城市生活污水處理廠污水除磷效果的措施

楊會(huì)芳，王 芳

（1.漯河市郾城區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站；2.臨潁縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 漯河 462000）

在正常的淡水系統(tǒng)中磷含量通常是有限的，增加磷酸鹽會(huì)導(dǎo)致植物過(guò)度生長(zhǎng)。含磷的污水是水污染的重要來(lái)源之一，這種富含營(yíng)養(yǎng)元素（N、P、K等）的污水排入江河湖海，會(huì)使水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，藻類增殖，造成“水華”現(xiàn)象等。

一直以來(lái)，內(nèi)河水質(zhì)呈現(xiàn)有機(jī)型和富營(yíng)養(yǎng)型的污染類型，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，造成魚(yú)類和其他水生生物大量死亡。經(jīng)過(guò)幾年的環(huán)保治理，以化學(xué)需氧量為指標(biāo)的有機(jī)型污染有所控制，但以總磷、氨氮為指標(biāo)的富營(yíng)養(yǎng)化型污染尚未有明顯效果，尤其是磷酸鹽[1]。而去除點(diǎn)源污水中的氮和磷，是最先進(jìn)、最經(jīng)濟(jì)、最有效的防治水體富營(yíng)養(yǎng)化的積極措施。

1 磷的來(lái)源

磷的來(lái)源一般包括生活廢水、地表徑流、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)、降水等幾部分。排入內(nèi)河流域的磷主要來(lái)自生活污水、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)田徑流，每天排入量分別占63%、21%、17%[1]。生活污水中，80%的磷來(lái)自人體排泄，其余的來(lái)自于洗滌廢水和食物廢渣。其中含磷洗衣粉是生活含磷污水的主要來(lái)源。生活污水中磷主要以正磷酸鹽離子、聚合磷酸鹽離子、縮合磷酸鹽和有機(jī)磷化物的形式出現(xiàn)，此外還有各種非溶解性無(wú)機(jī)磷。

降水中磷也是內(nèi)河中磷的來(lái)源之一，包含在地表徑流中。降水中磷的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，降水中總磷的濃度在0.03～0.04 mg/L。

2 污水處理系統(tǒng)主要工藝及除磷機(jī)理

2.1 污水處理系統(tǒng)主要工藝

污水處理廠一般采用生物活性污泥法處理污水。生物活性污泥法處理工藝將活性污泥交替在厭氧和好氧狀態(tài)下運(yùn)行，如A/O（厭氧-好氧系統(tǒng)）、SBR（間歇式活性污泥法），如圖1所示。由于生物除磷是一個(gè)復(fù)雜的生物過(guò)程，很多因素都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，如pH、溫度、運(yùn)行負(fù)荷等。生物除磷法的工藝流程因?qū)嶋H工程需要可以稍作調(diào)整[2]。

圖1 生物活性污泥法處理工藝

2.2 生物除磷機(jī)理

活性污泥法廢水處理除磷過(guò)程是基于聚磷菌在好氧及厭氧條件下攝取及釋放磷的原理，分為三個(gè)階段。

2.2.1 無(wú)機(jī)磷鹽釋放到環(huán)境中去磷菌的過(guò)量攝取磷

在好氧條件下，除磷菌利用廢水中的有機(jī)物或體內(nèi)儲(chǔ)存的聚b-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量，供聚磷菌主動(dòng)吸收水環(huán)境中的磷酸鹽，如圖2（a）所示。一部分磷被用來(lái)合成ATP（三磷酸腺苷），另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而儲(chǔ)存在細(xì)胞體內(nèi)，這就是聚磷菌的好氧現(xiàn)象[3-4]。

2.2.2 聚磷菌的磷釋放

微生物在厭氧環(huán)境時(shí)，聚磷菌分解體內(nèi)的聚磷酸鹽，無(wú)機(jī)磷鹽釋放到環(huán)境中，并利用ATP將廢水中的有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚b-羥基丁酸等有機(jī)顆粒的形式儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外，如圖2（b）所示。

