城市污水除磷技術(shù)的方法與實(shí)踐

李寶生　蔡奎芳　張明新

（漯河市水務(wù)投資有限公司河南漯河462000）

城市污水除磷技術(shù)的方法與實(shí)踐

李寶生蔡奎芳張明新

（漯河市水務(wù)投資有限公司河南漯河462000）

為滿足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，探索出了生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的處理工藝，運(yùn)行結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水總磷為5mg/L左右時(shí)，出水總磷小于0.3mg/L。為類似污水處理廠的除磷提供了參考實(shí)例。

城市污水；氧化溝；生物除磷；化學(xué)除磷；藥劑選擇

伴隨水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，城市污水處理必須考慮脫氮除磷。氮和磷流入水體后引起藻類的大量繁殖，水體處于缺氧狀態(tài)，魚類死亡，水體生態(tài)功能退化，直接威脅人類的健康。雖然有機(jī)物、氮、磷同為水體生物的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但藻類等水生生物對(duì)磷更為敏感，因此嚴(yán)格控制出水的含磷量對(duì)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化十分重要?！冻擎?zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)中，磷酸鹽（以P計(jì)）為不大于0.5mg/L，此外，地方政府為控制河流斷面水質(zhì)，會(huì)對(duì)城市污水磷酸鹽的排放指標(biāo)提出更為嚴(yán)苛的要求。所以，迫切要求城市污水處理廠采取措施提升生物脫氮除磷效果，并積極尋求其它行之有效的除磷技術(shù)。

城市污水常用的除磷技術(shù)有化學(xué)除磷和生物除磷，目的都是將可溶性磷轉(zhuǎn)化為懸浮性磷，并從污水中分離?，F(xiàn)代污水除磷技術(shù)是利用磷的循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程，是廢水中的磷轉(zhuǎn)化為不溶性的磷酸鹽沉淀，或者利用細(xì)胞合成，將磷吸收到污泥細(xì)胞中的過(guò)程，前者為化學(xué)除磷，后者為生物除磷。我國(guó)城市污水碳氮比普通較低，對(duì)于中高濃度廢水（BOD5＞200mg/L），采用生物脫氮除磷工藝比較合適，對(duì)低濃度廢水（BOD5＜200mg/L），生物除磷經(jīng)常難以滿足要求，需要輔以化學(xué)除磷處理。另外，pH值、溫度、DO、硝態(tài)氮、有機(jī)物濃度等因素的變化，也會(huì)影響到活性污泥的生物除磷效果，客觀上也需要化學(xué)除磷進(jìn)行補(bǔ)充。

1　污水廠概況

1.1污水廠處理規(guī)模和進(jìn)水水質(zhì)

污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水規(guī)模為日處理廢水6×104t，實(shí)際日處理廢水6.7×104t，進(jìn)水COD平均200mg/L、BOD5平均110mg/L、氨氮平均23mg/L、總氮平均35mg/L、總磷平均4.5mg/L，進(jìn)水污染物濃度尤其是COD、BOD5指標(biāo)均低于設(shè)計(jì)值。

1.2污水廠工藝流程

污水處理工藝流程為旋流沉砂+改良式氧化溝工藝，深度處理為混凝沉淀+過(guò)濾、消毒處理工藝，污水處理廠工藝流程見圖1。

圖1　污水處理廠工藝流程圖

2　生物除磷

2.1生物除磷原理

關(guān)于生物除磷，普遍認(rèn)可的生物除磷是聚磷菌（PAOS）的攝磷/釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下，受到壓抑而釋放出體內(nèi)的磷酸鹽，產(chǎn)生能量用于吸收快速降解有機(jī)物，并轉(zhuǎn)化為PH B（聚β羥丁酸）儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)這些聚磷菌進(jìn)入好氧條件下時(shí)就降解體內(nèi)儲(chǔ)存的PH B產(chǎn)生能量，用于細(xì)胞的合成和吸磷，形成高濃度的含磷污泥，隨剩余污泥一起排出系統(tǒng)，從而達(dá)到除磷目的。在厭氧條件下釋放1Mg的磷吸收儲(chǔ)存的有機(jī)物，經(jīng)好氧分解后產(chǎn)生的能量用于細(xì)胞合成、增殖，能吸收2Mg~2.4Mg的磷。因此，磷的吸收取決于磷的釋放，而磷的釋放取決于污水中可快速降解的有機(jī)物的含量，一般說(shuō)來(lái)，這種有機(jī)物與磷的比值越大，除磷效果越好。相對(duì)于正常細(xì)胞的磷含量（1%~3%），PAOS的吸磷量可達(dá)12%。

