本论文通过实验室试验、模型试验和生产性试验，对CEPT工艺最佳药剂及其投加量数学模型、气动絮凝反应设计运行参数、CEPT工艺设计运行参数、CEPT污泥量、CEPT污泥的流动性能及沉降性能等一系列问题展开研究，具体研究方法与结果简述如下： (1)CEPT化学药剂优选以武汉市沙湖污水处理厂进水为原水，分别用硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁为混凝剂，同时进行混凝沉淀烧杯试验，求得同等COD去除率条件下不同混凝剂相应的投加量，并计算得到同等去除率不同混凝剂的药剂费，以便进行经济比较。结果显示对于不同原水，均是PAC最经济。试验还发现投加PAC絮体形成快、絮体颗粒大且易沉。同一原水，同等PAC与聚合铝铁投加量的混凝沉淀烧杯试验结果表明，投加PAC时COD去除率较高，且PAC价格较便宜。因此在四种常用混凝剂中，PAC为最佳混凝剂。 利用烧杯试验，从处理水清浊程度及絮体尺寸的大小两个方面，对6种汽巴类常用有机助凝剂进行了定性优选，M1011和Z34是较优的两种有机助凝剂，它们比常推荐用于化学一级强化的大连PAM和Z53性能更优。因此，M1011和Z34是用于强化一级处理的两种最优有机助凝剂。 (2)混凝剂投加量数学模型的建立采用水浴和空调将原水水温调节至20℃原水pH值用稀HCl和稀NaOH溶液调节到期望值，Z34恒量投加0.2mg/L，同pH值4个水样．PAC投加量分别为4mg/L、8mg/L、12mg/L和16mg/L。进行混凝沉淀烧杯试验，分别测定其上清液的BOD5和SS。以处理水BOD5和SS均为20mg/L作为考核指标，确定特定pH值条件下的最佳混凝剂投加量。αpH为不同pH值条件下混凝剂投加量与pH=7.0时的投加量的比率，αpH=0.38pH2-5.178pH+18.65，这是因为不同pH值条件下，PAC中Al13和Al(Ⅲ)的存在形态不同，且pH值较低时，非溶解性污染颗粒被酸解为小分子的可能性较大。 用稀HCl和稀NaOH溶液将水样的pH值调整至7.0，采用水浴、空调将水样的水温调节到期望值，Z34恒量投加0.2mg/L，同水温4个水样PAC投加量分别为4mg/L、8mg/L、12mg/L和16mg/L。进行混凝沉淀烧杯试验，分别测定其上清液的BOD5和SS。以处理水BOD5和SS均为20mg/L作为考核指标，确定特定水温条件下的最佳混凝剂投加量。αT为不同水温T℃条件下混凝剂投加量与T=20℃时的投加量的比率，αT=12.195T0.8353。αT也可用αT=θT0-T，计算，这是因为混凝剂与污染物颗粒间的混凝是一种物理化学反应，其反应速度常数k与水温的函数关系满足Arrhenius公式，由试验结果拟合可得θ=1.047。 取样测定原水的浊度、水温和pH。Z34恒量投加0.2mg/L，同一原水4个水样PAC投加量分别为4mg/L、8mg/L、12mg/L和16mg/L。进行混凝沉淀烧杯试验，分别测定其上清液的SS。以处理水SS 20mg/L作为考核指标，确定特定浊度水样的最佳混凝剂投加量，并利用αT和αpH将混凝剂投加量修正到标准水温和标准pH值条件下的投药量，通过拟合得到标准水温和标准pH值条件下武汉市沙湖污水处理厂采用CEPT工艺时混凝剂投加量与原水浊度的关系为：DTur=0.0049Tur1.675。 综合考虑pH、水温和浊度的影响，得到了化学强化一级工艺的污水厂混凝剂投加量计算公式D=BDTurαpHαT，对武汉市沙湖污水处理厂B=1.0，其它厂的B值需通过现场试验结果进行修正。 (3)气动絮凝反应设计运行参数的确定对已建的初沉池，在池底的局部布设曝气设施，以上升的气泡提供絮凝反应的动力，是反应区最简单的改造方案。 分别以粒径＜0.6mm和粒径＜0.098mm的粘土配置水样，在高2000mm、直径150mm、底部配有曝气设施的反应器内进行模型试验。向其中投加一定量的PAC和Z34，曝气装置分别换用孔径为3mm、2mm穿孔管和曝气头。大气量曝气混合，小气量曝气反应，反应结束后，在模型装置内静止沉淀，测定水中剩余浊度，计算浊度去除率。气动絮凝模型对比试验结果表明，曝气具有良好的促进絮凝的效果，微孔曝气头优于穿孔曝气管，曝气强度Zα宜控制在0.012～0.05m3空气/m3水·min；气泡绕流对水体所构成的搅动，是气动絮凝的动力所在，当反应池内平均速度梯度控制在G=20～70s-1时，理论计算结果表明曝气强度Zα宜控制为0.0013～0.0165m3空气/m3水·min，与模型试验推荐值较为吻合。 