聚合鋁鐵化學(xué)強化法除磷概況及對曝氣池微生物的影響

＊李淑輝 胡曉蕾

（保定市排水服務(wù)中心 河北 071000）

近年來，我國生活水平日益改善的同時也產(chǎn)生了大量的含磷廢水，增大了污水處理廠的運行負(fù)擔(dān)，隨著我國污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，國內(nèi)很多污水處理廠處理工藝已經(jīng)難以滿足新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的磷排放限值，因此需要在對污水處理工藝升級改造的同時提升總磷的去除能力。而采用這種工藝主要是為了單純?nèi)コ鬯械牧孜镔|(zhì)，但是氧化溝工藝的生物除磷能力不夠理想。這種供應(yīng)雖然能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)同步的脫磷除碳，但是存在的弊端仍然值得注意。第一點是一些反硝化菌和聚磷菌對于碳源的競爭，會使得彼此之間在處理的過程中處于相互抑制的狀態(tài)，第二點是由于硝化細(xì)菌需要較長的年齡，但是反硝化細(xì)菌以及除磷則需要較短的年齡，彼此之間相互矛盾。通過上述分析研究中發(fā)現(xiàn)，所涉及到的一系列除磷工藝都會存在著技術(shù)手段方面的影響，無法在短期內(nèi)取得良好的處理效果。對此，許多污水處理廠在技術(shù)升級改造的過程中都務(wù)必要采用化學(xué)除磷的方法。有研究分析[1]：通過在好氧池末端分別投加聚合鋁鐵或聚鋁、聚鐵來強化生物除磷系統(tǒng)，對總磷的去除率會有很大提高。

1.化學(xué)強化生物除磷概況

（1）化學(xué)強化除磷涵義?；诨瘜W(xué)藥劑出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)在不同的處理流程中所加的成分也有所不同。需要進行嚴(yán)格的區(qū)分。其中會包括前置沉淀、協(xié)同沉淀、后置沉淀等一系列的內(nèi)容。其中同步沉淀是目前最為廣泛的工藝，以除磷為主，該工藝更多是指利用同步金屬離子，使在水中的正磷酸鹽形成一種不溶解的沉淀，而這種沉淀的狀態(tài)若是不易溶解，則可以及時排除淤泥處理干凈，也能夠達(dá)到除磷的目的。因此，這種方法十分穩(wěn)定且簡單。一方面能夠避免過量投入化學(xué)藥劑造成的成本高昂。在減少不必要支出的同時，也能夠減少大量剩余的淤泥，有著環(huán)保高效等一系列的作用。在具體施工的過程中在爆氣池的末端加入一定程度的化學(xué)除磷的藥劑，能夠再充分利用生物除磷，同時更能有著十分理想的化學(xué)效果。因此，這種方法能夠降低化學(xué)劑量的投入，省時省力且節(jié)約成本[2]。

（2）化學(xué)除磷原理。由于采用一系列化學(xué)反應(yīng)的方法除磷，是指在反應(yīng)器中增加一定的化學(xué)藥劑，在形成不溶性的磷酸鹽沉淀物以后，通過排除剩余的污泥來達(dá)到最終除磷的效果。因此，采用化學(xué)反應(yīng)方法除磷會包括四個步驟。分別為沉淀反應(yīng)、聚集反應(yīng)、絮凝反應(yīng)以及固液分離。而常見的藥劑有鈣鹽、鋁鹽等等。其中鈣鹽中最為常見的是石灰，是指通過提高水中的pH值來達(dá)到祛除磷的目的。目前這種方法的應(yīng)用相對較少，但是應(yīng)用到鋁鹽和鐵鹽除磷的作用較為廣泛。通過大量的生產(chǎn)實踐工序得知，采用化學(xué)除磷的方法一般要高于生物除磷的效率，有著更為廣泛的應(yīng)用空間和前景。

