城市污水處理廠化學(xué)除磷研究

徐錫梅，馬凱迪，應(yīng)琦琰，彭 慧，章文華，任 瑩，Max Dohmman，劉洪波

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093；3.亞琛工業(yè)大學(xué)水和固體廢物管理研究所,德國亞琛 52056)

磷污染是目前水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵影響因素。污水處理廠僅依靠生物除磷很難保證出水百分百達(dá)標(biāo)排放，研究新型材料應(yīng)用于水處理進(jìn)行脫氮除磷已是一個(gè)重要方向[1-4]，但因受進(jìn)水水質(zhì)的溫度、酸堿度、有機(jī)負(fù)荷等的影響較大，目前普遍采用生物除磷輔以化學(xué)除磷的技術(shù)[5-6]。

蘇州工業(yè)園區(qū)第二污水處理廠主要負(fù)責(zé)處理區(qū)內(nèi)南片工業(yè)廢水及居民生活污水，該廠采用AAO 除磷脫氮處理工藝，一期工程于2009年投入試運(yùn)行，現(xiàn)處理能力為15萬m3/d。出水指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)執(zhí)行太湖流域標(biāo)準(zhǔn)，其中TP不得高于0.5 mg/L。為保證出水達(dá)標(biāo)排放，該廠設(shè)計(jì)時(shí)選擇同步沉析法，在好氧池出水口末端設(shè)置藥劑投加點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中恒量投加硫酸鋁，嚴(yán)格控制，確保出水達(dá)標(biāo)排放。

提到化學(xué)除磷，磷的去除效率與化學(xué)藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置、污泥濃度、pH、溫度等多種因素有關(guān)[7]。其中，藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置對化學(xué)除磷效果影響最為顯著[8]。長期恒量、過量投加藥劑，不僅浪費(fèi)藥劑增加成本，還有可能富集在回流污泥中破壞生物除磷[9]。針對此問題，本文結(jié)合該污水廠現(xiàn)有工藝特點(diǎn)，開展了實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)，進(jìn)一步提出化學(xué)除磷的優(yōu)化方案。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)用水及水質(zhì)

試驗(yàn)原水為該污水處理廠好氧池出水，水質(zhì)如下:pH值為6.85～7.40,TP為0.350～1.20 mg/L。因廠內(nèi)恒量投加藥劑，好氧池出水TP時(shí)常低于0.5 mg/L，為使試驗(yàn)條件基本相同，試驗(yàn)前通過向生物反應(yīng)池出水中外加磷酸二氫鉀溶液的方式，盡量統(tǒng)一原水樣TP濃度。

1.2 試驗(yàn)儀器和試劑

主要混凝試劑包括液體硫酸鋁(Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.8%)、聚合氯化鋁(PAC，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)、聚合硫酸鐵(PFS，全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%)。

主要試驗(yàn)試劑包括鉬酸鹽、抗壞血酸、 磷酸二氫鉀、磷標(biāo)準(zhǔn)液等。

主要儀器包括ZR4-6型六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)、高壓滅菌鍋、雷磁pH計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)Thermo EV300。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，在水樣pH為中性偏弱堿性的條件下，比較各試劑不同投加比例下的去除效果；第二階段，比較試劑最佳投加比，在不同pH及攪拌時(shí)間下的去除率變化。具體為：采用 ZR4-6型六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，取1 L水樣置于6個(gè)攪拌杯中，先快速攪拌2 min，轉(zhuǎn)速為120 r/min，再慢速攪拌15 min，轉(zhuǎn)速為50 r/min，隨后靜置30 min，取上清液檢測TP濃度。

1.4 分析方法

TP的濃度測定采用《水質(zhì)總磷的測定》(GB 11893—1989)中的鉬酸銨分光光度法；pH采用《水質(zhì)pH值的測定玻璃電極法》(GB/T 6920—1986)。

2 結(jié)果及討論

2.1 藥劑優(yōu)選試驗(yàn)

通過外加磷酸二氫鉀溶液將生物反應(yīng)池出水TP濃度適當(dāng)調(diào)節(jié)后，分別向其中投加0、20、40、60、80 mg/L和100 mg/L的液體硫酸鋁、PAC、PFS，根據(jù)所述試驗(yàn)方法，分別對三種混凝劑各進(jìn)行5組小試。試驗(yàn)得到的出水TP濃度如圖1～圖3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，三種混凝劑的投加均可以使出水TP降到0.5 mg/L，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。相比之下，PAC的除磷效果最好，硫酸鋁、PFS次之。要使出水達(dá)標(biāo)排放，PAC投加量為60 mg/L，硫酸鋁、PFS需要投加80 mg/L。通過成本核算，硫酸鋁、PAC、PFS單位藥劑成本分別為800、650、400元/m3，綜合考慮TP的去除效果、投加的可操作性及成本，選擇PAC為最佳混凝藥劑。

2.2 最佳條件試驗(yàn)

按聚合氯化鋁的最佳投加量60 mg/L，調(diào)節(jié)每組燒杯中水樣的pH值分別至5、6、7、8、9，一組pH值的水樣分別在攪拌時(shí)間為10、15、20 min和25 min下進(jìn)行化學(xué)除磷試驗(yàn)，考察pH和攪拌時(shí)間對PAC混凝除磷效果的影響，如圖4所示。

圖1 硫酸鋁的除磷效果Fig.1 Phosphorous Removal Efficiency of Al 2(SO4)3

圖3 硫酸鐵的除磷效果Fig.3 Phosphorous Removal Efficiency of PFS

圖2 聚合氯化鋁的除磷效果Fig.2 Phosphorous Removal Efficiency of PAC

圖4 不同條件下聚合氯化鋁的除磷效果Fig.4 Phosphorous Removal Efficiency of PAC under Different Conditions

由圖4可知，攪拌時(shí)間、pH對PAC除磷效果都有一定的影響。在相同的pH下，攪拌時(shí)間越長，除磷效果越好。但是當(dāng)攪拌時(shí)間超過15 min后，隨著攪拌時(shí)間的延長，除磷效果并沒有明顯增加。因此，PAC除磷的最佳攪拌時(shí)間為15 min。在攪拌時(shí)間為15 min、pH值為7～8時(shí)，PAC的除磷效果最佳。

3 結(jié)論

對硫酸鋁、PAC、PFS在同步沉析的投加點(diǎn)水樣，分別進(jìn)行化學(xué)除磷藥劑最佳投加量試驗(yàn)和條件試驗(yàn)。最佳投加量試驗(yàn)表明，PAC的除磷效果最好，最佳投加量為60 mg/L；條件試驗(yàn)表明，攪拌時(shí)間為15 min、pH值為7～8時(shí)，PAC的除磷效果最佳。但是，實(shí)際生產(chǎn)中好氧段出水基本也是呈現(xiàn)中性或弱堿性，將藥劑投加點(diǎn)設(shè)置在離出水口15 min的位置，實(shí)時(shí)關(guān)注投加點(diǎn)TP含量，再通過自動控制措施微調(diào)投加量，理論上完全能確保出水達(dá)標(biāo)排放。由于實(shí)際生產(chǎn)中每批次的藥劑有個(gè)別差異，應(yīng)先通過生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證后再確定。