我國(guó)城鎮(zhèn)生活污水廠除磷技術(shù)研究進(jìn)展

宋曉喬，周 濤，任天龍，馬傳澍，白晉民

(1.西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院，陜西 西安 710043；2.西安創(chuàng)業(yè)水務(wù)有限公司，陜西 西安 710086)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活污水越來(lái)越多，生活污水中的氮和磷等物質(zhì)如果直接排放的話會(huì)使得水體造成富營(yíng)養(yǎng)化。目前城鎮(zhèn)生活污水廠技術(shù)或多或少難以使得氮和磷的去除效率都達(dá)標(biāo)。西安市某污水處理廠就長(zhǎng)期存在磷不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，西安市污水廠面臨2020 年底達(dá)到地表水準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提標(biāo)改造要求，提高城市污水處理廠除磷能力勢(shì)在必行。分析我國(guó)城鎮(zhèn)生活污水廠除磷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，探討除磷前沿技術(shù)，為該廠選擇最優(yōu)方案奠定基礎(chǔ)。

1 城鎮(zhèn)生活污水廠除磷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 生物除磷

生物除磷技術(shù)我國(guó)城鎮(zhèn)生活污水廠采用較多的技術(shù)，主要利用除磷菌在厭氧、好氧交替的環(huán)境下釋磷吸磷，以高磷污泥的形式在二沉池泥水分離后被排放出去?，F(xiàn)階段，我國(guó)大多數(shù)污水處理廠中，常見(jiàn)的除磷工藝有：A/O工藝、A2/O工藝、或其改良方案A1/O-A2/O多級(jí)多段工藝、A2/O多級(jí)多段工藝以及SBR等。西北地區(qū)某污水處理廠采用A2/O多級(jí)多段工藝出水水質(zhì)偶爾出水0.5～1 mg/L之間波動(dòng)；A2N-SBR(稱短程硝化-反硝化脫氮除磷工藝)在處理生活污水磷的去除率較高[1]；王少坡[2]等人利用A0-SBR工藝在長(zhǎng)期低聚磷條件下處理含磷廢水效果良好；韓苗苗[3]利用SBMBBR工藝處理城鎮(zhèn)廢水，其OP去除率為64.6%。目前，生物除磷技術(shù)由于其工藝復(fù)雜、在工程實(shí)際運(yùn)行中，若二沉池控制不當(dāng)，則磷易釋放入水中等一些原因，造成其出水水質(zhì)變差，去除效率低以及去除效果不穩(wěn)定等特點(diǎn)。

1.2 化學(xué)除磷

化學(xué)沉淀法除磷機(jī)理是向含磷廢水中投加常用的鋁鹽、鐵鹽或者鈣鹽等化學(xué)絮凝劑，金屬離子與水中存在的磷酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的金屬磷酸鹽，然后通過(guò)沉淀的方法實(shí)現(xiàn)固液分離，最終達(dá)到除磷的目的?；瘜W(xué)除磷的優(yōu)點(diǎn)是可高效除磷，具有簡(jiǎn)單的工藝流程，運(yùn)行起來(lái)可靠；缺點(diǎn)主要是高費(fèi)用且會(huì)產(chǎn)生大量污泥[4]。馮錦梅和陸俊晨[5]采用常用的化學(xué)混凝劑對(duì)二級(jí)生化出水的除磷效果，其中硫酸鋁及三氯化鐵除磷效果好，硫酸鋁優(yōu)于三氯化鐵，可以使得出水TP小于0.5 mg/L以下。

