一體化活性污泥法（Unitank）工藝同步加藥除磷試驗

童 飛 ，周 振 ，陳思維 ，黃忠光 ，程建忠 ，陳 英

（1.上海城投污水處理有限公司，上海201203；2.上海電力學院能源與環境工程學院，上海200090）

一體化活性污泥法（Unitank）工藝采用連續流對序批式活性污泥法（SBR）工藝進行改進，具有周期性、交替式、連續流、恒水位的特點[1,2]。然而，由于Unitank工藝存在厭氧時間進水分配比例低、反硝化干擾釋磷等缺點，一些研究認為Unitank工藝很難形成厭氧釋磷環境，生物除磷效果難以得到保證[3-5]。針對其生物除磷難題，研究人員提出在前端設置獨立厭氧區[6,7]或者采用化學除磷[5,8]的方法予以解決。

化學除磷具有效果穩定、反應迅速的優點，可作為生物除磷[9]效果不穩定時的補充或應急措施。常用的化學除磷模式包括前置（進水）加藥除磷[10]、同步（混合液）加藥除磷[11]和后置（出水）加藥除磷[12]三種。其中，同步加藥除磷具有設備要求低、無需新增構筑物等優點。本研究將針對Unitank工藝的特點，進行同步化學除磷藥劑篩選，確定最佳投藥量并進行技術經濟分析，為Unitank工藝出水總磷（TP）穩定達標提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

在Unitank工藝中，中間池始終處于曝氣狀態，邊池則存在攪拌、曝氣和沉淀的交替運行過程，因此該廠的同步加藥除磷擬將加藥點選擇為中間池。本研究用于同步化學加藥除磷的活性污泥混合液取自石洞口污水處理廠Unitank工藝中間池，以考察不同化學除磷藥劑的除磷效果。

該混合液懸浮固體濃度和揮發性懸浮固體濃度分別為5 780 mg／L和3 971 mg／L，混合液pH 和 DO 分別為 7.37 和 2.8 mg／L，濾液 CODCr、氨氮、總氮和 TP 分別為43.5，0.76，9.55 mg ／L 和0.93 mg／L。

1.2 試驗方法

取曝氣池懸浮固體混合液3 L，向其中加入一定量的磷酸二氫鉀控制原水 TP 濃度在 1.5～2.2 mg／L，置于恒溫磁力攪拌器上快速攪拌10 min，使污泥與外加磷酸鹽充分混合。充分混合后，分別向活性污泥混合液中投加不同濃度的化學除磷混凝劑，為模擬曝氣池反應條件，曝氣5 min，隨后靜置30 min，取上清液，測定TP、pH和濁度。反應溫度控制20 ℃，溶解氧為 3.0 mg／L。

本研究選用的化學除磷藥劑包括聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵、復合鐵鋁和硫酸鋁。TP測定采用國家標準方法[13]；濁度和pH值分別采用Hach 2100Q型濁度計和Orion EA940型pH計測定。

2 試驗結果與討論

2.1 三氯化鐵除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業級三氯化鐵（有效成分35%～38%，以FeCl3計），并將其投加量折算為三氯化鐵純溶液濃度，由此可得混凝沉淀出水TP、pH和濁度的變化分別如圖1(a)和(b)所示。

圖1 三氯化鐵投藥量對除磷效果、pH及濁度的影響Fig.1 Effect of Ferric Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由圖1(a)可知，三氯化鐵投藥量從0 mg／L升高到57 mg／L時，出水TP濃度由1.48 mg／L迅速下降至 0.35 mg／L；投藥量超過 57 mg／L 后，出水 TP 隨投藥量的增加下降趨勢趨緩，當投藥量達到107 mg／L，出水TP為0.22 mg／L。因此，三氯化鐵的最佳投藥量為57 mg／L，折算為工業級三氯化鐵為155 mg／L，該投藥量下TP去除率為74.4%。

由圖1(b)可知，隨著三氯化鐵加藥量的增加，出水濁度由6.87 NTU逐漸下降至107 mg／L時的1.37 NTU。其中，投藥量由 0 增加至 10.7 mg／L 時，濁度下降最快，由6.87 NTU下降至3.84 NTU。出水pH隨投藥量增大也呈現逐漸下降趨勢，當投藥量由 71.5 mg／L 增加至 85.8 mg／L 時，pH 由 7.86 突降至7.57，但在整個加藥過程中pH均穩定在7.6～8.0 之間。

2.2 硫酸鋁除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加分析純級硫酸鋁，由此可得出水TP、pH和濁度的變化分別如圖2(a)和(b)所示。

由圖2(a)可知，當硫酸鋁投藥量增至80 mg／L時，出水 TP 濃度由 1.84 mg／L 快速下降至 0.36 mg／L，此后緩慢下降至 233 mg／L時的 0.09 mg／L。因此，硫酸鋁的最佳投藥量為80 mg／L，該投藥量下TP去除率為 79.6%。

