城市污水處理廠化學(xué)強(qiáng)化除磷藥劑的應(yīng)用比較

趙 莎，陳傳運(yùn)，劉 文，高 原

（濟(jì)寧中山公用水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

隨著國(guó)家環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略的不斷強(qiáng)化和實(shí)施，保障措施的不斷增多，全國(guó)地表水環(huán)境和水質(zhì)持續(xù)好轉(zhuǎn)，但水污染狀況依然嚴(yán)峻。磷作為城市污水中的污染物質(zhì)之一，以多種形式存在于污水中。在城鎮(zhèn)污水中，作為污染物質(zhì)的磷主要通過(guò)點(diǎn)源污染進(jìn)入水體。污水中的磷主要來(lái)源于家用洗滌劑（洗衣粉），特別是三磷酸鹽作為骨架成分引入合成洗衣粉后，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重。

北方某污水處理廠主要處理主城區(qū)的生活污水和少量工業(yè)廢水，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為20萬(wàn)t/d，占地面積330畝（1畝≈0.067 hm2）。預(yù)處理單元采用粗格柵+曝氣沉砂池+細(xì)格柵工藝，主要去除污水中的懸浮物、漂浮物和細(xì)小的砂礫；生物處理單元采用厭氧+缺氧+好氧主體工藝，好氧池中投加了懸浮填料形成了AAO/MBBR工藝，強(qiáng)化了脫氮除磷效果；深度處理段采用混凝沉淀+濾布濾池過(guò)濾+紫外消毒工藝，進(jìn)一步去除污水中的COD和總磷；出水水質(zhì)要求達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中出水總磷指標(biāo)應(yīng)不大于0.5 mg/L。

生物除磷是通過(guò)將活性污泥交替在厭氧和好氧狀態(tài)下運(yùn)行，能使過(guò)量聚集磷酸鹽的聚磷菌占優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷，在好氧狀態(tài)下過(guò)量地?cái)z取磷，通過(guò)排放富磷剩余污泥，可去除污水中更多的磷。生物除磷的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，不投加化學(xué)藥劑，利用系統(tǒng)現(xiàn)有碳源，不會(huì)產(chǎn)生次生災(zāi)害，但缺點(diǎn)是除磷效果不穩(wěn)定，排泥不及時(shí)，還容易出現(xiàn)二次釋磷。

由于中國(guó)城市污水中的COD/TP較低，采用單一的生物除磷技術(shù)很難穩(wěn)定地達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的要求，往往需要輔助化學(xué)除磷措施來(lái)滿足要求[1]。該廠化學(xué)除磷的主要單元為混凝沉淀池，但通過(guò)單純的這段處理，出水總磷瞬時(shí)值仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。為確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，設(shè)計(jì)了兩段式除磷劑投加，在生物處理段好氧池出水處設(shè)計(jì)了同步加藥裝置。選用凝聚性能良好、絮凝體生產(chǎn)迅速、試用水體pH值范圍廣的聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鐵（PFS）[2]及新型除磷藥劑益維磷作為混凝劑，對(duì)生物處理段出水進(jìn)行化學(xué)除磷生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，確定適用的混凝劑種類、用量及運(yùn)行成本，為污水處理廠的化學(xué)強(qiáng)化除磷提供數(shù)據(jù)參考和技術(shù)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原水為生物處理段好氧池出水，總磷質(zhì)量濃度為1.0～2.0 mg/L?；炷齽┻x取聚合氯化鋁（PAC）、益維磷、聚合硫酸鐵（PFS）3種，技術(shù)指標(biāo)如下。

聚合氯化鋁（PAC）：黃色液體，有效成分Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%，相對(duì)質(zhì)量濃度1.18 g/mL。

益維磷：灰綠色固體粉劑，有效成分Al（OH）3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%。

聚合硫酸鐵（PFS）：黑色液體，有效成分全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%，相對(duì)質(zhì)量濃度1.45 g/mL。