2.2.3 富磷污泥的排放

在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用聚磷菌的這一特點(diǎn)和厭氧-好氧交替的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)磷酸鹽的轉(zhuǎn)移。通過(guò)剩余污泥的排放，污水中磷的含量大大降低，實(shí)現(xiàn)高效生物除磷的目的。

圖2 生物除磷機(jī)理

2.3 生物除磷特點(diǎn)和不足

生物法除磷的優(yōu)點(diǎn)是可以利用原有廢水生化處理設(shè)備，不需要大量增加額外投資費(fèi)用，可同時(shí)去除廢水中的有機(jī)物，運(yùn)行費(fèi)用較低[5]。但是，設(shè)備、工藝運(yùn)行穩(wěn)定性差，易受廢水溫度和酸堿度影響，磷的去除效率不高且不穩(wěn)定，有時(shí)還需進(jìn)行磷的二次處理，磷的回收也較難進(jìn)行。

3 除磷強(qiáng)化措施

在污水處理流程中，使用活性污泥微生物法除磷存在滯后現(xiàn)象，處理后的水中磷含量反而會(huì)比未處理的磷含量更高，同時(shí)污水中有機(jī)物的可降解性對(duì)生物除磷效果有至關(guān)重要的影響。污水處理車間進(jìn)水的可快速降解使得有機(jī)物含量不足，導(dǎo)致除磷效果不理想。

近年來(lái)，含磷洗滌劑等含磷產(chǎn)品的使用，造成生活污水的磷含量越來(lái)越高，污水處理廠將面對(duì)污水中磷越來(lái)越高的情況。一般污水處理工藝對(duì)磷的去除能力較差，生化處理有時(shí)會(huì)出現(xiàn)處理不徹底、不穩(wěn)定的現(xiàn)象。針對(duì)以上情況，投加除磷藥劑可以有效去除生活污水中的磷，彌補(bǔ)生化處理的不足。

3.1 強(qiáng)化生物除磷措施

強(qiáng)化生物除磷是目前比較優(yōu)越的、也是比較實(shí)用的廢水處理方法之一，這是一種完全采用活性污泥系統(tǒng)而完善強(qiáng)化的微生物除磷工藝。其主要工藝特點(diǎn)為：強(qiáng)化好氧條件下，除磷菌利用有機(jī)物或體內(nèi)儲(chǔ)存聚b-羥基丁酸的氧化分解能力，使聚磷菌更好地主動(dòng)吸收水環(huán)境中的磷酸鹽；在厭氧環(huán)境時(shí)，聚磷菌能更好地分解體內(nèi)的聚磷酸鹽，將無(wú)機(jī)磷鹽釋放到環(huán)境中。

優(yōu)化工藝流程，選擇除磷率高的流程。如果沉淀效果不好，可在沉淀后加一個(gè)砂濾池，這樣磷可達(dá)標(biāo)，出水澄清。

根據(jù)城市污水工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以提高好氧段的溶解氧濃度，同時(shí)降低厭氧區(qū)的溶解氧濃度，形成一個(gè)低→高→低的溶解氧梯度分布區(qū)域，使整個(gè)好氧區(qū)溶解氧濃度在一個(gè)較好的范圍內(nèi)，保證微生物硝化和吸磷的環(huán)境。一般厭氧段溶解氧應(yīng)嚴(yán)格控制在0.2 mg/L以下，而好氧段溶解氧控制在2 mg/L左右比較合適。

在生物除磷工藝中，聚磷菌是活性污泥除磷的關(guān)鍵，因此提高生物除磷工藝除磷效率方法就是提高聚磷菌在整個(gè)生物系統(tǒng)中的生物量，采用合適的優(yōu)勢(shì)菌種并加以培養(yǎng)，就可以達(dá)到較好的除磷效果。

