污水處理廠除磷效果影響因素分析

李 科

（河南省焦作市環(huán)境保護(hù)局 河南焦作 454003）

生物除磷是利用聚磷菌在好氧條件下可以超量吸收污泥中磷并排出污泥，從而達(dá)到除磷效果。其優(yōu)點(diǎn)是處理工藝簡單，運(yùn)行成本低。但生物除磷受限制因素較大，除磷效果并不穩(wěn)定，且除磷與除氮的工藝條件相互抑制，其處理效果往往不盡人意；化學(xué)除磷是通過投加絮凝劑與污水中的多形式的磷酸鹽反應(yīng)生成難溶性的磷酸鹽沉淀，然后用過濾等物理方法去除沉淀物，從而達(dá)到除磷的目的，去除效果穩(wěn)定。但需要投加大量的絮凝劑，從而大大增加了處理成本。因此，協(xié)同生物及化學(xué)兩種處理技術(shù)運(yùn)用于污水除磷項(xiàng)目中，既能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的除磷目的，又可節(jié)約成本。在設(shè)計(jì)過程中，由于對除磷影響因素的認(rèn)識不清，難以達(dá)到理想效果，因此就生物/化學(xué)除磷的影響因素進(jìn)行探討。

1 污水可生化性分析

污水能否采用生化處理，特別是否適用于生物除磷脫氮工藝，取決于污水中各種營養(yǎng)成分的含量及其比例能否滿足生物生長的需要，因此首先應(yīng)判斷相關(guān)的指標(biāo)能否滿足要求。

1.1 BOD5/COD比值

BOD5和COD是污水生物處理過程中常用的兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，采用BOD5/COD比值評價(jià)污水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡易的傳統(tǒng)方法。一般情況下，BOD5/COD值越大，說明污水可生物處理性越好。

1.2 碳磷比（BOD5/總磷）

該指標(biāo)是鑒別能否生物除磷的主要指標(biāo)。生物除磷是活性污泥中聚磷菌在厭氧條件下分解細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽同時(shí)產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機(jī)物攝入細(xì)胞，以PHB（聚-β-羥基丁酸）及糖原等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)隨著聚磷酸鹽的分解，釋放磷；一旦進(jìn)入好氧環(huán)境，除磷菌又可利用聚-β-羥基丁酸氧化分解所釋放的能量來超量攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而貯存于細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)沉淀分離，把富含磷的剩余污泥排出系統(tǒng)，達(dá)到生物除磷的目的。進(jìn)水中的BOD5是作為營養(yǎng)物供除磷菌活動的基質(zhì)，BOD5/TP是衡量能否達(dá)到除磷的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為該值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明顯。

2 除磷的影響因素

2.1 溶氧量

在聚磷菌生化作用過程中，污水的溶氧量在不同區(qū)域應(yīng)該嚴(yán)格控制。根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，好氧池的出水端DO控制在1.5至2mg/L，除磷效果較好。聚磷菌是一種代謝緩慢，只能吸收低分子有機(jī)物的好氧菌，污水中應(yīng)該保持一定濃度的溶氧量。但好氧區(qū)的溶氧量也不宜太高，過高會引起聚磷菌以外的其他異養(yǎng)菌競爭碳源導(dǎo)致釋磷不充分。一般說來，厭氧區(qū)的DO不應(yīng)大于0.2mg/L。

