緩釋型除磷藥劑在小型污水處理裝置中的應(yīng)用

許春蓮，王文君，胡學(xué)東，武少偉，戴建坤，近藤宗浩

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 2.大器環(huán)保工程(大連)有限公司，遼寧 大連 116600 3.日化Maintenance株式會社， 東京 113-0034

緩釋型除磷藥劑在小型污水處理裝置中的應(yīng)用

許春蓮1，王文君1，胡學(xué)東2，武少偉1，戴建坤1，近藤宗浩3

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 2.大器環(huán)保工程(大連)有限公司，遼寧 大連 116600 3.日化Maintenance株式會社， 東京 113-0034

新型緩釋型除磷藥劑是一種片劑狀鋁鹽無機化合物絮凝劑，具有在水流的沖刷作用下緩慢溶解,同時保持一定強度和形狀的特性。通過新型緩釋除磷藥劑在AO工藝污水處理裝置中的應(yīng)用，對其特性及處理效果進行了研究。結(jié)果表明，該藥劑投加設(shè)備簡單，維護管理方便，適用于小型污水處理裝置的除磷。平均藥片用量為2片m3污水(200 g片)，出水的TP濃度為0.52～1.80 mgL，去除率為82%～87%。

緩釋；除磷藥劑；污水處理裝置；維護管理

目前，國內(nèi)外生活污水多采用生物除磷或化學(xué)法除磷[1-3]。生物除磷技術(shù)經(jīng)濟有效，在集中式污水處理廠中廣泛應(yīng)用。但是由于脫氮除磷之間固有的矛盾等，單純依靠生物方法總磷很難穩(wěn)定達到日趨嚴格的排放標準，化學(xué)除磷經(jīng)常作為污水生物除磷的一種強化措施[4-6]。適用于分散型生活污水的小型污水處理裝置，對工藝條件變化更為敏感，生物除磷的穩(wěn)定性更易受到出水SS、脫氮條件等因素影響。因此，生物除磷技術(shù)不大適用于脫氮除磷要求較高的小型污水處理裝置[7-11]。小型污水處理裝置多采用化學(xué)除磷或鐵電解除磷。鐵電解除磷技術(shù)在運行過程中需要耗電，另外國內(nèi)的鐵電解除磷技術(shù)在運行穩(wěn)定性方面尚有待進一步提高?；瘜W(xué)法除磷是利用磷酸根與Fe3+、Al3+等陽離子反應(yīng)，生成不溶于水的沉淀，通過泥水分離達到去除污水中的磷的目的[12-13]。其優(yōu)點是除磷效果好、效果穩(wěn)定。缺點是處理費用較高，且產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥。此外除磷藥劑的投加需要溶解、計量、投加裝置等設(shè)備，需要一定的電力消耗和定期的維護管理[14]。小型分散型污水處理裝置多在遠離管網(wǎng)系統(tǒng)的農(nóng)村或城市偏遠地區(qū)使用，通常在無人值守狀態(tài)下運行，因此需要開發(fā)處理效率高、運行成本低、維護管理方便的化學(xué)除磷技術(shù)，以應(yīng)對目前日益嚴重的水體富營養(yǎng)化問題。

筆者采用的新型緩釋除磷藥劑技術(shù)是日化Maintenance株式會社研發(fā)的一種適用于小型污水處理裝置的節(jié)能、免維護的新型除磷技術(shù)。通過在AO工藝污水處理裝置中的應(yīng)用，對新型緩釋除磷藥劑的特性及處理效果進行了研究。

1 材料與方法

1.1 藥劑性能

新型緩釋型片劑狀除磷藥劑是一種鋁鹽無機化合物絮凝劑，為白色圓柱形片劑，每片質(zhì)量為200 g，直徑60 mm，高45 mm，體積約127 cm3，有輕微刺激性氣味。具有在水流的沖刷作用下緩慢溶解，同時保持一定強度和形狀的特性(圖1)。

圖1 緩釋型片劑狀除磷藥劑的緩釋特性Fig.1 Sustained-release characteristics of dephosphorization tablets

1.2 裝置概況

圖2 AO工藝污水處理裝置工藝流程Fig.2 Flow diagram of the wastewater treatment plant for AO process

圖3 除磷藥片投加裝置Fig.3 The dosing device of dephosphorization tablets

圖4 AO工藝污水處理裝置Fig.4 Schematic diagram of the wastewater treatment plant for AO process