現(xiàn)階段，化學(xué)除磷復(fù)配混凝劑的應(yīng)用范圍得到了廣泛的發(fā)展，迅速擴(kuò)展到給水處理、排水處理、工業(yè)廢水處理等多個(gè)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。我國(guó)采用化學(xué)除磷的絮凝劑存在以下問(wèn)題：一是除磷效果單一。例如，經(jīng)鋁鹽處理的污水澄清，色度較好，但其去除率較鐵鹽偏低，余鋁較高，經(jīng)鐵鹽處理的污水中含磷量顯著降低，但出水色度較高。有研究表明，將鋁鹽、鐵鹽進(jìn)行復(fù)配后的絮凝劑同時(shí)具備出水色度低、除磷率高的特點(diǎn)，即鐵鹽與鋁鹽在除磷過(guò)程中存在協(xié)同強(qiáng)化的作用。二是費(fèi)用高，某污水處理廠現(xiàn)使用某品牌除磷藥劑，雖然可以使出水磷達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但是每日處理費(fèi)用高達(dá)2 萬(wàn)元，廠工作人員表示成本太高。

1.3 其他除磷技術(shù)

電滲析法除磷的原理是通過(guò)在陰陽(yáng)膜之間施加直流電壓，產(chǎn)生電位差，水中帶負(fù)電的磷酸根離子通過(guò)滲析膜而移動(dòng)聚集到陰極，從而去除了水中的磷離子。在利用電滲析去除濃度較高的污廢水中的磷時(shí)，必須先進(jìn)行預(yù)處理，且電滲析法受電流強(qiáng)度、電極間距、電解時(shí)間、原水磷濃度、原水pH 值、電解質(zhì)等諸多因素影響，處理效果不穩(wěn)定，存在耗能高，產(chǎn)物難處理等問(wèn)題[6]。

.結(jié)晶法除磷的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)泥量少且容易控制，產(chǎn)物經(jīng)回收處理后可作為農(nóng)田肥料[7]?，F(xiàn)階段我國(guó)使用結(jié)晶法除磷的主要有MAP(磷酸銨鎂)和HAP(羥基磷酸鈣)兩種方法，張蕊等人[8]采用以MgO作為鎂源的MAP結(jié)晶法可以將TP為130 mg/L的含磷配水處理至DP<5 mg/L，可以將TP為105 mg/L的大豆蛋白廢水處理至DP在0.23～4.7 mg/之間；采用以HAP法磷去除率可高達(dá)95%以上。但是，結(jié)晶法處理技術(shù)當(dāng)前仍存在一定的局限性。

磁絮凝技術(shù)指將磁性微粒加入污水中，通過(guò)混凝反應(yīng)生成磁性絮體，將水體中的微小懸浮物、菌膠團(tuán)等不溶性污染物與微粒磁粉有效結(jié)合，形成更大體積和密度的磁性絮體促進(jìn)了絮凝沉淀反應(yīng)效率，降低出水色度，減少剩余污泥產(chǎn)量。曹一諾等人[9]使用磁粉50 mg/L及助凝劑PAM為1.0 mg/L處理二沉池出水，處理后的水中TP值為0.09 mg/L。磁粉與化學(xué)絮凝劑形成的磁絮體具有良好的處理效果，磁粉不但可以加強(qiáng)化學(xué)絮凝劑的沉降作用，同時(shí)兼具吸附作用，可作為今后傳統(tǒng)工藝的升級(jí)優(yōu)化方向。

吸附法除磷[10]是利用吸附劑孔隙多、比表面積大、對(duì)去除對(duì)象有親和力等特點(diǎn)對(duì)污水中的磷離子進(jìn)行吸附，來(lái)達(dá)到除磷的目的。韓金柱[11]等人利用改性的MgCl/沸石處理原水濃度為80 mg/L的含磷水樣，吸附容量達(dá)0.76 mg/g。佘健[12]等人利用0.5 g/100 mL的鋼渣將15 mg/L的磷酸鹽水樣處理至0.02 mg/L，磷的去除率達(dá)97%。吸附法除磷成本低，但因其吸附效率低、吸附后難以處理等特點(diǎn)難以在大范圍內(nèi)得到應(yīng)用，尋求高吸附效率及低成本的吸附劑是其未來(lái)發(fā)展的方向。