2.2 污泥齡

污泥齡是生物除磷工藝中非常重要的一個(gè)影響因素。污泥齡反映了聚磷菌的代謝狀態(tài)和世代時(shí)間。污泥齡過長，污泥易氧化，聚磷菌會發(fā)生釋磷現(xiàn)象，從而影響除磷效果，此外，過長的污泥齡還會促進(jìn)非聚磷菌的繁殖生長，從而對聚磷菌的生長繁殖產(chǎn)生競爭抑制，降低處理量。研究結(jié)果表明，污泥齡越短，聚磷菌體內(nèi)的聚磷量就越多，剩余污泥排放量就越多，尹博涵等[1]分析西安市第四污水處理廠實(shí)際運(yùn)行除磷效果差的分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，該處理工藝的平均污泥齡為22～24d，遠(yuǎn)大于其設(shè)計(jì)污泥齡14d，從而很大程度上影響了富磷污泥的排出。但污泥齡也不能過短，必須大于菌的世代時(shí)間，保障聚磷菌正常生化反映的環(huán)境和時(shí)間。此外,泥齡短的活性污泥具有較高的活性,其體內(nèi)的含磷水平也較高,這是縮短泥齡可提高除磷效率的原因之一。若系統(tǒng)的泥齡過長,則會使污泥的活性降低,污泥的含磷量下降,使得去除單位重量的磷需消耗的BOD增加。

2.3 p H值的影響

污水環(huán)境的pH值會影響菌中酶的活性，對于聚磷菌而言，存在一個(gè)最適合其代謝聚磷的最佳pH范圍。生物除磷系統(tǒng)選取的pH范圍與常規(guī)的微生物處理相同，中性和微堿性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停留時(shí)間為0.8h，pH為7.5的微堿性條件TP的去除率最高。這是因?yàn)樵诤醚鯛顟B(tài)下，進(jìn)水的微堿性環(huán)境可以確保氨氮完全降解，使硝化反應(yīng)徹底完成，這就為聚磷菌從污水中攝取磷提供了條件。

2.4 硝態(tài)氮

在厭氧狀態(tài)，如果污水中存在的硝態(tài)氮濃度過高，由于其奪取小分子降解COD的能力要強(qiáng)，使得反硝化速度快于釋磷速度，使得聚磷菌失去碳源，從而沒有競爭優(yōu)勢，降低除磷效果。

2.5 加藥劑的選擇

不同加藥劑除磷原理及效果不同，目前污水處理所投加的藥劑主要有石灰和鐵鹽。

2.5.1 投加石灰法

即向污水中投加石灰，污水中磷酸鹽與石灰的化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到除磷目的。污水堿度所消耗的石灰量通常比形成磷酸鈣類沉淀物所需的石灰量大幾個(gè)數(shù)量級，因此石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取決于污水的堿度，而不是污水的含磷量。滿足除磷要求的石灰投加量大致為總碳酸鈣堿度的1.5倍。

2.5.2投加鐵鹽

鐵鹽與磷酸根離子（PO43-）作用生成難溶性的沉淀物，通過去除這些難溶性沉淀物去除水中的磷。除磷率不同，相應(yīng)的投加量也不同。用于混凝劑的鐵鹽有硫酸亞鐵、三氯化鐵。其中聚合硫酸亞鐵，為無機(jī)高分子化合物，凈化效率高，耗藥量少，成本低，適用pH范圍寬，水溫適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡單，使用時(shí)操作簡便，腐蝕性小，成本較三氯化鐵低，對有機(jī)物的去除優(yōu)于其它藥劑。

2.6 除磷藥劑投加點(diǎn)

化學(xué)沉淀除磷過程中除磷劑的投加多少對除磷效果的好壞是呈一個(gè)反向的拋物線形狀的狀態(tài)，除磷劑的投加點(diǎn)不同直接影響到除磷劑的投加量。

2.6.1 除磷劑投加在生物處理之前，稱為前置投加。其除磷的方式是將初沉池的污泥進(jìn)行大量的排除從而達(dá)到對總磷的去除。弊端是除磷劑是投加在初沉池之前，里面的沉淀物必然會排在初沉池當(dāng)中，隨著除磷劑加藥量的逐漸加大使得污泥量逐漸增大，在去除污水總磷的同時(shí)，也使得有機(jī)物和微生物的含量減少，從而對接下來的反硝化脫氮與生物除磷不利。