1.2 分析方法

待測(cè)水樣經(jīng)過(guò)靜止沉淀后取上清液，檢測(cè)上清液的磷酸根濃度，采用哈希試劑分光光度法。

2 3種化學(xué)藥劑的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.1聚合氯化鋁（PAC）

鋁鹽的優(yōu)點(diǎn)：①長(zhǎng)期以來(lái)中國(guó)水處理除磷試劑普遍采用鋁鹽混凝劑，具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)；②其溶液酸性較弱，對(duì)設(shè)備基本不存在腐蝕性。缺點(diǎn)：①有效成分較低；②與鐵鹽相比，適用的pH值較小，受水溫的影響較大；③對(duì)生物會(huì)有一定影響。

2.2 益維磷

由于本產(chǎn)品不是水處理除磷試劑中普遍采用的藥劑，因此產(chǎn)品的特點(diǎn)只能是廠家提供的特點(diǎn)：①高效，除磷效率可高達(dá)95%以上，處理后的水質(zhì)優(yōu)于國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；②經(jīng)濟(jì)，具有投加量小、污泥增加量少、綜合成本低的優(yōu)點(diǎn)；③便捷，投加簡(jiǎn)單方便，不改變?cè)泄に?，可根?jù)工藝條件和污水水質(zhì)選擇合適的投加點(diǎn)；④安全，對(duì)微生物群無(wú)影響，同時(shí)具有降低出水SS功能。

缺點(diǎn)：在北方某污水處理廠藥劑試驗(yàn)效果比較中，發(fā)現(xiàn)其藥劑成本并不低。

2.3 聚合硫酸鐵（PFS）

鐵鹽的優(yōu)點(diǎn)：適用的pH值范圍大，受水溫的影響小。

缺點(diǎn)：①由于鐵鹽與水中的雜質(zhì)形成溶劑性絡(luò)合物，造成出水帶黃色；②鐵鹽的酸性較強(qiáng)，對(duì)設(shè)備存在一定的腐蝕性。

有研究發(fā)現(xiàn)，硝化菌和亞硝化菌的活性均會(huì)受到投加鐵鹽的影響，可能是由于污泥絮體緊密性的增強(qiáng)限制了硝化菌與氧氣接觸，損壞了它們的活動(dòng)，但投加Fe（Ⅲ）所形成的絮體結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，其影響比Fe（Ⅱ）稍小。

3 化學(xué)除磷藥劑生產(chǎn)性試驗(yàn)

根據(jù)生產(chǎn)需要及現(xiàn)場(chǎng)安排，10月份，北方某污水處理廠在生物處理段出水處投加的除磷藥劑為聚合氯化鋁（PAC），11月3日至15日投加的除磷藥劑為益維磷，11月17日至24日投加的除磷藥劑為聚合硫酸鐵（PFS）。

聚合氯化鋁（PAC）試驗(yàn)期間只對(duì)二沉池出水和在線總出水進(jìn)行了數(shù)據(jù)跟蹤，未對(duì)好氧池出水進(jìn)行跟蹤；益維磷與聚合硫酸鐵生產(chǎn)性試驗(yàn)期間，對(duì)好氧池出水、二沉池出水及在線總出水進(jìn)行了跟蹤。

3.1 生產(chǎn)性試驗(yàn)期間進(jìn)水總磷值

試驗(yàn)期間進(jìn)水總磷曲線圖如圖1所示，從圖1可以看出，在好氧池末端投加聚合氯化鋁（PAC）作為化學(xué)除磷藥劑期間，污水廠進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度在2.34～8.21 mg/L之間波動(dòng)，均值為3.65 mg/L；在益維磷投加期間進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度在2.15～5.13 mg/L之間波動(dòng)，均值為3.88 mg/L；在聚合硫酸鐵（PFS）投加期間，進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度在3.79～4.57 mg/L之間波動(dòng)，均值為4.08 mg/L，相比聚合氯化鋁（PAC）與益維磷投加期間，進(jìn)水總磷稍有提高。

圖1 試驗(yàn)期間進(jìn)水總磷曲線圖

3.2 生產(chǎn)性試驗(yàn)期間深度處理段藥劑投加質(zhì)量濃度

在生產(chǎn)性試驗(yàn)期間，該污水處理廠在深度處理段投加的化學(xué)藥劑均為聚合氯化鋁（PAC），投加質(zhì)量濃度如圖2所示。從圖2可以看出，在好氧池末端投加聚合氯化鋁（PAC）藥劑時(shí)，深度處理段投加的PAC質(zhì)量濃度最高，投加益維磷與聚合硫酸鐵時(shí)，深度處理段投加的聚合氯化鋁（PAC）質(zhì)量濃度基本相當(dāng)，與投加聚合氯化鋁（PAC）時(shí)相比，較少。