離子交換法是利用交換劑中的某些特定離子與磷酸根離子發(fā)生交換,置換出磷酸根離子，得到純水，進(jìn)而達(dá)到除磷的目的。Alicia Sendrowski[13]等人指出離子交換法在處理污水的時(shí)候，存在吸附容量、選擇性吸收、吸收了非去除對(duì)象離子而失效中毒等問(wèn)題，因此該種方法在實(shí)際污水處理中應(yīng)用較少。

2 城鎮(zhèn)生活污水廠除磷技術(shù)的發(fā)展與研究動(dòng)向

2.1 利用給水廠污泥處理污水中的磷

我國(guó)利用給水廠的污泥來(lái)去處理污水中的磷這一研究在當(dāng)前階段較熱。李一兵等人[14]采用給水廠含鋁污泥去除污水中的磷，磷去除率可以高達(dá)90.93% .若給水廠和污水廠較近，可以直接將給水廠污泥引入到污水廠中去使用，既能解決給水廠污泥處置的問(wèn)題，又能降低污水廠購(gòu)買(mǎi)絮凝劑的成本。而實(shí)際工程中，給水廠和污水廠較遠(yuǎn)，其運(yùn)輸成本較高且運(yùn)輸不便，若運(yùn)輸不當(dāng)，還會(huì)造成污染，所以有人就研究將其制作成固體，方便運(yùn)輸。吳輝等人[15]利用西安市曲江水廠的鋁污泥作為基礎(chǔ)材料，與膨潤(rùn)土和淀粉制得一種新型顆粒材料，其具有良好吸附性能和強(qiáng)度大等特點(diǎn)，與建筑用料進(jìn)行混合與加工，制備了具有吸磷功能的水泥/鋁污泥、黃土/鋁污泥和粉煤灰/鋁污泥建筑磚材，其鋁污泥比例越大，磚體的磷吸附率越高；馬宏林[16]利用給水污泥制得復(fù)合填料用于人工濕地,系統(tǒng)對(duì)TP的去除率能夠保持在90%以上。我國(guó)給水廠大多采用鋁鹽作為混凝劑，而鋁污泥又對(duì)磷的吸附效果較好，可以獲得較高的除磷率的同時(shí)，還能夠以廢治廢，符合我國(guó)節(jié)能減排的要求。

2.2 化學(xué)藥劑精確投加和混合投加的處理技術(shù)

郭玉梅[17]等人污水處理廠三級(jí)深度除磷系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用精確投藥系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。該污水處理廠進(jìn)水TP為4.41～10.86 mg/L，平均濃度為7.15mg/L。三級(jí)處理 Al2O3實(shí)際投藥量平均約為4.28mg/L，約為理論投藥量的6.3倍。改造完成后使用精確投藥系統(tǒng)，污水處理廠三級(jí)處理系統(tǒng)投藥量相比未使用精確投藥系統(tǒng)，PAC 投藥量降低10.5%，出水 TP濃度降低約20%，運(yùn)行成本每年可減少39萬(wàn)元，取得較好的運(yùn)行效果。侯艷玲[18]對(duì)某一示范污水廠的投藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用時(shí)序控制和PID控制策略，均能有效地保證出水磷酸鹽穩(wěn)定低于1.0 mg/L，且優(yōu)化后的控制方案可節(jié)省196～440 萬(wàn)元，這一技術(shù)在有效保證出水達(dá)標(biāo)的同時(shí)，又兼具降低成本，節(jié)約能耗的特點(diǎn)，在未來(lái)化學(xué)除磷發(fā)展方面具有廣闊應(yīng)用前景。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市污水處理廠必須根據(jù)自身實(shí)際情況，如進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行成本等影響因素，再通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)方法篩選最合理的除磷技術(shù)。傳統(tǒng)的生物除磷技術(shù)并不能滿足現(xiàn)階段污水廠的處理需求，因此，考慮到提高除磷效率及水質(zhì)提標(biāo)的目的，輔加以化學(xué)除磷的手段是最為經(jīng)濟(jì)、高效的手段，而尋找廉價(jià)易得、節(jié)能環(huán)保、高效的除磷混凝劑是化學(xué)法除磷發(fā)展的方向。