由圖 2(b)可知，當投藥量增加至 33.3 mg／L 時，出水濁度由6.82 NTU快速下降至2.31 NTU，此后基本趨于穩定。當投藥量由200 mg／L增加至233 mg／L時，出水濁度由1.69 NTU突然降低至0.99 NTU。出水pH隨投藥量的增加呈現逐漸下降的趨勢，并在20～33.3 mg／L 和 200～233 mg／L 時出現兩次突降，pH 分別由 7.90 下降至 7.66 和由 7.58 下降至 7.28。

2.3 PAC除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業級PAC（有效成分為28%，以Al2O3計），可得混凝沉淀出水TP、pH和濁度的變化分別如圖3(a)和(b)所示。

圖2 硫酸鋁投藥量對除磷效果、pH及濁度的影響Fig.2 Effect of Aluminum Sulfate Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

圖3 PAC投藥量對除磷效果、pH及濁度的影響Fig.3 Effect of Polyaluminum Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由圖3(a)可知，隨著PAC投加量的增大，出水TP呈現快速下降、慢速下降和穩定3個階段，兩個折點的投藥量分別為 66.7 mg／L 和 140 mg／L，出水TP 濃度則由 1.57 mg／L 分別下降為 0.64 mg／L 和0.26 mg／L。如果考慮出水達到 GB 18918—2002 一級A排放標準，則PAC最佳投藥量為123 mg／L，此時出水 TP 濃度為 0.36 mg／L，TP 去除率為 74.1%。

PAC對出水濁度的影響與三氯化鐵類似。當投藥量由0增加至10.0 mg／L時，出水濁度下降最快，由5.45 NTU 下降至 3.45 NTU；隨著 PAC加藥量的增加，出水濁度進一步降低至66.7 mg／L時的0.65 NTU，此后出水濁度趨于穩定。出水pH隨投藥量的增加在7.6～7.9之間波動，無明顯的規律性，如圖4所示。

圖4 復合鐵鋁混凝劑投藥量對除磷效果、pH及濁度的影響Fig.4 Effect of Polymeric Ferric-Aluminum Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

2.4 復合鐵鋁除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業級復合鐵鋁混凝劑（有效鋁為8%，有效鐵為3%），可得混凝沉淀出水TP、pH和濁度的變化分別如圖4(a)和(b)所示。

由圖4(a)可知，復合鐵鋁投藥量從0 mg／L升高到 87 mg／L 時，出水 TP 由 2.13 mg／L 迅速下降至0.79 mg／L；投藥量超過 87 mg／L 后，出水 TP 隨投藥量的增加下降趨勢趨緩，當投藥量達到217 mg／L，出水TP為0.26 mg／L。因此，復合鐵鋁的最佳投藥量為 87 mg／L，該濃度下 TP去除率為 60.5%；如果出水 TP 要低于 0.5 mg／L，則其投藥量為 173.3 mg／L，此時出水 TP 為 0.37 mg／L，去除率為 80.1%。

復合鐵鋁投藥量對出水pH和濁度的影響如圖4(b)所示。當投藥量由0 mg／L增加至43 mg／L時，出水濁度由3.95 NTU緩慢下降至3.51 NTU，當投藥量增加至87 mg／L時，濁度快速下降至1.73 NTU，此后趨于穩定。出水pH隨投藥量的增加在7.3～7.8之間波動，無明顯規律性。

2.5 同步加藥除磷的技術經濟分析

表1為同步加藥除磷混凝劑的技術經濟性分析。在進行運行成本分析時，表1中4種藥劑均采用工業級產品價格核算。由表1可知，在出水TP為0.35～0.37 mg／L 時，四種藥劑成本排序為 PAC＞三氯化鐵＞硫酸鋁＞復合鐵鋁。其中，復合鐵鋁運行成本最低，噸水處理成本為0.118元，比次低的硫酸鋁低22.3%。當然，如果考慮到復合鐵鋁混凝劑的TP去除量最高，該藥劑去除每g磷的成本為0.067元，較硫酸鋁低38.0%。因此，綜合考慮技術經濟成本，建議Unitank工藝選用復合鐵鋁作為同步加藥除磷藥劑。在張健[14]對杭州七格污水處理廠的曝氣池末端同步除磷研究中，也建議選擇復合鐵鋁混凝劑。

表1 同步加藥除磷混凝劑的經濟性對比分析Tab.1 Technical and Economic Comparison of Coagulants for Simultaneous CPR

3 結論

（1）在同步化學除磷過程中，隨著投藥量增加，出水TP和濁度均呈明顯的下降趨勢。在本試驗條件下，三氯化鐵、硫酸鋁、PAC和復合鐵鋁的最佳投藥濃度分別為 155,80,123 mg／L 和173 mg／L。

（2）當投加三氯化鐵和硫酸鋁時，出水pH隨著投加量的增大在投加量較低和較高的濃度水平出現了兩次明顯的突降點；而高分子混凝劑對pH的影響則無明顯規律性。

（3）技術經濟分析可知，復合鐵鋁是Unitank工藝同步化學除磷最經濟有效的藥劑，其最佳投藥量為 173.3 mg／L，TP 去除率為 80.1%，出水 TP 為0.37 mg／L，處理成本約為 0.067 元/gP。

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