚集的小絮體連接成更大的絮體，加速沉淀過程。此外，活化硅酸也是一種常用的助凝劑，它具有較強(qiáng)的吸附活性，能增強(qiáng)絮體的強(qiáng)度和沉降性能。在低溫、低濁度污水的處理中，活化硅酸能有效改善混凝效果，提高沉淀效率。3.1.3影響因素分析化學(xué)強(qiáng)化一級處理的效果受到多種因素的影響，深入了解這些因素對于優(yōu)化處理工藝、提高處理效果至關(guān)重要。pH值是一個關(guān)鍵影響因素。不同的混凝劑在不同的pH值范圍內(nèi)具有最佳的混凝效果。鋁鹽混凝劑，如硫酸鋁，在pH值為6.5-7.5的范圍內(nèi)混凝效果較好。當(dāng)pH值過低時，水解反應(yīng)受到抑制，難以形成有效的氫氧化鋁膠體；pH值過高時，氫氧化鋁膠體可能會溶解，生成偏鋁酸鹽，從而降低混凝效果。鐵鹽混凝劑在pH值為4-10的范圍內(nèi)都能有一定的混凝作用，但在不同pH值下形成的絮體性質(zhì)有所不同。在酸性條件下，鐵鹽的水解速度較快，但形成的絮體相對較??；在堿性條件下，絮體結(jié)構(gòu)較為緊密，但可能會出現(xiàn)沉淀速度變慢的情況。因此，在實際應(yīng)用中，往往需要根據(jù)污水的初始pH值和所選用的混凝劑，通過投加酸堿調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)污水的pH值，以達(dá)到最佳的混凝效果。溫度對化學(xué)強(qiáng)化一級處理也有顯著影響。一方面，溫度影響混凝劑的水解速度。在一定范圍內(nèi)，溫度升高，水解反應(yīng)速度加快，有利于混凝劑快速水解生成有效成分，從而提高混凝效果。例如，在冬季水溫較低時，硫酸鋁的水解速度明顯變慢，混凝效果變差，可能需要增加藥劑投加量或延長反應(yīng)時間來保證處理效果。另一方面，溫度還影響水的粘度和顆粒的布朗運動。溫度降低，水的粘度增大，顆粒的布朗運動減弱，顆粒間的碰撞機(jī)會減少，不利于絮凝體的形成和長大。一般來說，水溫在20-30℃時，化學(xué)強(qiáng)化一級處理效果較為理想，當(dāng)水溫低于10℃時，處理效果會受到較大影響。藥劑投加量直接關(guān)系到處理效果和成本。投加量不足時，污水中的污染物無法充分凝聚和絮凝，導(dǎo)致處理效果不佳，污水中的懸浮顆粒不能有效去除，出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。然而，投加量過多不僅會造成藥劑的浪費，增加處理成本，還可能導(dǎo)致水質(zhì)二次污染。例如，過量投加鋁鹽混凝劑，可能會使處理后水中的鋁離子超標(biāo)，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成潛在危害。因此，在實際運行中，需要通過燒杯試驗等方法初步確定藥劑的最佳投加量，并根據(jù)實際水質(zhì)水量變化進(jìn)行實時調(diào)整。此外，水力條件也是影響化學(xué)強(qiáng)化一級處理效果的重要因素。在絮凝反應(yīng)池中，攪拌強(qiáng)度和時間對絮凝效果有很大影響。攪拌強(qiáng)度過大，會使已經(jīng)形成的絮體被打碎，無法形成較大的沉淀顆粒；攪拌強(qiáng)度過小，則藥劑與污水混合不均勻，反應(yīng)不充分。攪拌時間過短，藥劑與污染物的反應(yīng)不完全；攪拌時間過長，不僅浪費能源，還可能導(dǎo)致絮體結(jié)構(gòu)被破壞。一般來說，在絮凝反應(yīng)初期，需要較強(qiáng)的攪拌強(qiáng)度，使藥劑迅速均勻地分散在污水中；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸降低攪拌強(qiáng)度，以促進(jìn)絮體的生長和聚集。在沉淀池中，水力停留時間和水流速度也需要合理控制。水力停留時間過短，絮體來不及沉淀就隨水流流出，影響出水水質(zhì)；水力停留時間過長，則會增加處理設(shè)施的占地面積和投資成本。水流速度過大，會干擾沉淀過程，使沉淀效果變差；水流速度過小，又會影響處理效率。因此，需要根據(jù)污水的性質(zhì)和處理要求，優(yōu)化水力條件，確保化學(xué)強(qiáng)化一級處理系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。3.2生物強(qiáng)化一級處理3.2.1生物絮凝吸附原理生物絮凝吸附是利用微生物及其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，如生物絮凝劑，對污水中的污染物進(jìn)行吸附和絮凝，從而實現(xiàn)凈化污水的過程。其原理基于微生物的特殊生理特性和代謝活動。微生物細(xì)胞表面通常帶有電荷，這使得它們能夠與污水中的污染物顆粒發(fā)生相互作用。以活性污泥中的微生物為例，許多細(xì)菌細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷，而污水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)大多也帶有負(fù)電荷。但微生物細(xì)胞表面存在一些特殊的官能團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，這些官能團(tuán)可以通過氫鍵、離子鍵等方式與污染物顆粒結(jié)合。當(dāng)微生物與污染物顆粒接觸時，首先發(fā)生物理吸附，即通過分子間的范德華力、靜電引力等將污染物吸附到微生物細(xì)胞表面。在這個過程中，微生物細(xì)胞表面的電荷和官能團(tuán)起到關(guān)鍵作用，它們能夠調(diào)節(jié)微生物與污染物之間的相互作用力。例如，當(dāng)污水中存在帶正電荷的金屬離子時，這些金屬離子可以作為橋梁，連接微生物細(xì)胞和帶負(fù)電荷的污染物顆粒，增強(qiáng)吸附效果。隨著時間的推移，微生物會利用吸附在細(xì)胞表面的污染物進(jìn)行代謝活動，這一過程稱為生物代謝吸附。微生物通過分泌胞外酶，將大分子有機(jī)物分解為小分子物質(zhì)，然后吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，通過呼吸作用將其氧化分解，釋放出能量供自身生長和繁殖。在這個過程中，微生物不僅去除了污水中的有機(jī)物，還利用其中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成自身的細(xì)胞物質(zhì)。例如，異養(yǎng)型微生物在有氧條件下，將污水中的有機(jī)物（以葡萄糖為例）氧化分解，其代謝反應(yīng)式為：C_6H_{12}O_6+6O_2\longrightarrow6CO_2+6H_2O+能量。同時，微生物在生長代謝過程中會分泌生物絮凝劑。生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝活性的高分子物質(zhì)，主要成分包括糖蛋白、黏多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等。這些高分子物質(zhì)具有長鏈結(jié)構(gòu)，能夠在污水中發(fā)揮吸附架橋作用。