某污水處理廠總磷去除的技術方案

袁 莉

(上海友聯竹園第一污水處理投資發展有限公司，上海 200137)

1 概況

某污水處理廠采用的是技術先進、自動化程度較高、操作管理方便、運行成本低廉、處理效果穩定的CAST工藝(循環式活性污泥法工藝)。試運行階段污水處理量約為 2 500 m3，設計進水 TP為5．5 mg/L。但在試運行階段，實際進水 TP約為15 mg/L以上，致使出水TP難以達標，如何去除總磷則成為首要問題。另，該污水處理廠曝氣池曝氣時間為2～4 h。在觀察曝氣池污泥時發現，污泥絮體很小，沒有形成大的菌膠團。

2 方案的選擇

城市污水處理廠除磷一般有兩種方法:生物除磷和化學除磷，目前主要采用生物除磷。由于該污水處理廠面臨在規定時期內需達標排放并通過環保驗收，而生物除磷雖有很多優點，但其對工藝條件的變化(如pH、溫度和泥齡等)較化學除磷工藝更為敏感。因此，為了更加高效達到除磷目的，選取生物除磷為主、化學除磷為輔作為本次技術方案。

3 生物除磷

3．1 生物除磷原理

生物除磷由污水中的聚磷菌(PAOs)完成，首先厭氧放磷，在后續好氧環境中過量吸磷，然后通過排除含磷污泥達到除磷目的。在厭氧條件下，聚磷菌分解細胞內的聚磷酸鹽，產生的能量將污水中的脂肪酸等有機物攝入細胞內，并以PHB的形式儲存。在好氧條件下，聚磷菌利用氧化分解PHB獲得的能量，過量吸收污水中的溶解性磷，以聚磷酸鹽的形式積累于體內。

3．2 DO 的影響

該污水廠CAST工藝的生物選擇器為厭氧選擇器。生物選擇器內缺/厭氧環境促進了聚磷菌的有效放磷，同時吸收或吸附大量易降解溶解性有機物，為主曝氣區吸磷提供了動力和營養物質。沉淀結束后通過排泥使磷得以最終去除。一般通過控制DO濃度，使系統內ORP在-150～100 mV變化時，就可獲得良好的除磷結果。由于在線監測系統無ORP裝置，故在調試時僅參考DO濃度。

在該污水廠現場監測可知3號池中DO濃度高達6～7 mg/L，遠遠高出正常運行DO所需，這就造成在污泥回流過程中有可能將高濃度DO帶入厭氧選擇器，從而導致厭氧區放磷不完全，進而導致曝氣區無法正常吸磷，除磷效果不佳。因此，在6月7日左右，運行時間不變的情況下，將DO濃度控制在4 mg/L以下(最好是2 mg/L左右)，同時進行適當排泥。并且污泥回流時間由剛曝完氣開始回流改為沉淀半小時后回流，避免回流污泥中DO濃度過高影響厭氧選擇器的運行。

3．3 運行結果

運行結果如表1所示。

表1 進出水TP化驗數據Tab．1 TP of Influent and Effluent

從表1的數據可得出，5月23日～6月6日之間，TP的平均去除率在23%，TP最高去除率為65%左右;經工藝調整后，6月7日～6月23日之間，TP平均去除率在65%左右，最高去除率為92．5%。處理前與處理后的TP平均去除率相差約40%，說明DO的降低對除磷有較大作用，當然進水TP濃度的降低也是一個不可忽視的因素。

因此，在CAST工藝中，要提高生物除磷效率，需確保DO濃度不能過高，一定在4 mg/L以下，同時需調整污泥回流時間并定期排泥。

4 化學除磷

化學除磷的藥劑有聚鋁、聚鐵等，由于該污水廠的水質pH一般在7左右，較適合用聚鋁進行除磷。化學除磷反應式如下:pH為6～7。

4．1 試驗目的

進行此試驗的目的主要是確定聚合氯化鋁(PAC)的沉淀性能，PAC的溶解度以及最佳投加量以達到一定的除磷效率。

4．2 材料

試驗水樣采自金山某6月2日瞬時進水，進水TP為17．2 mg/L。聚合氯化鋁PAC中Al2O3的含量為30%。

4．3 試驗步驟

每份水樣取300 mL，則水中含磷3．6 mg，現欲將水樣的總磷濃度降至5．5 mg/L以下，每份水樣分別加 3．2 mg、6．4 mg、9．6 mg、12．8 mg、16 mg 的PAC。其中3．2 mg是將水樣TP降至5．5 mg/L的理論量。實驗室用的混凝設備為六聯混凝試驗攪拌器，攪拌過程先以300 r/min快速攪拌1 min后，再以50 r/min慢速攪拌10 min，然后靜沉30 min，取上清液測定P含量。