在武汉市沙湖污水处理厂单元处理水量为800m3/h的生产性试验中，在原初沉池前4.45m区域水深2m处铺设曝气设施，反应时间约10min，平均曝气强度Zα=0.0039m3空气/m3水·min，絮凝反应区的平均速度梯度 G=37.1s-1。除反应区外，原沉淀池沉淀区的沉淀时间约为50min。对CEPT出水的监测结果表明，气动絮凝效果良好，曝气头的曝气絮凝效果较好，CEPT达到了预期的混凝强化一级处理的目的。 (4)CEPT工艺设计运行参数的确定试验期间武汉市沙湖污水处理厂的处理水量约为1600m3/h，经改造设有曝气絮凝区的CEPT单元处理水量为800m3/h。PAC投加于沉砂池进水井，助凝剂M1011投加于沉砂池与初沉池间的计量设备巴氏计量槽前。在原一座初沉池前4.45m区域的下方铺设曝气装置，使原初沉池分为两个区，反应区HRT约为10min，沉淀区HRT约为50min。每天分别在沉砂池前取原水样、在CEPT单元出水井取处理水水样数周期，监测分析，进行生产性试验。 正交试验试验结果表明，M1011最佳投药量为0.15mg/L；最佳曝气方式为：一级曝气量为10m3/h、二级曝气量为5m3/h，曝气强度为Zα=0.0039m3空气/m3水·min，絮凝反应区的平均速度梯度G=37.1s-1=20～70s-1，可满足反应区的动力需求。 采用最佳曝气方式，恒量投加M1011，全日混凝剂日平均投加量相接近时，全日恒量投加PAC与分级投加PAC相比出水效果较差；当M1011的投加量恒定为0.15mg/L，原水中污染物浓度高、中和低时段的PAC投加量分别为45、30和18mg/L，即PAC日平均投药量为28.0mg/L时，COD、BOD5和SS的平均去除率分别为63.80％、58.08％和82.17％；当M1011的投加量恒定为0.15mg/L，原水中污染物浓度高、中和低时段的PAC投加量分别提高至50、40和25mg/L，即PAC日平均投药量为36.0mg/L时，COD、BOD5和SS的平均去除率分别为65.49％、63.22％和83.82％；在分级投加PAC且日平均投药量为28.0mg/L的基础上进一步加大投药量，对出水水质的改善程度有限，分级投加PAC时日平均投药量宜控制在28.0mg/L左右；不投药时，初沉池对磷的去除率小于5％，投加PAC后，CEPT单元对磷的平均去除率为67.3％。 (5)CEPT污泥量计算与分析CEPT污泥量由有效PAC所形成的污泥量、混凝剂携带的杂质所形成的污泥量、去除SS所形成的污泥量和助凝剂所形成的污泥量四部分组成，由于助凝剂投加量特别低，所形成的污泥增量可忽略不计，因此提出了CEPT工艺的污泥量预测计算公式S=αfD+(1-2.07α)D+△SS。污泥量试验验证结果表明，该公式的计算误差一般不超过10％。 以武汉市沙湖污水处理厂为例，进行了污泥量测算，结果表明：CEPT工艺的干污泥产量是常规初沉池的两倍多，其主要原因是提高了一级处理对SS的去除率，投加混凝剂直接导致的污泥增量占CEPT污泥总量的比例不超过25％。 (6)CEPT污泥的流动性能及沉降性能研究取不同初始污泥浓度的初沉污泥进行静态沉淀，观察其沉降规律，得到泥面沉速与初始浓度的关系式为V1=178C-0.365，取不同初始污泥浓度的CEPT污泥进行静态沉淀，观察其沉降规律，得到泥面沉速与初始浓度的关系式为V2=644C-3.544。两式对比分析结果表明：若初始污泥浓度小于1.5g/L，化学污泥比初沉污泥的沉淀速度大；若初始污泥浓度大于1.5g/L，化学污泥比初沉污泥的沉淀速度小，且初始浓度越高，速度差越大。从CEPT单元泥斗所排出的污泥浓度较低，含水率一般在98.4％左右，很难达到常规初沉池排泥含水率为95～97％的污泥浓缩效果。 对不同含水率的初沉污泥和CEPT污泥分别用仪器进行粘度测定和拟合，CEPT污泥和初沉污泥的粘滞系数可分别用公式μh=2×1082e-1.888p和μc=5×1032e-0.7455p计算；在同等含水率条件下，化学污泥的粘度大于初沉污泥，当含水率低于99.3％时，差额显著，即化学污泥的流动性比初沉污泥差。 CEPT污泥经8h沉淀浓缩后污泥浓度可达到15.8g/L，(污泥含水率为98.4％)左右，对应的污泥粘滞系数为41.5 mPa·s。据常规初沉池的排泥经验，在此粘滞系数条件下，可保证排泥通畅，因此CEPT单元的排泥周期可拟定为8h。 综上所述，虽然CEPT与常规初沉池相比污泥量增加幅度较大，但主要是因为SS去除率提高所致，投加混凝剂直接导致的污泥增量并不大，因此CEPT工艺可以推广应用，关键是如何综合利用CEPT污泥。论文研究得到的最佳CEPT药剂、PAC投加量数学模型、气动絮凝工艺参数、CEPT设计运行参数和CEPT排泥周期，为CEPT工艺的推广应用奠定了基础。