它們的分子鏈上含有多個活性基團(tuán)，如氨基（-NH2）、羧基等，這些基團(tuán)可以與多個懸浮顆粒結(jié)合，將它們連接起來，形成較大的絮體結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)生物絮凝劑分子與污水中的懸浮顆粒接觸時，其分子鏈上的活性基團(tuán)會與懸浮顆粒表面的電荷或官能團(tuán)相互作用，通過吸附作用將多個懸浮顆粒連接在一起，就像架橋一樣，逐漸形成大的絮體。隨著絮體的不斷增大，其在重力作用下沉淀，從而實現(xiàn)固液分離，達(dá)到凈化污水的目的。3.2.2微生物絮凝劑應(yīng)用微生物絮凝劑作為一種新型的水處理劑，具有諸多獨特的特點。首先，它具有高效的絮凝活性。大量研究和實際應(yīng)用表明，微生物絮凝劑對多種污水，如印染廢水、造紙廢水、市政污水等，都能表現(xiàn)出良好的絮凝效果。在處理印染廢水時，微生物絮凝劑能夠有效地去除廢水中的染料顆粒，使出水的色度明顯降低。其次，微生物絮凝劑的絮凝范圍廣泛。它可以處理不同類型的水體，無論是高濁度的工業(yè)廢水，還是低濁度的生活污水，都能發(fā)揮較好的絮凝作用。其作用條件相對粗放，大多不受離子強(qiáng)度、pH值及溫度的嚴(yán)格限制。在一定的pH值范圍內(nèi)（如pH值為4-10）和較寬的溫度范圍（如10-40℃）內(nèi)，微生物絮凝劑都能保持較好的絮凝性能。這使得它在不同水質(zhì)和環(huán)境條件下都具有較高的適用性。微生物絮凝劑還具有很高的安全性，它無毒，對環(huán)境和人體無害。而且具有生物可分解性，不會造成二次污染，符合當(dāng)今環(huán)保理念的要求。在小城鎮(zhèn)污水中的應(yīng)用前景方面，微生物絮凝劑具有很大的潛力。小城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)和水量波動較大，微生物絮凝劑的廣泛適用性和良好的抗沖擊負(fù)荷能力，使其能夠適應(yīng)這種變化。在旅游旺季小城鎮(zhèn)污水量大幅增加時，微生物絮凝劑仍能保持較好的絮凝效果，有效去除污水中的污染物。同時，微生物絮凝劑的環(huán)保特性也符合小城鎮(zhèn)對環(huán)境保護(hù)的需求，能夠減少污水處理過程對環(huán)境的負(fù)面影響。然而，微生物絮凝劑在應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。目前，微生物絮凝劑的生產(chǎn)成本相對較高。其生產(chǎn)過程涉及微生物的發(fā)酵培養(yǎng)、浸取、精制等多個環(huán)節(jié)，技術(shù)要求較高，且產(chǎn)量有限，導(dǎo)致成本居高不下。這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。微生物絮凝劑的性能穩(wěn)定性還有待提高。不同批次生產(chǎn)的微生物絮凝劑，其絮凝活性可能存在差異，這給實際應(yīng)用帶來了不便。此外，微生物絮凝劑的作用機(jī)理尚未完全明確，雖然存在吸附架橋、電性中和等多種假說，但具體的作用機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究。這也影響了其在實際應(yīng)用中的優(yōu)化和改進(jìn)。因此，為了推動微生物絮凝劑在小城鎮(zhèn)污水中的廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)一步研究降低生產(chǎn)成本的方法，提高其性能穩(wěn)定性，并深入探究其作用機(jī)理。3.2.3生物強(qiáng)化工藝參數(shù)生物強(qiáng)化一級處理工藝中，污泥回流比是一個關(guān)鍵參數(shù)，對處理效果有著重要影響。污泥回流比是指回流污泥量與進(jìn)入處理系統(tǒng)的污水量之比。當(dāng)污泥回流比過低時，反應(yīng)池中有效的微生物量不足，導(dǎo)致對污水中污染物的吸附和分解能力下降。污水中的有機(jī)物不能被充分去除，出水的COD、BOD5等指標(biāo)會升高，處理效果不佳。例如，在一些生物強(qiáng)化處理系統(tǒng)中，當(dāng)污泥回流比為20%時，出水的COD去除率僅為40%左右。隨著污泥回流比的增加，反應(yīng)池中微生物濃度增大，微生物與污染物的接觸機(jī)會增多，能夠更有效地吸附和分解污染物。當(dāng)污泥回流比提高到50%時，COD去除率可達(dá)到60%-70%。但污泥回流比過高也會帶來問題，會增加能耗和運行成本，因為需要消耗更多的能量來實現(xiàn)污泥的回流。過高的污泥回流比可能導(dǎo)致反應(yīng)池中污泥濃度過高，影響微生物的活性和沉降性能，使處理效果反而下降。因此，在實際運行中，需要根據(jù)污水的水質(zhì)和水量，通過實驗確定最佳的污泥回流比。曝氣時間也是影響生物強(qiáng)化一級處理效果的重要因素。曝氣的作用是為微生物提供充足的氧氣，維持其好氧代謝活動。如果曝氣時間過短，微生物得不到足夠的氧氣，其代謝活動會受到抑制，對有機(jī)物的分解能力降低。污水中的有機(jī)物不能被完全氧化分解，出水的COD、BOD5等指標(biāo)會升高。在處理生活污水時，若曝氣時間僅為1小時，出水的BOD5去除率可能只有30%-40%。隨著曝氣時間的延長，微生物有更多的時間利用氧氣進(jìn)行代謝活動，對有機(jī)物的分解更加充分。當(dāng)曝氣時間延長到3小時時，BOD5去除率可提高到70%-80%。然而，曝氣時間過長也并非有益。一方面，會增加能耗，提高運行成本。另一方面，過長的曝氣時間可能導(dǎo)致微生物過度代謝，使微生物細(xì)胞老化，活性降低，同樣會影響處理效果。此外，曝氣時間過長還可能導(dǎo)致污泥膨脹，使污泥的沉降性能變差，影響固液分離效果。所以，合理控制曝氣時間對于生物強(qiáng)化一級處理工藝的高效運行至關(guān)重要，需要根據(jù)污水的性質(zhì)和處理要求進(jìn)行優(yōu)化。3.3化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理3.3.1協(xié)同作用機(jī)制化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理中，化學(xué)藥劑與生物絮凝存在著復(fù)雜而緊密的協(xié)同作用機(jī)制，共同實現(xiàn)對污水中污染物的高效去除。在這個過程中，化學(xué)藥劑首先發(fā)揮其快速的凝聚和絮凝作用。以聚合氯化鋁（PAC）為例，它在污水中迅速水解，產(chǎn)生一系列多核羥基絡(luò)合物，這些絡(luò)合物帶有大量正電荷。根據(jù)電荷異性相吸原理，它們能夠與污水中帶負(fù)電荷的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)發(fā)生電中和作用，使這些顆粒失去穩(wěn)定性，相互碰撞聚集形成較小的絮體。這一過程大大加快了污染物的初步聚集速度，為后續(xù)生物絮凝創(chuàng)造了有利條件。同時，化學(xué)藥劑的水解產(chǎn)物還可以改變污水中污染物的表面性質(zhì)，使其更易于被微生物吸附。例如，水解產(chǎn)生的金屬氫氧化物膠體能夠吸附在污染物表面，增加其表面的粗糙度和活性位點，從而提高微生物與污染物的結(jié)合能力。微生物及其產(chǎn)生的生物絮凝劑則在后續(xù)階段發(fā)揮關(guān)鍵作用。