（3）普通生物除磷原理?；瘜W(xué)強化法除磷的應(yīng)用是建立在生物除磷為主的前提下[2]。一個是聚合磷酸鹽累積微生物——聚磷菌（簡稱“PAOs”）；另一個是好氧反硝化吸磷理論。聚磷菌（PAOs）的攝/放原理是在厭氧條件下聚磷菌吸收水解產(chǎn)生的揮發(fā)酸用以合成PHB/PHV，通過剩余污泥的排放，達(dá)到系統(tǒng)中除磷的效果。此理論的形成打破了傳統(tǒng)理念，實現(xiàn)了脫氮和除磷過程由一種微生物來完成，為同步生物除磷新工藝的發(fā)展提供了理論指導(dǎo)。據(jù)報道：與傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝相比，好養(yǎng)反硝化吸磷不僅氧氣消耗量降低30%，CODCR消耗量可節(jié)省50%，污泥產(chǎn)量也可減少50%。

（4）化學(xué)強化生物除磷?；瘜W(xué)強化生物除磷就是在生物除磷工藝基礎(chǔ)上加入化學(xué)除磷管路系統(tǒng)，通過向生物除磷工藝不同點位投加適合的化學(xué)藥劑進一步加強除磷效果的過程。通常污水處理廠運行管理人員采用同步沉析的方法直接將鋁鹽或者鐵鹽投入到曝氣池中，這樣兼有生物除磷與化學(xué)除磷的優(yōu)點，能夠達(dá)到很好的除磷效果，還能減少單純化學(xué)除磷藥劑的投加量。通過實驗研究和工作實踐發(fā)現(xiàn)：化學(xué)強化除磷藥劑在曝氣池末端投加最為理想，由于此處好氧吸磷的過程已基本完成，即使有部分藥劑通過回流和內(nèi)回流到達(dá)曝氣池前端，也基于回流中藥劑量較小，對生物除磷影響不大。而相同聚合鋁鐵的投加量下，在曝氣池前端投加聚合鋁鐵強化A2/O系統(tǒng)，聚磷菌的生物除磷作用則會受到一定干擾。

（5）聚鋁、聚鐵鹽反應(yīng)過程[3]及聚合鋁鐵應(yīng)用優(yōu)勢。在水質(zhì)pH=6～7并且穩(wěn)定的條件下，通過彼此之間相互碰撞、融合等一系列的反應(yīng)以后，這些聯(lián)絡(luò)物本身的表面積較大，相比于其他表面積較小的聯(lián)絡(luò)物而言，有著更強的吸附功能，且正電荷較高可以在規(guī)定的時間內(nèi)吸收到更多污水中的雜質(zhì)和負(fù)電荷的膠體，使得負(fù)電荷的電位與以往相比有明顯的下降趨勢，整個膠體處于更為平穩(wěn)的狀態(tài)，隨時再次進行后續(xù)的沉淀以后，能夠達(dá)到減少含磷總量的最終目的。除此之外，鋁鹽也通過聚集反應(yīng)可以再次生成網(wǎng)狀，考慮到鐵鹽的處理原理和鋁鹽處于基本相同的狀態(tài)，主要是因為兩者之間在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以后能夠生成磷酸鹽沉淀，再加上鐵鹽水解生成大量的單核絡(luò)合物，在彼此之間相互碰撞結(jié)合以后，更能夠形成多核的狀態(tài)，表面積較大以及具有較高正電荷的情況下，能夠吸附水中更多帶有負(fù)電荷的膠體。促進了膠體的絮凝作用使水中的顆粒有機磷得到去除。聚合鋁鐵兼具了鋁鹽及鐵鹽的性能，糅合了經(jīng)濟價位和顏色干擾等因素達(dá)到了更佳的配比處理效果。課題研究員王東升[4]在研究聚合鋁鐵強化A2/O工藝除磷中，實驗分析了投藥后活性污泥EPS及PHB等含量和組成的變化。這點在銀定莊污水處理廠運行應(yīng)用中也有突出表現(xiàn)。