4．4 試驗結果

圖1為PAC投加量對除磷效果的影響。

圖1 PAC投加量對除磷效果的影響Fig．1 Effect of Different PAC Dosage on TP Removal

由圖1可知除磷效果隨著PAC投加量的增加而增加，當除磷率達70%時，水樣的 TP可降至5．5 mg/L左右，也即PAC的最佳投加量應是理論投加量的2倍(β=2)。整理化學除磷的計算公式如下:

式中M為所需PAC的質量，kg;

C0為處理前水樣總磷濃度，mg/L;

C為處理后水樣的總磷濃度，mg/L;

V為處理體積，L;

β為投加系數;

P為Al2O3在PAC中所占百分比，%。

公式(1)中 β 可取為2、3、4或5，PAC 化學除磷效率分別為69%、83%、90%、95%。此值可根據實際需要而定。在該污水處理廠，β為2。

4．5 PAM 的影響

在加入PAC 2 min后，再加入2‰的PAM，處理后的TP與未投加PAM時相同，但沉降效果好于未投加PAM的水樣。

4．6 攪拌對混凝效果的影響

將加PAC處理過的水樣攪拌12 h后靜置30 min，30 min內，水樣中的絮體很快沉降，水樣中的TP與未攪拌12 h的相差不顯著，說明攪拌時間在12 h內對PAC的混凝效果影響不大。

4．7 化學除磷投加點選擇

建議先將PAC溶解于自來水中，PAC的溶解度為20%，如PAC投加量為27．4 kg，則需將PAC溶解于137 L水中(預估)。投加地點有三種選擇:進水泵房、沉砂池、曝氣池。

(1)在進水泵房或沉砂池投加藥劑

進水泵房和沉砂池由于水一直處于流動的狀態，若將PAC加入兩池中，沉淀效果不好，但若投加PAC，使得生物除磷前就已將TP降至一定程度，從某種程度上來說，也降低了生物除磷的負荷，滿足生物處理的要求，但所需的量較大，按進水TP 17 mg/L、水量為3 000 t/d來計算，投加PAC的量應在395 kg/d，PAC按每噸2 000元計算，則每天投加費用約790元。

(2)在曝氣池投加藥劑

在曝氣池投加可分為兩種投加方式:一種是在曝氣剛開始時就投加PAC，據了解，經過曝氣后的水TP在6～8 mg/L左右，假設在這里定為8 mg/L，若出水需達到3 mg/L以下，則必須去除TP約5 mg/L。在曝氣池，有化學除磷和生物除磷的協同作用，且曝氣對PAC來說也有混合均勻的作用，曝氣后有1 h的沉淀，故所加的量較小，約每天165 kg，合計成本為370元/d;另一種是在曝氣結束20 min前投加PAC，投加的量與前者相同，但需進行現場操作，對比后確定加藥時間段。按照此投加量，理想狀況下，除磷效率應該在70%左右。

(3)現場運行投加PAC

項目組化學除磷情況如表2所示。

表2 廊下項目組化學除磷情況Tab．2 TP Removal Result in Langxia Project

由表2可知要降低出水中的TP，若進水TP高，則需投加PAC輔助除磷。且投加PAC的地點也非常重要，在該污水處理廠建議在進水時直接加入曝氣池效果比較顯著。

5 結論

為提高總磷的去除率，建議該污水處理廠在與有關部門的溝通協調下，一是嚴格控制進水TP的濃度，避免進水TP嚴重超出設計指標;二是適當調整工藝:在運行時間不變的情況下，將DO濃度控制在4 mg/L以下(最好是2 mg/L左右)，同時進行適當排泥，并且污泥回流時間由剛曝完氣開始回流改為沉淀半小時后回流，避免回流污泥中DO濃度過高影響厭氧選擇器的運行;三是利用投加適量PAC將生物除磷的起始濃度降低，使出水TP濃度達標排放。