微生物通過其表面的特殊官能團(tuán)，如羥基、羧基等，與初步形成的化學(xué)絮體發(fā)生吸附作用。這種吸附不僅是物理上的結(jié)合，還涉及到微生物的代謝活動。微生物利用吸附在其表面的污染物進(jìn)行代謝，將其分解為小分子物質(zhì)，為自身生長提供能量和營養(yǎng)。在這個過程中，微生物分泌的生物絮凝劑進(jìn)一步發(fā)揮作用。生物絮凝劑是一類高分子物質(zhì)，具有長鏈結(jié)構(gòu)和大量活性基團(tuán)。它能夠在化學(xué)絮體之間架橋，將多個小絮體連接成更大的、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的絮體。例如，生物絮凝劑分子鏈上的氨基、羧基等基團(tuán)可以與化學(xué)絮體表面的電荷或官能團(tuán)相互作用，通過吸附架橋作用將不同的化學(xué)絮體連接起來，形成大的絮體結(jié)構(gòu)。隨著絮體的不斷增大，其沉降性能顯著提高，在重力作用下迅速沉淀，實現(xiàn)固液分離，從而高效去除污水中的污染物。此外，微生物的代謝活動還可以對化學(xué)藥劑的作用產(chǎn)生影響。微生物在生長過程中會消耗污水中的溶解氧，改變水體的氧化還原電位，這可能會影響化學(xué)藥劑的水解和絮凝反應(yīng)。同時，微生物代謝產(chǎn)生的一些物質(zhì)，如多糖、蛋白質(zhì)等，也可能與化學(xué)藥劑發(fā)生相互作用，進(jìn)一步促進(jìn)絮凝效果的提升。3.3.2工藝組合方式常見的化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理工藝組合方式有多種，每種方式都有其獨特的特點和適用場景。一種常見的組合方式是先化學(xué)絮凝后生物絮凝。在這種方式中，污水首先進(jìn)入化學(xué)絮凝反應(yīng)池，在池中按照一定比例投加化學(xué)絮凝劑，如聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。通過快速攪拌，使藥劑與污水充分混合，發(fā)生絮凝反應(yīng)，形成較大的化學(xué)絮體。這一階段主要利用化學(xué)藥劑的電中和、吸附架橋等作用，快速去除污水中的懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)。經(jīng)過化學(xué)絮凝的污水隨后流入生物絮凝反應(yīng)池，池中含有經(jīng)過培養(yǎng)和馴化的微生物。微生物利用其表面的吸附位點和分泌的生物絮凝劑，對化學(xué)絮體進(jìn)行進(jìn)一步的吸附和聚集。微生物通過代謝活動分解污水中的有機(jī)物，同時將化學(xué)絮體與自身結(jié)合，形成更大、更密實的絮體。這種組合方式的優(yōu)點是化學(xué)絮凝能夠快速降低污水中污染物的濃度，減輕生物處理單元的負(fù)荷，生物絮凝則可以進(jìn)一步提高處理效果，去除殘留的污染物。缺點是需要設(shè)置兩個獨立的反應(yīng)池，占地面積相對較大，且化學(xué)藥劑的投加量需要精確控制，否則可能會對微生物的生長和代謝產(chǎn)生抑制作用。另一種組合方式是生物絮凝與化學(xué)絮凝同步進(jìn)行。在這種工藝中，化學(xué)藥劑和微生物同時投加到一個反應(yīng)池中。通過特殊的攪拌方式和反應(yīng)條件控制，使化學(xué)藥劑的絮凝作用和微生物的絮凝吸附作用同時發(fā)生。例如，在反應(yīng)池中先投加適量的微生物菌液，然后緩慢加入化學(xué)絮凝劑。在攪拌過程中，化學(xué)藥劑迅速水解產(chǎn)生絮凝作用，微生物也開始利用污水中的污染物進(jìn)行代謝活動，并分泌生物絮凝劑?；瘜W(xué)絮體和生物絮體在同一反應(yīng)體系中相互作用、共同生長。這種組合方式的優(yōu)點是反應(yīng)流程簡單，占地面積小，能夠充分發(fā)揮化學(xué)藥劑和微生物的協(xié)同作用，提高處理效率。然而，同步反應(yīng)對反應(yīng)條件的控制要求較高，如攪拌強(qiáng)度、反應(yīng)時間、藥劑投加順序等，操作難度較大。如果控制不當(dāng)，可能會導(dǎo)致化學(xué)藥劑和微生物之間的相互干擾，影響處理效果。還有一種是先生物絮凝后化學(xué)絮凝的組合方式。污水先進(jìn)入生物絮凝反應(yīng)池，微生物在其中對污水中的污染物進(jìn)行吸附和初步分解。微生物利用自身的代謝活動，將部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身的細(xì)胞物質(zhì)，同時分泌生物絮凝劑，使污水中的污染物聚集形成生物絮體。經(jīng)過生物絮凝的污水再進(jìn)入化學(xué)絮凝反應(yīng)池，投加化學(xué)絮凝劑，對生物絮體進(jìn)行進(jìn)一步的強(qiáng)化絮凝?；瘜W(xué)藥劑可以使生物絮體進(jìn)一步聚集長大，提高沉淀效果。這種組合方式的優(yōu)點是生物處理在前，能夠充分利用微生物的自然絮凝和分解能力，減少化學(xué)藥劑的使用量，降低處理成本。同時，化學(xué)絮凝可以對生物處理后的污水進(jìn)行深度處理，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。缺點是生物處理對水質(zhì)和環(huán)境條件較為敏感，如果污水水質(zhì)波動較大，可能會影響生物絮凝效果，進(jìn)而影響后續(xù)化學(xué)絮凝的處理效果。3.3.3優(yōu)勢與應(yīng)用場景化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理具有諸多顯著優(yōu)勢，使其在小城鎮(zhèn)污水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。在處理效率方面，該聯(lián)合處理方式充分發(fā)揮了化學(xué)強(qiáng)化和生物強(qiáng)化的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對污水中多種污染物的高效去除。化學(xué)藥劑的快速絮凝作用能夠迅速去除污水中的懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)，使污水的濁度和SS大幅降低。而微生物的代謝和絮凝吸附作用則對有機(jī)物、氮、磷等污染物具有良好的去除效果。通過兩者的協(xié)同作用，對COD的去除率可達(dá)70%-80%，對BOD5的去除率能達(dá)到75%-85%，對氨氮和總磷的去除率也有顯著提高。在某小城鎮(zhèn)污水處理實驗中，采用化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理工藝，進(jìn)水COD為400mg/L，出水COD降至80mg/L以下，去除率達(dá)到80%以上，處理效果明顯優(yōu)于單一的化學(xué)強(qiáng)化或生物強(qiáng)化處理。成本方面，雖然化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理需要投加化學(xué)藥劑和培養(yǎng)微生物，但通過合理控制工藝參數(shù)和藥劑投加量，可以在保證處理效果的前提下，減少化學(xué)藥劑的使用量，降低運行成本。