生物除磷工藝的前提條件是聚磷菌必須在厭氧條件下受到抑制，隨后進(jìn)入好氧段才能增大磷的吸收量。因此生物除磷工藝必須在好氧段前設(shè)置厭氧段。本氧化溝按水流空間分布依次分為預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，針對(duì)污水易于生物降解的有機(jī)物相對(duì)于進(jìn)水氮、磷濃度不足的特點(diǎn)，采用分段進(jìn)水的控制策略，充分利用原水中的碳源進(jìn)行生物除磷。將進(jìn)水分為兩部分，80%主流進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)、20%旁流進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)，污泥回流液分為兩部分，80%主流進(jìn)入缺氧區(qū)，20%旁流進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)，符合該污水廠進(jìn)水COD低，碳源缺乏的實(shí)際情況，可以在不影響脫氮和COD去除的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)良好的生物除磷。

2.2生物除磷效果

分析2015年4月份進(jìn)出水總磷的指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水總磷5mg/L以下時(shí)，二沉池出水總磷保持在0.5mg/L~0.8mg/L的水平上。在進(jìn)水COD濃度較低，平均在200mg/L以下時(shí)，生物除磷仍達(dá)到85%左右的處理效率。說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)控制合理。在此基礎(chǔ)上，如果要進(jìn)一步降低出水總磷的濃度，就必須考慮輔助的化學(xué)除磷方法。進(jìn)出水總磷及處理效率匯總?cè)绫?。

表1　2015年4月進(jìn)出水總磷及處理效率

3.1化學(xué)除磷原理

化學(xué)除磷的基本原理是通過(guò)向污水中投加化學(xué)藥劑，使之與磷反應(yīng)生成不溶性的磷酸鹽，再通過(guò)固液分離將磷從污水中除去。常用金屬鹽中的鋁鹽和鐵鹽均可與廢水中的磷酸根發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，從而達(dá)到除磷目的。金屬鹽的投加點(diǎn)比較靈活，可以在初沉池前、曝氣池中或曝氣池與二沉池之間，也可對(duì)二沉池出水進(jìn)行投加。

當(dāng)單純的生物除磷很難達(dá)到要求時(shí)，就需要輔以化學(xué)除磷工藝，有資料顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家采用在一級(jí)或二級(jí)處理工藝中投加化學(xué)藥劑，最終出水總磷可以達(dá)到0.2mg/L。在美國(guó)，為保證有效除磷，大多數(shù)污水處理廠采取以化學(xué)除磷為主或以生物除磷為主、化學(xué)除磷為輔的除磷措施。另外，生物脫氮除磷均需要有機(jī)物作為碳源，當(dāng)水體中有機(jī)碳源不足時(shí)，可通過(guò)添加化學(xué)除磷單元來(lái)強(qiáng)化除磷［10］。

在化學(xué)除磷過(guò)程中，磷的去除效率和化學(xué)藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置、污泥濃度、溫度等多種因素有關(guān)，其中藥劑種類、投加量、投加位置對(duì)除磷效果的影響最為顯著。

3.2除磷藥劑篩選試驗(yàn)

3.2.1試驗(yàn)方法

選取常用的化學(xué)除磷藥劑聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、三氯化鐵（FeCl3）

進(jìn)行藥劑篩選試驗(yàn)，試驗(yàn)用水選用二沉池出水。投藥量按10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L的濃度梯度依次增加。

總磷采用鉬銻抗壞血酸分光光度法測(cè)量，試驗(yàn)原水總磷為0.5mg/L~0.9mg/L。試驗(yàn)時(shí)，在10個(gè)燒杯中分別加入1000mL污水，第一個(gè)燒杯不加藥，作為對(duì)照。其余9個(gè)燒杯分別依次增量加入混凝劑，然后將燒杯置于攪拌器上進(jìn)行混凝試驗(yàn)［11］。攪拌過(guò)程分為兩個(gè)階段：快速攪拌2min，轉(zhuǎn)速200rpm，慢速攪拌15min，轉(zhuǎn)速50rpm。沉淀30min后，取上清液進(jìn)行分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析不同濃度梯度下，各藥劑的除磷效果及投加成本［12］。