沉淀池內(nèi)的污泥要及時(shí)抽取，防止聚磷菌重新將磷釋放到廢水中；針對(duì)污泥池的富集磷，可以加入石灰將磷穩(wěn)定，同時(shí)改善污泥的壓慮性。

3.2 輔助化學(xué)處理除磷

生物除磷的唯一不足是穩(wěn)定性和靈活性較差，導(dǎo)致生物出水很難達(dá)到國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此需要增加化學(xué)除磷[6]。在水處理過(guò)程中，除磷藥劑在水中形成吸附體系，通過(guò)對(duì)污水中磷的吸附、架橋、沉淀作用，以及菌膠團(tuán)的吸附作用，在沉淀時(shí)與活性泥一起沉淀，達(dá)到除磷的目的。

化學(xué)除磷是通過(guò)投加多價(jià)金屬離子鹽來(lái)產(chǎn)生化學(xué)沉析完成的，向污水中投加無(wú)機(jī)金屬鹽藥劑，如鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、鎂鹽等，無(wú)機(jī)金屬鹽與污水中溶解性的鹽類（主要是磷酸鹽）混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，這一過(guò)程涉及相轉(zhuǎn)移過(guò)程。例如，向水中投加硫酸亞鐵，其反應(yīng)方程式如式（1）所示。

化學(xué)除磷效率高，一般可以達(dá)到75%，去除效率穩(wěn)定可靠，可以保證最終出水中的磷小于1 mg/L。另一種加藥除磷的方法是在生化出水后加化學(xué)藥劑，這種方法既可將磷轉(zhuǎn)化為磷酸鹽沉淀加以去除，又可將生化后懸浮物凝結(jié)成較大的絮凝物，從而改善污水的沉降性能，沉淀池出水清澈，一般不經(jīng)過(guò)過(guò)濾可直接回用于綠化、沖廁等場(chǎng)所。

4 結(jié)語(yǔ)

基于污水處理生物除磷和化學(xué)除磷的機(jī)理，生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，降低厭氧區(qū)進(jìn)水溶解氧濃度，控制內(nèi)、外污泥回流比，適度調(diào)整好氧區(qū)溶解氧分布梯度，提高聚磷菌在整個(gè)生物系統(tǒng)中的生物量，采用合適的優(yōu)勢(shì)菌種并加以培養(yǎng)，就可以達(dá)到較好的除磷效果。連續(xù)排除剩余污泥可以減少磷在系統(tǒng)的積累?；瘜W(xué)除磷效率高，一般可以達(dá)到75%，去除效率穩(wěn)定可靠。但是，除磷化學(xué)藥劑質(zhì)量安全令人擔(dān)憂，使用廢鋁渣生產(chǎn)的硫酸鋁、PAC等除磷產(chǎn)品極有可能含有磷、重金屬、氟化物等有毒有害物質(zhì)。隨著這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在污水處理廠中，污水處理廠極有可能成為危廢的轉(zhuǎn)移基地，人們必須高度警惕。

1 任 禾.內(nèi)河磷污染來(lái)源調(diào)查分析[EB/OL].（2013-02-25）（2018-02-08）.http：//blog.sina.com.cn/s/blog_53296d5201016hjb.html.

2 白卯娟，楊 波，史新妍.對(duì)五種含磷水治理方法的分析[J].中國(guó)資源綜合利用，2004，（4）：27-29.

3 彭藝藝，孟憲翚，劉廣釗，等.影響生物除磷效果的幾點(diǎn)因素探討[J].中國(guó)給水排水，2013，29（1）：84-87.

4 鄭興燦，張 悅.化學(xué)-生物聯(lián)合絮凝的污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝[J].中國(guó)給水排水，2000，16（7）：29-32.

5 朱學(xué)紅，馬勤增.強(qiáng)化污水除磷效果的措施探討[J].山西建筑，2016，42（30）：122-123

6 徐曉軍.化學(xué)絮凝劑的作用原理[M].北京：科學(xué)出版社，2005.