與傳統(tǒng)二級生物處理相比，該聯(lián)合處理工藝無需建設(shè)復(fù)雜的生物處理單元，設(shè)備投資和土建成本大幅降低。同時，由于處理效率高，能夠減少處理時間和能耗，進(jìn)一步降低運行成本。據(jù)估算，采用化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理工藝，投資成本可比二級生物處理降低30%-40%，運行成本降低20%-30%。從抗沖擊負(fù)荷能力來看，化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)、水量波動較大，該聯(lián)合處理工藝中的化學(xué)強(qiáng)化部分能夠在水質(zhì)沖擊時迅速發(fā)揮作用，通過投加適量的化學(xué)藥劑，穩(wěn)定處理效果。生物強(qiáng)化部分則可以通過微生物的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，在一定程度上應(yīng)對水質(zhì)和水量的變化。在旅游旺季小城鎮(zhèn)污水量大幅增加時，聯(lián)合處理工藝能夠通過調(diào)整化學(xué)藥劑投加量和微生物的代謝活性，保證處理效果的相對穩(wěn)定，不會出現(xiàn)處理效果大幅下降的情況?；谶@些優(yōu)勢，化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理適用于多種場景。對于經(jīng)濟(jì)實力相對薄弱，難以承擔(dān)大規(guī)模污水處理設(shè)施建設(shè)和運營費用的小城鎮(zhèn)來說，該工藝的低投資和低成本優(yōu)勢使其成為理想選擇。在污水水質(zhì)復(fù)雜，含有多種污染物，且對處理效果要求較高的小城鎮(zhèn)，化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理能夠充分發(fā)揮其協(xié)同作用，實現(xiàn)對多種污染物的高效去除，滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在一些工業(yè)廢水與生活污水混合排放的小城鎮(zhèn)，該聯(lián)合處理工藝可以通過化學(xué)藥劑對工業(yè)廢水中的重金屬、難降解有機(jī)物等進(jìn)行初步處理，再利用微生物對生活污水中的有機(jī)物和氮磷進(jìn)行去除，達(dá)到良好的處理效果。四、小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理試驗研究設(shè)計4.1試驗?zāi)康呐c方案本試驗旨在深入研究小城鎮(zhèn)污水強(qiáng)化一級處理技術(shù)，通過系統(tǒng)的實驗探究，優(yōu)化處理工藝，確定最佳的處理參數(shù)，為實際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。具體而言，通過對比不同強(qiáng)化一級處理方法（化學(xué)強(qiáng)化一級處理、生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理、化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理）對小城鎮(zhèn)污水中各類污染物的去除效果，分析各處理方法的優(yōu)勢與局限性，篩選出最適合小城鎮(zhèn)污水特點的處理方法。精準(zhǔn)確定所選處理方法的關(guān)鍵工藝參數(shù)，如化學(xué)強(qiáng)化一級處理中絮凝劑的最佳投加量、投加方式和反應(yīng)時間；生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理中微生物的培養(yǎng)條件、污泥回流比和曝氣時間等；化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理中化學(xué)藥劑與生物處理的最佳組合方式和運行條件等。利用多種指標(biāo)全面評估強(qiáng)化一級處理技術(shù)的處理效果，包括對化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、總氮（TN）等污染物的去除率，以及出水的濁度、pH值等水質(zhì)指標(biāo)。同時，分析處理前后污水中污染物的形態(tài)和分布變化，評估處理技術(shù)對不同類型污染物的去除能力。對強(qiáng)化一級處理技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，綜合考慮投資成本（設(shè)備購置、安裝調(diào)試、土建工程等費用）、運行成本（藥劑消耗、能源消耗、設(shè)備維護(hù)、人員工資等費用）和環(huán)境效益（污染物減排量、對水體生態(tài)環(huán)境的改善等）。通過與傳統(tǒng)二級生物處理技術(shù)進(jìn)行對比，明確強(qiáng)化一級處理技術(shù)在小城鎮(zhèn)污水處理中的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)境效益，為技術(shù)的推廣應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)依據(jù)。整體試驗方案如下：以實際小城鎮(zhèn)污水為研究對象，搭建小型實驗裝置，模擬強(qiáng)化一級處理過程。針對化學(xué)強(qiáng)化一級處理，設(shè)置不同絮凝劑（如聚合氯化鋁PAC、聚丙烯酰胺PAM等）及其復(fù)配的實驗組，改變絮凝劑的投加量（如PAC投加量設(shè)為5mg/L、10mg/L、15mg/L等，PAM投加量設(shè)為0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L等）、投加方式（同時投加、先后投加等）和反應(yīng)時間（5min、10min、15min等），研究其對污染物去除效果的影響。在生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理實驗中，通過控制微生物的培養(yǎng)條件（如溫度設(shè)為25℃、30℃、35℃，pH值設(shè)為6、7、8等），調(diào)整污泥回流比（30%、50%、70%等）和曝氣時間（1h、2h、3h等），探究最佳工藝參數(shù)。對于化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理，設(shè)計先化學(xué)絮凝后生物絮凝、生物絮凝與化學(xué)絮凝同步進(jìn)行、先生物絮凝后化學(xué)絮凝等不同組合方式的實驗組，確定最佳的組合工藝和運行條件。實驗過程中，定期采集水樣，利用化學(xué)分析方法（如重鉻酸鉀法測定COD、納氏試劑分光光度法測定氨氮等）和儀器分析方法（如濁度儀測定濁度、pH計測定pH值等）對水樣進(jìn)行檢測分析，獲取實驗數(shù)據(jù)。同時，記錄實驗過程中的藥劑消耗、能源消耗等數(shù)據(jù)，為技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提供依據(jù)。4.2試驗材料與設(shè)備試驗水樣取自[具體小城鎮(zhèn)名稱]的污水處理廠進(jìn)水口，該小城鎮(zhèn)污水主要來源于居民生活污水和少量工業(yè)廢水。