2.銀定莊污水廠A2/O工藝及升級改造工藝者簡

A2/O工藝是20世紀(jì)70年代由美國一些專家在A/O法的基礎(chǔ)上開發(fā)的。具體來講，該工藝是指當(dāng)污水提前進入到厭氧區(qū)，沉池的淤泥也會回流到這一區(qū)域，而該區(qū)域所涉及到的主要功能是通過化學(xué)反應(yīng)的方式進行。按華丹混合液從厭氧區(qū)流出并流入到缺氧區(qū)以后，再次進行反硝化的化學(xué)反應(yīng)，將混合物交替以后產(chǎn)生全新的化學(xué)反應(yīng)，需要再次進行有機物的氧化和暗淡的消化，從而去除磷。因此，上述工藝存在的目的是為了更為廣泛的同步脫氮除磷的工藝?？紤]到許多微生物在不同的交替環(huán)境下共同生長，一方面能夠脫氮除磷，另一方面又能夠抑制細(xì)菌的大肆生長，因此這種工藝狀態(tài)并不會出現(xiàn)嚴(yán)重的淤泥堵塞和膨脹。保定市銀定莊污水處理廠于1996年8月開始運行，從開始的帶前置厭氧段活性污泥法A2/O工藝經(jīng)過一級B、一級A兩個階段的升級改造，成為A2/O+A/O污水處理工藝，使出水水質(zhì)達(dá)到國標(biāo)GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，同時將化學(xué)強化除磷法提到日程。隨著華北明珠白洋淀水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的再次提高，加強大清河流域水污染物的監(jiān)督管理，減少污染物排放，河北省地方標(biāo)準(zhǔn)大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB 13/2795-2018發(fā)布實施。保定市銀定莊污水處理廠繼而執(zhí)行大清河流域重點控制區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，運行壓力進一步加大，化學(xué)強化法除磷和生物除磷相結(jié)合成為行之有效的運行模式。經(jīng)過不斷實踐，聚合鋁鐵最后成為銀定莊污水處理廠化學(xué)強化除磷首選藥劑。

3.活性污泥在污水處理中的地位

由于活性淤泥的虛體更多都是由細(xì)菌和胞外聚合物、陽離子等一系列的物質(zhì)在通過物理或者化學(xué)的共同作用下一起組成的一種微生物實體。再加上這類污泥的主要特點是指即便在污水處理的過程中會包括本身的一些特性，同時也會對于系統(tǒng)的處理有著較大的效果。這說明活性污泥在污水處理中將會影響甚至決定著二沉池實現(xiàn)泥水分離是否真正成功的關(guān)鍵因素所在。其中菌膠團作為十分復(fù)雜的生物車集體，會帶負(fù)電荷。這種生物的絮凝作用中游陽離子的狀態(tài)將具有至關(guān)重要的地位。

4.聚合鋁鐵在銀定莊污水廠運行管理中的應(yīng)用

研究員王東升[4]在研究聚合鋁鐵強化A2/O工藝除磷中通過實驗也肯定了這一點。銀定莊污水處理廠投加聚合鋁鐵后，脫氮除磷效果明顯提高，同時活性污泥的形態(tài)也產(chǎn)生了變化。投加聚合鋁鐵后，A2/O脫氮除磷系統(tǒng)污泥產(chǎn)量增加，污泥絮體顆粒有明顯的增大，泥齡縮短。有文獻報道[1-2]：一些工廠若想更好地進行除磷的實驗，會讓工作人員向污水二級的生物處理廠中增加一定比例的鐵鹽或是鋁鹽經(jīng)過大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出水磷的濃度達(dá)到每升一毫克以后，相應(yīng)的淤泥總量和體積也會隨之增長。大概會增長32%或36%左右，再加上淤泥投藥之前的十二天也會縮短到投藥后的八天，在投藥以后的淤泥顆粒與以往相比會明顯增加，有利于泥水分離，降低了出水濁度。在實驗室小試得出：分別取1mL、0.5mL、0.15mL和0.05mL聚鋁滴加到銀定莊廠好氧段曝氣池100mL的混合液中，結(jié)果顯示：0.15mL的效果最佳。0.5mL的試驗管沉降性、泥水分離好于1mL的實驗現(xiàn)象。這也說明當(dāng)聚合鋁鐵投加量超過一定濃度時，也會影響活性污泥的絮凝性能[5]。