3.2.2試驗(yàn)結(jié)果及分析

以二沉池出水為原水，進(jìn)行不同濃度梯度下加藥混凝試驗(yàn)，進(jìn)水總磷濃度為0.68mg/L，各混凝劑除磷效果見圖2、圖3、圖4。

圖2　PFS除磷效果

圖3　PAC除磷效果

分析試驗(yàn)結(jié)果可以看出，使用三組藥劑均可使廢水總磷降低到0.2mg/L以下，不同的是使用PFS藥劑量為60mg/L、PAC的藥劑量為50mg/L、FeCl 3的藥劑量為40mg/L。當(dāng)PFS的藥劑投加量超過(guò)70mg/L、PAC的藥劑投加量超過(guò)60mg/L、FeCl3的投加量超過(guò)50mg/L時(shí)，對(duì)污水中總磷的去除效果不再明顯。從藥劑費(fèi)用上來(lái)看，PFS和PAC價(jià)格大約2200元/噸，F(xiàn)eCl3價(jià)格大約2400元/噸。因此，從處理成本及處理效果的綜合因素來(lái)看，使用FeCl3作為該污水的化學(xué)除磷藥劑較為合適，按40mg/L的投加量來(lái)計(jì)算，噸水的藥劑成本為0.096元。

3.3生產(chǎn)運(yùn)行化學(xué)除磷投加點(diǎn)選擇

化學(xué)除磷根據(jù)藥劑投加點(diǎn)的不同，可以分為：前沉析、同步沉析、后沉析等［13］。采用前沉析時(shí)，藥劑投加量大、污泥產(chǎn)量會(huì)增多，同時(shí)會(huì)降低污水中的有機(jī)碳源，不利于低濃度污水的脫氮除磷。采用后沉析時(shí)，需要設(shè)置單獨(dú)的混凝沉淀設(shè)備設(shè)施，增加處理流程。綜合考慮以上因素，漯河沙北污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行中嘗試采用同步沉析的方法，把化學(xué)藥劑的投加點(diǎn)選在氧化溝到二沉池中間的配水井上，通過(guò)管道混合和二沉池的周邊配水完成藥劑的混凝反應(yīng)過(guò)程。這樣選擇投加點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是，污水中的磷先經(jīng)生物除磷被大部分去除，因此加藥量較前沉析少，污泥產(chǎn)量少，無(wú)需專門的混凝沉淀設(shè)施。除磷藥劑選擇FeCl3，投加量按40mg/L進(jìn)行。

3.4生產(chǎn)運(yùn)行除磷效果

漯河沙北污水處理廠自2015年11月下旬開始采用化學(xué)除磷處理，化學(xué)藥劑投加3天后，出水總磷迅速降低到0.3mg/L以下，目前可以穩(wěn)定運(yùn)行在0.2mg/L左右，對(duì)比2015年4月同期的總磷出水指標(biāo)來(lái)看，化學(xué)除磷效果顯著。2016年4月份進(jìn)出水總磷及去除率見表2。

圖4　FeCl3除磷效果

表2　2016年4月進(jìn)出水總磷及處理效率

3.5化學(xué)藥劑對(duì)活性污泥的影響

化學(xué)藥劑投加后，會(huì)對(duì)污泥產(chǎn)量及污泥特性產(chǎn)生影響，通常會(huì)增加污泥量，改善污泥粒徑的大小，提高污泥沉降性能，有利于污泥的沉淀［14］。通過(guò)污水廠的生產(chǎn)運(yùn)行表明，化學(xué)藥劑投加后污泥量增加約為8%，活性污泥菌膠團(tuán)增大，污泥體積指數(shù)由150降低到120左右，間接說(shuō)明了污泥性能的改善。

4　結(jié)論

（1）生產(chǎn)實(shí)踐表明，在生物強(qiáng)化除磷基礎(chǔ)上輔以化學(xué)除磷，可以把出水總磷穩(wěn)定在0.3mg/L以下。投加混凝劑可以改善污泥性能，沒(méi)有對(duì)污水處理的其它運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

（2）各污水廠水質(zhì)不同，具體的污水處理工藝不同，需要通過(guò)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)來(lái)篩選合適的化學(xué)藥劑及其投加量。

（3）需要結(jié)合污水處理工藝的實(shí)際情況，確定合理的藥劑投加點(diǎn)，以降低藥劑消耗和處理成本。

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李寶生（1968年9月），河南漯河人，長(zhǎng)期從事城市污水處理廠運(yùn)行管理工作，工程師。