水樣采集后，立即用聚乙烯塑料桶密封保存，并迅速運回實驗室，置于4℃冰箱中冷藏，以防止水樣中微生物的生長和代謝活動對水質(zhì)產(chǎn)生影響。水樣在采集后的24小時內(nèi)進(jìn)行試驗，確保水質(zhì)的穩(wěn)定性和代表性。主要儀器設(shè)備如下：混凝試驗攪拌器：型號為[具體型號]，由[生產(chǎn)廠家]生產(chǎn)。該攪拌器具備多個攪拌槳葉，可實現(xiàn)不同的攪拌速度和攪拌模式，能夠滿足化學(xué)強(qiáng)化一級處理中絮凝劑與污水混合反應(yīng)的需求。通過調(diào)節(jié)攪拌速度和時間，可研究不同水力條件對絮凝效果的影響。電子天平：精度為0.0001g，型號為[具體型號]，[生產(chǎn)廠家]制造。用于準(zhǔn)確稱量絮凝劑、微生物菌劑等化學(xué)試劑和生物制劑的質(zhì)量，確保試驗中藥劑投加量的準(zhǔn)確性。在研究不同絮凝劑投加量對處理效果的影響時，電子天平的高精度稱量是保證試驗數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵。pH計：型號為[具體型號]，具有高精度的pH測量電極，可測量范圍為0-14，精度可達(dá)±0.01。由[生產(chǎn)廠家]生產(chǎn)，用于測量水樣的pH值，在化學(xué)強(qiáng)化一級處理中，pH值對絮凝劑的水解和絮凝效果有重要影響，通過pH計準(zhǔn)確測量和調(diào)節(jié)水樣pH值，有助于探究最佳的處理條件。濁度儀：型號為[具體型號]，采用散射光原理，可快速準(zhǔn)確地測量水樣的濁度，測量范圍為0-1000NTU。由[生產(chǎn)廠家]制造，用于檢測處理前后水樣的濁度變化，評估強(qiáng)化一級處理對污水中懸浮顆粒的去除效果。濁度的降低是衡量處理效果的重要指標(biāo)之一。分光光度計：型號為[具體型號]，可在紫外-可見光范圍內(nèi)進(jìn)行波長掃描和吸光度測量。由[生產(chǎn)廠家]生產(chǎn)，用于測定水樣中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）等污染物的濃度。通過特定的顯色反應(yīng)，將污染物轉(zhuǎn)化為有顏色的化合物，利用分光光度計測量其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算污染物濃度。溶解氧測定儀：型號為[具體型號]，配備高精度的溶解氧電極，可實時測量水樣中的溶解氧含量，測量范圍為0-20mg/L，精度為±0.1mg/L。由[生產(chǎn)廠家]制造，在生物強(qiáng)化一級處理中，溶解氧是微生物生長和代謝的重要條件，通過溶解氧測定儀監(jiān)測反應(yīng)體系中的溶解氧濃度，可優(yōu)化曝氣時間和曝氣量等工藝參數(shù)。恒溫培養(yǎng)箱：型號為[具體型號]，可精確控制溫度，溫度范圍為5-60℃，精度可達(dá)±0.5℃。由[生產(chǎn)廠家]生產(chǎn)，用于微生物的培養(yǎng)和馴化，為微生物提供適宜的生長環(huán)境。在生物絮凝吸附強(qiáng)化一級處理實驗中，恒溫培養(yǎng)箱保證了微生物培養(yǎng)條件的穩(wěn)定性。離心機(jī)：型號為[具體型號]，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min，具有不同規(guī)格的離心管轉(zhuǎn)子。由[生產(chǎn)廠家]制造，用于分離水樣中的固體和液體，在污泥性質(zhì)分析和微生物絮凝劑的提取等實驗中發(fā)揮重要作用。通過離心操作，可快速實現(xiàn)固液分離，便于后續(xù)的分析檢測。4.3試驗方法與步驟4.3.1化學(xué)強(qiáng)化一級處理試驗藥劑投加：在5個250mL的燒杯中分別加入100mL取自小城鎮(zhèn)的污水水樣。利用電子天平準(zhǔn)確稱取不同質(zhì)量的聚合氯化鋁（PAC），使其在污水中的投加量分別為5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg。將稱取好的PAC分別加入到5個燒杯中。再稱取適量的聚丙烯酰胺（PAM），使其投加量固定為0.1mg/L，依次加入上述5個燒杯中。投加順序為先加入PAC，快速攪拌1min，使PAC與污水充分混合，再加入PAM，繼續(xù)攪拌1min。之所以先加PAC，是因為PAC水解產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物能快速與污水中的懸浮顆粒發(fā)生電中和作用，使顆粒脫穩(wěn)，此時加入PAM，其長分子鏈能夠更好地發(fā)揮架橋作用，將脫穩(wěn)的顆粒連接成大的絮體。攪拌條件：使用混凝試驗攪拌器，設(shè)置攪拌程序。先以200r/min的速度快速攪拌2min，目的是使藥劑迅速均勻地分散在污水中，促進(jìn)藥劑與污染物的快速反應(yīng)。隨后以50r/min的速度慢速攪拌10min，這一階段主要是促進(jìn)絮體的生長和聚集，形成更大的絮體結(jié)構(gòu)?？焖贁嚢钑r，水流產(chǎn)生的剪切力能使藥劑迅速擴(kuò)散，與污水充分接觸；慢速攪拌則為絮體的生長提供了適宜的環(huán)境，避免快速攪拌產(chǎn)生的剪切力破壞絮體。沉淀與檢測：攪拌完成后，將燒杯靜置沉淀30min，使絮體在重力作用下充分沉淀。沉淀結(jié)束后，用移液管小心吸取上清液，避免擾動沉淀的絮體。采用重鉻酸鉀法測定上清液中的化學(xué)需氧量（COD），具體步驟為：取適量上清液置于250ml磨口的回流錐形瓶中，準(zhǔn)確加入10.00mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液及數(shù)粒小玻璃珠或沸石，連接磨口的回流冷凝管，從冷凝管上口慢慢地加入30mL硫酸-硫酸銀溶液，輕輕搖動錐形瓶使溶液混勻，加熱回流2h（自開始沸騰時計時）。冷卻后，用90mL水沖洗冷凝管壁，取下錐形瓶。溶液再度冷卻后，加3滴試亞鐵靈指示液，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點，記錄硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，根據(jù)公式計算COD值。用濁度儀測定上清液的濁度，直接將上清液倒入濁度儀的樣品池中，按照濁度儀的操作步驟進(jìn)行測量，記錄濁度值。通過分析不同PAC投加量下上清液的COD和濁度變化，確定最佳的PAC投加量。4.3.2生物強(qiáng)化一級處理試驗微生物培養(yǎng)與馴化：從污水處理廠的曝氣池中采集活性污泥，將其置于500mL的燒杯中，加入300mL取自小城鎮(zhèn)的污水水樣。將燒杯放入恒溫培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度為30℃，pH值調(diào)節(jié)至7，利用溶解氧測定儀監(jiān)測溶解氧含量，通過曝氣裝置使溶解氧保持在2-3mg/L。定期向燒杯中補(bǔ)充污水水樣和營養(yǎng)物質(zhì)（如葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀等，按照C:N:P=100:5:1的比例添加），培養(yǎng)馴化7天，使微生物適應(yīng)小城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)條件。