圖2 試驗(yàn)期間深度處理段聚合氯化鋁（PAC）投加質(zhì)量濃度

4 結(jié)果與討論

4.1 3種化學(xué)除磷藥劑除磷效果對(duì)比

3種除磷劑處理效果曲線圖如圖3所示，從圖3可以看出，益維磷投加期間，好氧池出水（加藥前）PO43-質(zhì)量濃度在0.95～1.52 mg/L之間波動(dòng)，均值為1.22 mg/L，加藥后二沉池出水PO43-質(zhì)量濃度在0.74～1.12 mg/L之間波動(dòng)，均值達(dá)到0.92 mg/L，對(duì)PO43-的去除率在10%～40%之間，經(jīng)深度處理段除磷后在線出水總磷穩(wěn)定在0.3 mg/L以下。

圖3 3種除磷劑處理效果曲線圖

聚合硫酸鐵（PFS）投加期間，好氧池出水（加藥前）PO43-質(zhì)量濃度在0.99～1.45 mg/L之間波動(dòng)，均值為1.21 mg/L，加藥后二沉池出水PO43-質(zhì)量濃度在0.68～0.98 mg/L之間波動(dòng)，均值達(dá)到0.84 mg/L，對(duì)PO43-的去除率在8%～50%之間，經(jīng)深度處理段除磷后在線出水總磷質(zhì)量濃度在0.35 mg/L以下，均值為0.29 mg/L。

聚合氯化鋁（PAC）投加期間，二沉池出水在0.73～1.31 mg/L之間波動(dòng)，整體呈上升趨勢(shì)，均值為1.0 mg/L，經(jīng)深度處理段除磷后在線出水總磷在0.18～0.42 mg/L之間波動(dòng)，波動(dòng)較大，存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，均值為0.32 mg/L。

綜上，對(duì)比二沉池出水PO43-數(shù)據(jù)，可以看出3種藥劑的除磷效果為聚合硫酸鐵（PFS）＞益維磷＞聚合氯化鋁（PAC）。

4.2 3種化學(xué)除磷藥劑處理成本對(duì)比

3種除磷藥劑的投加質(zhì)量濃度及處理成本如圖4和表1所示。從中可以看出，聚合氯化鋁（PAC）的投加質(zhì)量濃度在5.62～8.41 mg/L之間波動(dòng)，相對(duì)穩(wěn)定，均值為7.85 mg/L，每噸水處理成本在0.03～0.05元之間波動(dòng)，均值為0.04元。益維磷試驗(yàn)期間投加質(zhì)量濃度在12.12～33.86 mg/L之間波動(dòng)，均值為22.83 mg/L，每噸水處理成本為0.064元。聚合硫酸鐵（PFS）試驗(yàn)期間投加質(zhì)量濃度在2.95～8.66 mg/L之間波動(dòng)，均值為6.15 mg/L，每噸水處理成本為0.020元。

表1 3種藥劑投加質(zhì)量濃度與成本對(duì)比表

圖4 3種除磷藥劑的投加質(zhì)量濃度及處理成本圖

因此，綜上可得出3種藥劑的處理成本為益維磷＞聚合氯化鋁（PAC）＞聚合硫酸鐵（PFS）。

5 結(jié)論

在聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）和益維磷3種化學(xué)除磷藥劑生產(chǎn)性試驗(yàn)期間，北方某污水處理廠進(jìn)水總磷相對(duì)穩(wěn)定，深度處理段除磷劑加藥正常，不會(huì)對(duì)試驗(yàn)效果產(chǎn)生影響。

3種化學(xué)除磷藥劑的除磷效果為聚合硫酸鐵（PFS）＞益維磷＞聚合氯化鋁（PAC），處理成本為益維磷＞PAC＞PFS，PFS處理效果最好，成本最低。