除磷裝置由若干組下部開孔的絮凝劑圓筒及水槽構(gòu)成(圖3)。絮凝劑圓筒的數(shù)量和水槽的寬度根據(jù)磷的進出水濃度要求進行設(shè)計。運行中使用的水槽寬度410 cm，與水流接觸的高度為20～30 cm，槽內(nèi)水流速度為40～45 mh。將片劑狀固型絮凝劑置于下部開孔的φ80 mm×300 mm的絮凝劑圓筒(PVC材質(zhì))中。使用中根據(jù)原水濃度、出水水質(zhì)要求等，調(diào)整所需藥筒數(shù)量或沖刷強度，達到所需的除磷效果。

化學(xué)除磷可采用生物反應(yīng)池的前置投加、后置投加和同步投加，也可采用多點投加[15-16]。該裝置采用的投加方式為同步投加，優(yōu)點是裝置緊湊，設(shè)備簡單。使用過程中，通過小型氣提泵將沉淀槽上清液提升至除磷設(shè)備的水槽入口，在水槽中形成的水流在流經(jīng)水槽的過程中對絮凝劑圓筒中的片狀絮凝劑形成沖刷，在水流沖刷下緩慢溶解的絮凝劑溶液，通過自流流入好氧槽中，與污水中的磷發(fā)生絮凝反應(yīng)，在此過程中好氧槽同時起到混凝槽的作用，好氧槽中的生物污泥與化學(xué)污泥在隨后的沉淀槽中一同沉淀，起到除磷作用。

1.3 試驗用水

采用未經(jīng)化糞池的北京某小區(qū)的實際生活污水，原水水質(zhì)見表1。與集中式污水處理廠的原水水質(zhì)相比，有機物、氨氮、總氮濃度較高，可生化性好。

表1 原水水質(zhì)

1.4 分析項目及方法

評價試驗過程中的水質(zhì)分析方法見表2[17]。

1.5 運行條件

藥劑性能測試期間原水水溫為28～29.4 ℃。除磷藥劑投加前工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，缺氧槽和好氧槽的MLSS為3 000～3 500 mgL。活性污泥鏡檢中觀察到大量的原生動物與后生動物，優(yōu)勢種群有累枝蟲、楯纖蟲、草履蟲、輪蟲等，形成了穩(wěn)定的生態(tài)體系[18-19]。試驗開始前活性污泥中的微生物數(shù)量為6 000～10 000個mL。系統(tǒng)污泥回流比為150%左右，硝化液回流比為400%左右。

投加藥劑1～2 d后出水基本穩(wěn)定，正式開始系統(tǒng)測試。測試持續(xù)時間共計22 d，期間調(diào)整不同的藥劑用量，以考察不同藥劑用量下的去除效果。停止投加藥劑后，觀察持續(xù)了14 d，以確認后續(xù)效果及進行對比。

表2 水質(zhì)指標分析測試方法

2 結(jié)果與討論

藥劑性能測試期間，系統(tǒng)BOD5的平均去除率為97.8%；CODCr的平均去除率為94.9%；氨氮的平均去除率為89.1%；TN的平均去除率為75.4%，出水效果較穩(wěn)定。

2.1 不同藥劑用量下的TP去除效果

測試期間原水濃度及不同藥劑使用情況下的處理效果見圖5及表3。

圖5 TP的去除效果Fig.5 Removal effect of TP

表3 藥劑的使用量變化對去除效果的影響

注：好氧槽出水的測試中，為了防止活性污泥的干擾，測試前將靜置15 min后，取上清液進行測定。括號內(nèi)為平均值。

從表3可以看出，隨著藥劑筒使用數(shù)量的增加，除磷效果隨之提高。當(dāng)藥筒使用數(shù)為9個，平均藥片用量為12.1片d時，好氧槽出水上清液的TP濃度達到1 mgL以下，最終出水的TP濃度為0.5～1.8 mgL，平均去除率為82.4%～87.0%。從表3可以看出，在不同藥劑用量情況下，均出現(xiàn)好氧槽出水上清液的TP去除率比沉淀池出水磷去除率高4%～7%的現(xiàn)象，表明沉淀池內(nèi)有磷的釋放現(xiàn)象發(fā)生，這與沉淀池污泥回流系統(tǒng)的不穩(wěn)定，有污泥上浮的現(xiàn)象有關(guān)。從表3可以看出，使用15個藥筒與使用12個藥筒相比，處理效果沒有明顯提升。藥劑的用量與處理效果的數(shù)據(jù)顯示該系統(tǒng)的化學(xué)除磷藥劑最佳用量為12.1片d，相當(dāng)于2片m3污水。