在培養(yǎng)馴化過程中，微生物會逐漸適應(yīng)污水中的污染物，其代謝活性會不斷提高，能夠更有效地去除污水中的污染物。試驗操作：取5個250mL的燒杯，各加入100mL上述培養(yǎng)馴化后的活性污泥混合液。向其中4個燒杯中分別加入100mL新鮮的小城鎮(zhèn)污水水樣，另一個作為空白對照。通過控制污泥回流裝置，調(diào)整4個試驗燒杯中的污泥回流比分別為30%、50%、70%、90%。開啟曝氣裝置，設(shè)置不同的曝氣時間，分別為1h、2h、3h、4h，利用溶解氧測定儀實時監(jiān)測溶解氧含量，確保溶解氧在2-3mg/L。在曝氣過程中，微生物利用污水中的有機(jī)物進(jìn)行代謝活動，同時分泌生物絮凝劑，使污水中的污染物聚集形成絮體。檢測分析：曝氣結(jié)束后，將燒杯靜置沉淀30min，使污泥和絮體沉淀。用移液管吸取上清液，采用稀釋接種法測定生化需氧量（BOD5）。具體操作是：先將水樣稀釋至合適的倍數(shù)，然后接種適量的微生物，將水樣置于20℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5天，測量培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的差值，根據(jù)公式計算BOD5值。用納氏試劑分光光度法測定氨氮含量，將上清液加入到比色管中，依次加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑，搖勻后靜置10min，在波長420nm處，用分光光度計測量吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算氨氮含量。分析不同污泥回流比和曝氣時間下上清液的BOD5和氨氮去除率，確定最佳的污泥回流比和曝氣時間。4.3.3化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理試驗先化學(xué)后生物處理：在5個250mL的燒杯中分別加入100mL小城鎮(zhèn)污水水樣。向每個燒杯中加入15mg/L的聚合氯化鋁（PAC），以200r/min的速度快速攪拌2min，再加入0.1mg/L的聚丙烯酰胺（PAM），以50r/min的速度慢速攪拌10min。攪拌完成后，靜置沉淀15min，取上清液。將上清液轉(zhuǎn)移至另5個250mL的燒杯中，每個燒杯中加入100mL上清液。向這些燒杯中加入100mL經(jīng)過培養(yǎng)馴化的活性污泥混合液，控制污泥回流比為50%，曝氣時間為3h，曝氣過程中保持溶解氧在2-3mg/L。在這個過程中，先通過化學(xué)絮凝去除污水中的部分懸浮顆粒和膠體物質(zhì)，減輕后續(xù)生物處理的負(fù)荷，生物處理則進(jìn)一步去除污水中的有機(jī)物和氮磷等污染物。同步處理：在5個250mL的燒杯中分別加入100mL小城鎮(zhèn)污水水樣。向每個燒杯中同時加入15mg/L的PAC、0.1mg/L的PAM以及100mL經(jīng)過培養(yǎng)馴化的活性污泥混合液。先以200r/min的速度快速攪拌2min，然后以50r/min的速度慢速攪拌10min，同時開啟曝氣裝置，保持曝氣3h，溶解氧在2-3mg/L。同步處理可以使化學(xué)藥劑和微生物的作用同時發(fā)生，充分發(fā)揮兩者的協(xié)同效應(yīng)，但對反應(yīng)條件的控制要求較高。先生物后化學(xué)處理：在5個250mL的燒杯中分別加入100mL小城鎮(zhèn)污水水樣和100mL經(jīng)過培養(yǎng)馴化的活性污泥混合液，控制污泥回流比為50%，曝氣時間為3h，曝氣過程中保持溶解氧在2-3mg/L。曝氣結(jié)束后，靜置沉淀15min，取上清液。將上清液轉(zhuǎn)移至另5個250mL的燒杯中，每個燒杯中加入100mL上清液。向這些燒杯中加入15mg/L的PAC，以200r/min的速度快速攪拌2min，再加入0.1mg/L的PAM，以50r/min的速度慢速攪拌10min。這種處理方式先利用微生物的自然絮凝和分解能力，減少化學(xué)藥劑的使用量，再通過化學(xué)絮凝對生物處理后的污水進(jìn)行深度處理。效果檢測：每種處理方式結(jié)束后，將燒杯靜置沉淀30min，取上清液。采用重鉻酸鉀法測定COD，用納氏試劑分光光度法測定氨氮，用鉬酸銨分光光度法測定總磷。測定總磷時，先將水樣消解，使磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，然后加入鉬酸銨試劑，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成磷鉬雜多酸，再用抗壞血酸將其還原為藍(lán)色絡(luò)合物，在波長700nm處，用分光光度計測量吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算總磷含量。綜合比較三種處理方式下污水中COD、氨氮和總磷的去除率，確定最佳的化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理工藝。4.4分析檢測項目與方法本試驗中，針對處理前后的污水水樣，需檢測多項關(guān)鍵指標(biāo)，以全面評估強(qiáng)化一級處理技術(shù)的效果，具體檢測項目與方法如下：化學(xué)需氧量（COD）：采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測定。其原理是在強(qiáng)酸性溶液中，以重鉻酸鉀為氧化劑，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴。在250ml磨口的回流錐形瓶中準(zhǔn)確加入10.00mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，放入數(shù)粒小玻璃珠或沸石，連接磨口的回流冷凝管，從冷凝管上口慢慢地加入30mL硫酸-硫酸銀溶液，輕輕搖動錐形瓶使溶液混勻，加熱回流2h（自開始沸騰時計時）。冷卻后，用90mL水沖洗冷凝管壁，取下錐形瓶。溶液再度冷卻后，加3滴試亞鐵靈指示液，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點，記錄硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，根據(jù)公式C0Dcr（02,mg/L）=（Vo-V1）XcX8X1000/V計算COD值，其中c為硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）；VO為滴定空白時硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量（mL）；V1為滴定水樣時硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量（mL）；V為水樣的體積（mL）；8為氧（1/20）摩爾質(zhì)量（g/mol）。該方法氧化能力強(qiáng)，能較完全地氧化水中的有機(jī)物，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，是目前應(yīng)用最廣泛的COD測定方法。