5.聚合鋁鐵應(yīng)用對曝氣池的影響

(1)聚合鋁鐵對曝氣池微生物的影響

通過對銀定莊污水處理廠曝氣池鏡檢和污泥濃度MLSS的分析發(fā)現(xiàn)：銀定莊污水廠在投加聚合鋁鐵前，A2/O系統(tǒng)中微生物群落豐富，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。投加聚合鋁鐵后在合理投加范圍內(nèi)保證出水水質(zhì)滿足國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)前提下，曝氣池沉降比減小，污泥濃度降低，曝氣池菌膠團絮體從最初的球狀、分枝狀、片狀演變成很多針狀、梭狀。菌膠團、絮體顏色偏向棕紅色（鐵鹽的作用），菌膠團總量減少，但是部分生物菌（累枝蟲等）的數(shù)量占整個生物群落的比例卻在增加。微生物優(yōu)勢種屬正常，但數(shù)量減少比較明顯，尤其是楯纖蟲和鐘蟲數(shù)量明顯減少。后生動物種類增加，變形蟲數(shù)量明顯增多，鐵鹽占比增大時變形蟲數(shù)量增加更顯著。

(2)聚合鋁鐵對曝氣池混合液濃度的影響

通過對銀定莊廠曝氣池的相關(guān)參數(shù)做了階段性投藥前后的分析觀察得出：投藥前銀定莊廠曝氣池污泥濃度MLSS多數(shù)時間在5000～7000mg/L左右，投加聚合鋁鐵后MLSS大多在3500～5000mg/L，同時泥水分離狀況較好。此外，對硝化菌的活性有一定影響。這是因為投加聚合鋁鐵后系統(tǒng)中剩余污泥量增加，泥齡減少，對聚磷菌和反硝化菌短泥齡微生物有利，對硝化細(xì)菌的污泥齡不利。

6.聚合鋁鐵對水質(zhì)個別指標(biāo)的影響

有研究試驗證明[8-9]：聚合鋁鐵對CODCR有一定的去除作用，這一點在銀定莊污水處理廠運行中也有發(fā)現(xiàn)：投藥前出水CODCR值一般在25～40mg/L，投藥后出水CODCR一般在10～25mg/L之間，有時會低于10mg/L。

7.結(jié)束語

通過對銀定莊污水處理廠在一級A升級改造后投加聚合鋁鐵的前后分析得出：聚合鋁鐵強化生物除磷對磷的去除效果顯著，能夠持續(xù)滿足國家對總磷的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，加強工藝管理，能夠達(dá)到大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中核心控制區(qū)（0.2mg/L）除磷標(biāo)準(zhǔn)。投藥點選在曝氣池末端比較合理，對曝氣池生物相負(fù)影響較小，對脫氮影響不大。聚合鋁鐵能提高改善曝氣池沉降性能，增大泥水分離，對COD的去除有積極作用。雖然曝氣池末端投加的聚合鋁鐵回流到曝氣池厭氧區(qū)的藥量不多，但對微生物結(jié)構(gòu)仍有影響：污泥微生物群落的總生物量與投加前相比減少較多，系統(tǒng)中微生物數(shù)量會減少，部分菌種菌量大幅增加，單位體積污泥的活性降低；絮狀體形態(tài)發(fā)生改變，針狀、梭狀絮體結(jié)構(gòu)占比明顯增多；原后生動物數(shù)量減少，后生動物種類和數(shù)量增加。因此，利用化學(xué)強化法除磷，仍要以生物除磷為主，即能降低運行成本，更能保護曝氣池生物系統(tǒng)的良性發(fā)展。