2.6.2 將除磷劑投加在生化的反應(yīng)池當(dāng)中，稱為中置投加，中置投加位置一般位于生化反應(yīng)池的曝氣區(qū)尾部，通過與生物除磷進(jìn)行配合，形成的沉淀物隨二沉池剩余污泥一起排除。特點(diǎn)是可以減少除磷劑的投加量，并利于完善磷酸鹽與除磷劑的反應(yīng)過程，大大的提高除磷的效率，獲得較好的出水水質(zhì)

2.6.3 除磷劑的投加位置在二沉池的后面，稱為后沉淀投加。其除磷的方式是通過一系列的混合、絮凝、分離，將殘留在廢水中的磷加以去除。這種投加方法需要在除磷的過程中設(shè)一個(gè)混凝反應(yīng)池與一個(gè)終沉池。其特點(diǎn)是出水水質(zhì)很好且運(yùn)營費(fèi)用低。由于經(jīng)過了二沉池的沉淀，處理水中的BOD5和SS含量較低，藥劑的消耗量也較低。但需要增加專用的除磷沉淀（澄清）池，使建設(shè)費(fèi)用增大。

2.7 混合絮凝條件

陳美香[2]研究了攪拌時(shí)間對除磷的影響，其結(jié)果表明，當(dāng)攪拌時(shí)間低于0.5min時(shí)，去除率低于70%；當(dāng)攪拌時(shí)間為1min時(shí)，總磷的去除率最大；隨著攪拌時(shí)間的繼續(xù)增長，去除率不增反降，當(dāng)攪拌時(shí)間為10min時(shí)，去除率明顯降低。這是由于所投入的金屬鹽類脫除藥劑需要與污水中的磷酸根反應(yīng)沉淀分離，當(dāng)攪拌強(qiáng)度不夠時(shí)，混合液中的金屬離子會被泥沙包裹從而阻斷其與磷酸根的接觸，惡化除磷效果；而攪拌時(shí)間過長，初生的絮凝體很容易被打破而抑制其進(jìn)一步的生長，除磷效果也不明顯。

2.8 城市污水的水質(zhì)

除磷的另一個(gè)影響因素是城市污水的水質(zhì)，即城市污水中污染物構(gòu)成及其含量。南非開普敦大學(xué)的研究組對當(dāng)?shù)爻鞘形鬯|(zhì)作了研究,發(fā)現(xiàn)進(jìn)水TKN/COD<011時(shí),城市污水中的有機(jī)物易降解利用,反硝化進(jìn)行的比較完全,除磷效果也相對比較好。TKN/COD在0110～0113時(shí),城市污水中的有機(jī)物不易降解利用,反硝化進(jìn)行的不徹底進(jìn)而影響磷的釋放,因此,在此情況下要小心管理才能去磷。與此同時(shí)根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,不同國家的不同工藝對TKN/COD比值的控制也各不相同,為了保證穩(wěn)定高效的除磷效果,必須對所處理的城市污水的水質(zhì)進(jìn)行詳盡的調(diào)查,進(jìn)而將TKN/COD控制在合理的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

為了控制水污染,保護(hù)城市水環(huán)境，保障人體健康，維護(hù)生態(tài)平衡，污水必須經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。在處理污水的時(shí)候，污水處理廠采用生物/化學(xué)協(xié)同除磷辦法可以獲得較好的除磷效果，文章分別對生物除磷的可生化分析及除磷影響因素進(jìn)行分析研究，在考慮協(xié)同除磷時(shí)，應(yīng)綜合除磷影響因素以及工藝的穩(wěn)定性、成本控制以及目標(biāo)特性進(jìn)行考慮。

[1]尹博涵,黃寧俊,王社平,邵軍峰.城市污水處理廠運(yùn)行除磷效果影響因素分析[J].給水排水,2011,37:41-45.

[2]陳美香.污水處理廠化學(xué)除磷影響因素的研究 [J].環(huán)境科學(xué),2013,(03):20-21.