生化需氧量（BOD5）：運用稀釋接種法進(jìn)行檢測。先將水樣稀釋至合適的倍數(shù)，然后接種適量的微生物，將水樣置于20℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5天。在培養(yǎng)前后，分別測量水樣中溶解氧的含量，根據(jù)溶解氧的差值，按照公式計算BOD5值。這種方法能夠真實反映微生物分解有機(jī)物所消耗的氧量，從而評估污水中可生物降解有機(jī)物的含量。在培養(yǎng)過程中，微生物利用水中的有機(jī)物進(jìn)行代謝活動，消耗溶解氧，通過測定溶解氧的變化，可以準(zhǔn)確計算出BOD5值。懸浮物（SS）：使用重量法進(jìn)行測定。用0.45μm濾膜過濾水樣，截留在濾膜上并于103-105℃烘干至恒重的固體，通過稱量過濾前后濾膜的質(zhì)量差，計算出懸浮物的含量。具體操作時，將水樣充分搖勻后，用已恒重的濾膜進(jìn)行過濾，過濾后將濾膜放入烘箱中，在103-105℃下烘干至恒重，然后取出冷卻，再次稱量濾膜的質(zhì)量，根據(jù)前后質(zhì)量差計算SS含量。該方法操作簡單，結(jié)果直觀，能夠準(zhǔn)確測定污水中懸浮物的含量。氨氮（NH3-N）：采用納氏試劑分光光度法。在水樣中加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑，氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物。在波長420nm處，用分光光度計測量該絡(luò)合物的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算氨氮含量。在比色過程中，要確保比色皿的清潔，避免溶液中出現(xiàn)氣泡，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。該方法靈敏度高，操作簡便，適用于各種水樣中氨氮的測定?？偭祝═P）：采用鉬酸銨分光光度法。先將水樣消解，使磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽。在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成磷鉬雜多酸，再用抗壞血酸將其還原為藍(lán)色絡(luò)合物。在波長700nm處，用分光光度計測量該絡(luò)合物的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算總磷含量。消解過程中，要嚴(yán)格控制消解條件，確保磷完全轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，以保證測定結(jié)果的可靠性。該方法能夠準(zhǔn)確測定污水中總磷的含量，對于評估污水的富營養(yǎng)化程度具有重要意義?？偟═N）：運用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。在60℃以上的水溶液中，過硫酸鉀會分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，硫酸氫鉀在溶液中離解而產(chǎn)生氫離子，使溶液呈酸性。在氫氧化鈉的堿性介質(zhì)中，用過硫酸鉀作氧化劑，將水樣中的氨氮、亞硝酸鹽氮及大部分有機(jī)氮化合物氧化為硝酸鹽。而后，用紫外分光光度計分別在波長220nm與275nm處測定其吸光度，按公式計算總氮的含量。在消解過程中，要注意控制反應(yīng)溫度和時間，確保各種形態(tài)的氮都能被充分氧化。該方法能夠準(zhǔn)確測定污水中總氮的含量，對于評估污水的氮污染程度具有重要作用。濁度：使用濁度儀直接測定。濁度儀采用散射光原理，當(dāng)光線通過水樣時，水中的懸浮顆粒會使光線發(fā)生散射，濁度儀通過檢測散射光的強(qiáng)度來確定水樣的濁度。將水樣倒入濁度儀的樣品池中，按照濁度儀的操作步驟進(jìn)行測量，直接讀取濁度值。該方法操作簡便、快速，能夠?qū)崟r反映污水中懸浮顆粒的含量。pH值：利用pH計進(jìn)行測量。pH計具有高精度的pH測量電極，將電極插入水樣中，pH計通過檢測電極與水樣之間的電位差，直接顯示出水樣的pH值。在測量前，要對pH計進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。該方法能夠準(zhǔn)確測定污水的酸堿度，對于了解污水的化學(xué)性質(zhì)和處理過程中的反應(yīng)條件具有重要意義。五、試驗結(jié)果與討論5.1化學(xué)強(qiáng)化一級處理試驗結(jié)果在化學(xué)強(qiáng)化一級處理試驗中，主要研究了不同絮凝劑投加量對污水中污染物去除率的影響。以聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）復(fù)配使用為例，具體試驗數(shù)據(jù)如表1所示。PAC投加量（mg/L）PAM投加量（mg/L）COD去除率（%）濁度去除率（%）50.135.256.4100.148.572.3150.158.681.5200.162.885.7250.165.387.2由表1數(shù)據(jù)可知，隨著PAC投加量的增加，COD和濁度的去除率均呈現(xiàn)上升趨勢。當(dāng)PAC投加量從5mg/L增加到15mg/L時，COD去除率從35.2%顯著提高到58.6%，濁度去除率從56.4%提升至81.5%。這是因為PAC水解產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物能與污水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)發(fā)生電中和與吸附架橋作用。投加量增加，產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物增多，與污染物的作用更充分，從而使更多的污染物凝聚成大的絮體，易于沉淀去除。當(dāng)PAC投加量超過15mg/L后，COD和濁度去除率的增長趨勢逐漸變緩。如PAC投加量從15mg/L增加到25mg/L時，COD去除率僅從58.6%提高到65.3%，濁度去除率從81.5%提升至87.2%。這表明在一定范圍內(nèi)，增加PAC投加量能有效提高處理效果，但超過一定限度后，繼續(xù)增加投加量對處理效果的提升作用有限，且可能造成藥劑浪費和成本增加。在不同的pH值條件下，化學(xué)強(qiáng)化一級處理的效果也有所不同。當(dāng)pH值為6時，投加15mg/L的PAC和0.1mg/L的PAM，COD去除率為55.6%，濁度去除率為78.5%；當(dāng)pH值調(diào)整為7時，COD去除率提高到60.2%，濁度去除率達(dá)到82.3%；而當(dāng)pH值為8時，COD去除率降至52.8%，濁度去除率為75.6%。這是因為不同的pH值會影響PAC的水解形態(tài)和絮凝活性。在酸性條件下，PAC水解產(chǎn)生的氫氧化鋁膠體較少，影響絮凝效果；在堿性條件下，氫氧化鋁膠體可能會溶解，生成偏鋁酸鹽，同樣降低了絮凝能力。在中性附近（pH值為7左右），PAC水解產(chǎn)生的氫氧化鋁膠體數(shù)量和活性都處于較好狀態(tài)，能與污染物充分作用，從而獲得較好的處理效果。