第23天起停止投加除磷藥劑，但是磷的去除效果直到一周之后恢復(fù)到原來的沒加藥時段的狀態(tài)。在無藥劑作用下的系統(tǒng)出水TP濃度為4.40～6.00 mgL，平均值為4.90 mgL，去除率約為40%。這部分磷的去除主要是好氧微生物在進行有機物降解時作為無機營養(yǎng)鹽被利用以及部分生物除磷的作用。

2.2 剩余污泥的產(chǎn)生

化學(xué)除磷藥劑的使用會增加剩余污泥量[20]。除磷藥劑投加期間各階段的污泥濃度及平均污泥增加速度見表4。系統(tǒng)開始投加除磷藥劑后污泥濃度平均增長速度為136.5～163.6 mg(L·d)〔平均為150.0 mg(L·d)〕。除磷藥劑的性能評價試驗于第22天結(jié)束，之后系統(tǒng)的活性污泥的增長速度隨之下降，第23～36天活性污泥增長速度為32.0 mg(L·d)?；瘜W(xué)除磷藥劑使用期間，由于系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度增長速度較快，在此期間系統(tǒng)共排泥2次，分別為第11天和第22天。使用除磷藥劑后活性污泥濃度升高，活性污泥的黏度也較使用前有所增加，由于回流管道偏細，導(dǎo)致污泥回流出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

表4 好氧槽污泥濃度增長速度

2.3 對微生物等的影響

系統(tǒng)投加新型緩釋型除磷藥劑后，定期進行微生物鏡檢，觀察好氧槽活性污泥中的微生物，測試期間系統(tǒng)中的微生物數(shù)量為6 000～10 000個mL，種類主要包括累枝蟲、楯纖蟲、輪蟲等，與投加藥劑之前相比沒有發(fā)生明顯變化。槽體為FRP材質(zhì)，PVC管道，工藝運行期間未發(fā)生曝氣管路堵塞，管壁、槽壁結(jié)垢等現(xiàn)象。

3 結(jié)論

(1)新型緩釋型除磷藥劑技術(shù)的特點是設(shè)備簡單，維護管理方便，使用中除了定期添加藥劑外，基本不需要任何維護管理，適用于小型分散型污水處理裝置的除磷。

(2)在污水處理裝置的工程化應(yīng)用中，當(dāng)藥劑用量為每m3污水2片(200 g片)的情況下，可以達到82%～87%的處理效果。改善系統(tǒng)的污泥回流效果，去除率有望進一步提高。

(3)系統(tǒng)開始投加除磷藥劑后污泥濃度平均增長速度為150.0 mg(L·d)，測試期間除磷藥劑的使用過程中，好氧槽內(nèi)的微生物數(shù)量、種類未見明顯變化。

(4)工程化應(yīng)用中在根據(jù)污水水質(zhì)等對化學(xué)藥劑的投加量進行試驗的基礎(chǔ)上，確定最佳投加量，以實現(xiàn)最優(yōu)化的除磷效果。

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TheApplicationofSustained-releaseDephosphorizationTabletstoaSmallWastewaterTreatmentPlant

XU Chun-lian1, WANG Wen-jun1, HU Xue-dong2, WU Shao-wei1, DAI Jian-kun1, KONDOU Munehiro3

1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.DAQI Environmental Protection Engineering (Dalian) Co., Ltd., Dalian 116600, China 3.Nikka Maintenance Co., Tokyo 113-0034, Japan

Sustained-release dephosphorization tablet is a new type of aluminum salt inorganic compound flocculent, which can be slowly dissolved under the effect of scouring water while maintaining a certain intensity and shape. The characteristic and treatment effect of sustained-release dephosphorization tablets were studied through the application of sustained-release dephosphorization tablets to the wastewater treatment plant for the AO process. Results show that the dosing equipment of sustained-release dephosphorization tablets is simple to use and easy to maintain. The tablets are suitable to phosphorus removal of small wastewater treatment plants. Under the condition of an average tablets dosage of 2 pieces per cubic meter in wastewater, the final effluent concentration of TP is 0.52-1.80 mgL and the removal rate is 82%-87%.

sustained-release; dephosphorization agent; wastewater treatment plant; maintenance

1674-991X(2013)06-0527-05

2013-05-14

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07529-007)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(2011YSKY04)

許春蓮(1971—)，女，研究員，博士，主要從事水污染控制與治理技術(shù)、環(huán)境技術(shù)評估等方面的研究，xucl@craes.org.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.082