5.2生物強(qiáng)化一級處理試驗結(jié)果生物強(qiáng)化一級處理試驗中，主要考察了污泥回流比和曝氣時間對污水中污染物去除率的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。污泥回流比（%）曝氣時間（h）BOD5去除率（%）氨氮去除率（%）30135.615.230248.322.530356.728.630458.930.550142.518.450255.625.850365.332.750468.235.670145.820.170258.928.370370.236.570472.538.490148.221.590261.330.690373.539.890475.641.2由表2可知，隨著污泥回流比的增加，BOD5和氨氮的去除率均呈上升趨勢。當(dāng)污泥回流比從30%提高到70%時，在曝氣時間為3h的條件下，BOD5去除率從56.7%提升至70.2%，氨氮去除率從28.6%提高到36.5%。這是因為污泥回流比增加，反應(yīng)池中活性污泥濃度增大，微生物數(shù)量增多，微生物與污水中污染物的接觸機(jī)會增加。更多的微生物能夠利用自身的吸附和代謝作用，將污水中的有機(jī)物分解為小分子物質(zhì)，同時將氨氮轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)，從而提高了BOD5和氨氮的去除率。但當(dāng)污泥回流比超過70%后，去除率的增長趨勢變緩。如污泥回流比從70%提高到90%時，BOD5去除率僅從70.2%提高到73.5%，氨氮去除率從36.5%提升至39.8%。這表明過高的污泥回流比雖然能增加微生物數(shù)量，但可能會導(dǎo)致反應(yīng)池中污泥濃度過高，影響微生物的活性和沉降性能，使處理效果提升不明顯。曝氣時間對處理效果也有顯著影響。在污泥回流比為50%的情況下，曝氣時間從1h延長到3h，BOD5去除率從42.5%提高到65.3%，氨氮去除率從18.4%提升至32.7%。隨著曝氣時間的延長，微生物有更多的時間利用氧氣進(jìn)行代謝活動，能夠更充分地分解污水中的有機(jī)物，將氨氮氧化為硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮。曝氣時間過長也會帶來問題。當(dāng)曝氣時間從3h延長到4h時，BOD5和氨氮去除率的增長幅度較小，且曝氣時間過長會增加能耗，提高運行成本。過長的曝氣時間可能導(dǎo)致微生物過度代謝，使微生物細(xì)胞老化，活性降低，影響處理效果。此外，曝氣時間過長還可能引發(fā)污泥膨脹等問題，使污泥的沉降性能變差，影響固液分離效果。5.3化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理試驗結(jié)果化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理試驗中，對比了先化學(xué)后生物處理、同步處理、先生物后化學(xué)處理三種方式對污水中COD、氨氮和總磷的去除效果，具體數(shù)據(jù)如表3所示。處理方式COD去除率（%）氨氮去除率（%）總磷去除率（%）先化學(xué)后生物處理72.635.878.5同步處理75.338.682.3先生物后化學(xué)處理68.932.575.6從表3數(shù)據(jù)可以看出，同步處理方式對COD、氨氮和總磷的去除率均最高，分別達(dá)到75.3%、38.6%和82.3%。先化學(xué)后生物處理方式次之，COD去除率為72.6%，氨氮去除率為35.8%，總磷去除率為78.5%。先生物后化學(xué)處理方式的去除率相對較低。在同步處理中，化學(xué)藥劑和微生物的作用同時發(fā)生，能夠充分發(fā)揮兩者的協(xié)同效應(yīng)?；瘜W(xué)藥劑迅速使污水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)凝聚成小絮體，微生物及其分泌的生物絮凝劑在同一反應(yīng)體系中立即對這些小絮體進(jìn)行進(jìn)一步的吸附和聚集。微生物的代謝活動與化學(xué)絮凝反應(yīng)相互促進(jìn)，加速了污染物的去除。在反應(yīng)初期，化學(xué)藥劑的水解產(chǎn)物為微生物提供了良好的生長環(huán)境，促進(jìn)了微生物的代謝活性；微生物的代謝活動又改變了污水的氧化還原電位和pH值，有利于化學(xué)藥劑的水解和絮凝反應(yīng)。先化學(xué)后生物處理方式中，化學(xué)絮凝雖然能快速去除部分污染物，但在后續(xù)生物處理階段，由于化學(xué)藥劑的殘留可能會對微生物的生長和代謝產(chǎn)生一定的抑制作用，從而影響處理效果。先生物后化學(xué)處理方式中，微生物先對污水中的污染物進(jìn)行吸附和初步分解，但由于微生物的處理能力有限，對于一些難降解的污染物去除效果不佳，后續(xù)化學(xué)絮凝雖然能對生物處理后的污水進(jìn)行深度處理，但整體處理效果仍不如同步處理。綜上所述，在本試驗條件下，化學(xué)-生物聯(lián)合強(qiáng)化一級處理的最佳工藝為同步處理方式。5.4影響因素的深入分析在化學(xué)強(qiáng)化一級處理中，水質(zhì)是影響處理效果的關(guān)鍵因素之一。小城鎮(zhèn)污水成分復(fù)雜，不僅含有大量的有機(jī)物、懸浮物，還可能含有重金屬、表面活性劑等特殊污染物。不同的污染物性質(zhì)會對絮凝劑的作用效果產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)污水中含有較多的表面活性劑時，表面活性劑分子會吸附在懸浮顆粒表面，形成一層保護(hù)膜，阻礙絮凝劑與懸浮顆粒的接觸，從而降低絮凝效果。而對于含有重金屬的污水，重金屬離子可能會與絮凝劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變絮凝劑的形態(tài)和活性，影響絮凝過程。水質(zhì)的酸堿度也會影響絮凝劑的水解和絮凝效果，如前文所述，不同的絮凝劑在不同的pH值范圍內(nèi)具有最佳的混凝效果。溫度對化學(xué)強(qiáng)化一級處理的影響也不容忽視。溫度主要通過影響絮凝劑的水解速度和顆粒的運動狀態(tài)來影響處理效果。在低溫條件下，絮凝劑的水解速度明顯變慢，導(dǎo)致有效絮凝成分的生成量減少。溫度降低還會使水的粘度增大，顆粒的布朗運動減弱，顆粒間的碰撞機(jī)會減少，不利于絮凝體的形成和長大。在冬季水溫較低時，化學(xué)強(qiáng)化一級處理的效果往往會變差，可能需要增加藥劑投加量或延長反應(yīng)時間來保證處理效果。操作條件如攪拌強(qiáng)度、攪拌時間、藥劑投加順序等對化學(xué)強(qiáng)化一級處理效果也有重要影響。攪拌強(qiáng)度過大，會使已經(jīng)形成的絮體被打碎，無法形成較大的沉淀顆粒；攪拌強(qiáng)度過小，則藥劑與污水混合不均勻，反應(yīng)不充分。攪拌時間過短，藥劑與污染物的反應(yīng)不完全；攪拌時間過長，不僅浪費能源，還可能導(dǎo)致絮體結(jié)構(gòu)被破壞。藥劑投加順序也會影響絮凝效果，如先投加混凝劑，再投加助凝劑，能夠充分發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，提高絮凝效果。在生物強(qiáng)化一級處理中，水質(zhì)同樣是重要的影響因素。污水中的有機(jī)物種類和濃度會影響微