城市污水除磷技術的方法與實踐

李寶生　蔡奎芳　張明新

（漯河市水務投資有限公司河南漯河462000）

城市污水除磷技術的方法與實踐

李寶生蔡奎芳張明新

（漯河市水務投資有限公司河南漯河462000）

為滿足日趨嚴格的排放標準要求，探索出了生物除磷和化學除磷相結合的處理工藝，運行結果表明：當進水總磷為5mg/L左右時，出水總磷小于0.3mg/L。為類似污水處理廠的除磷提供了參考實例。

城市污水；氧化溝；生物除磷；化學除磷；藥劑選擇

伴隨水體富營養化問題日趨嚴重，城市污水處理必須考慮脫氮除磷。氮和磷流入水體后引起藻類的大量繁殖，水體處于缺氧狀態，魚類死亡，水體生態功能退化，直接威脅人類的健康。雖然有機物、氮、磷同為水體生物的重要營養物質，但藻類等水生生物對磷更為敏感，因此嚴格控制出水的含磷量對控制水體富營養化十分重要?！冻擎偽鬯幚韽S污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準中，磷酸鹽（以P計）為不大于0.5mg/L，此外，地方政府為控制河流斷面水質，會對城市污水磷酸鹽的排放指標提出更為嚴苛的要求。所以，迫切要求城市污水處理廠采取措施提升生物脫氮除磷效果，并積極尋求其它行之有效的除磷技術。

城市污水常用的除磷技術有化學除磷和生物除磷，目的都是將可溶性磷轉化為懸浮性磷，并從污水中分離。現代污水除磷技術是利用磷的循環轉化過程，是廢水中的磷轉化為不溶性的磷酸鹽沉淀，或者利用細胞合成，將磷吸收到污泥細胞中的過程，前者為化學除磷，后者為生物除磷。我國城市污水碳氮比普通較低，對于中高濃度廢水（BOD5＞200mg/L），采用生物脫氮除磷工藝比較合適，對低濃度廢水（BOD5＜200mg/L），生物除磷經常難以滿足要求，需要輔以化學除磷處理。另外，pH值、溫度、DO、硝態氮、有機物濃度等因素的變化，也會影響到活性污泥的生物除磷效果，客觀上也需要化學除磷進行補充。

1　污水廠概況

1.1污水廠處理規模和進水水質

污水廠設計進水規模為日處理廢水6×104t，實際日處理廢水6.7×104t，進水COD平均200mg/L、BOD5平均110mg/L、氨氮平均23mg/L、總氮平均35mg/L、總磷平均4.5mg/L，進水污染物濃度尤其是COD、BOD5指標均低于設計值。

1.2污水廠工藝流程

污水處理工藝流程為旋流沉砂+改良式氧化溝工藝，深度處理為混凝沉淀+過濾、消毒處理工藝，污水處理廠工藝流程見圖1。

圖1　污水處理廠工藝流程圖

2　生物除磷

2.1生物除磷原理

關于生物除磷，普遍認可的生物除磷是聚磷菌（PAOS）的攝磷/釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下，受到壓抑而釋放出體內的磷酸鹽，產生能量用于吸收快速降解有機物，并轉化為PH B（聚β羥丁酸）儲存起來；當這些聚磷菌進入好氧條件下時就降解體內儲存的PH B產生能量，用于細胞的合成和吸磷，形成高濃度的含磷污泥，隨剩余污泥一起排出系統，從而達到除磷目的。在厭氧條件下釋放1Mg的磷吸收儲存的有機物，經好氧分解后產生的能量用于細胞合成、增殖，能吸收2Mg~2.4Mg的磷。因此，磷的吸收取決于磷的釋放，而磷的釋放取決于污水中可快速降解的有機物的含量，一般說來，這種有機物與磷的比值越大，除磷效果越好。相對于正常細胞的磷含量（1%~3%），PAOS的吸磷量可達12%。

生物除磷工藝的前提條件是聚磷菌必須在厭氧條件下受到抑制，隨后進入好氧段才能增大磷的吸收量。因此生物除磷工藝必須在好氧段前設置厭氧段。本氧化溝按水流空間分布依次分為預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區，針對污水易于生物降解的有機物相對于進水氮、磷濃度不足的特點，采用分段進水的控制策略，充分利用原水中的碳源進行生物除磷。將進水分為兩部分，80%主流進入厭氧區、20%旁流進入預缺氧區，污泥回流液分為兩部分，80%主流進入缺氧區，20%旁流進入預缺氧區，符合該污水廠進水COD低，碳源缺乏的實際情況，可以在不影響脫氮和COD去除的基礎上，實現良好的生物除磷。

2.2生物除磷效果

分析2015年4月份進出水總磷的指標，可以發現在進水總磷5mg/L以下時，二沉池出水總磷保持在0.5mg/L~0.8mg/L的水平上。在進水COD濃度較低，平均在200mg/L以下時，生物除磷仍達到85%左右的處理效率。說明系統運行穩定，各項運行參數控制合理。在此基礎上，如果要進一步降低出水總磷的濃度，就必須考慮輔助的化學除磷方法。進出水總磷及處理效率匯總如表1。

表1　2015年4月進出水總磷及處理效率

3.1化學除磷原理

化學除磷的基本原理是通過向污水中投加化學藥劑，使之與磷反應生成不溶性的磷酸鹽，再通過固液分離將磷從污水中除去。常用金屬鹽中的鋁鹽和鐵鹽均可與廢水中的磷酸根發生反應生成沉淀，從而達到除磷目的。金屬鹽的投加點比較靈活，可以在初沉池前、曝氣池中或曝氣池與二沉池之間，也可對二沉池出水進行投加。

當單純的生物除磷很難達到要求時，就需要輔以化學除磷工藝，有資料顯示，發達國家采用在一級或二級處理工藝中投加化學藥劑，最終出水總磷可以達到0.2mg/L。在美國，為保證有效除磷，大多數污水處理廠采取以化學除磷為主或以生物除磷為主、化學除磷為輔的除磷措施。另外，生物脫氮除磷均需要有機物作為碳源，當水體中有機碳源不足時，可通過添加化學除磷單元來強化除磷［10］。

在化學除磷過程中，磷的去除效率和化學藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置、污泥濃度、溫度等多種因素有關，其中藥劑種類、投加量、投加位置對除磷效果的影響最為顯著。

3.2除磷藥劑篩選試驗

3.2.1試驗方法

選取常用的化學除磷藥劑聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、三氯化鐵（FeCl3）

進行藥劑篩選試驗，試驗用水選用二沉池出水。投藥量按10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L的濃度梯度依次增加。

總磷采用鉬銻抗壞血酸分光光度法測量，試驗原水總磷為0.5mg/L~0.9mg/L。試驗時，在10個燒杯中分別加入1000mL污水，第一個燒杯不加藥，作為對照。其余9個燒杯分別依次增量加入混凝劑，然后將燒杯置于攪拌器上進行混凝試驗［11］。攪拌過程分為兩個階段：快速攪拌2min，轉速200rpm，慢速攪拌15min，轉速50rpm。沉淀30min后，取上清液進行分析，根據試驗結果分析不同濃度梯度下，各藥劑的除磷效果及投加成本［12］。

3.2.2試驗結果及分析

以二沉池出水為原水，進行不同濃度梯度下加藥混凝試驗，進水總磷濃度為0.68mg/L，各混凝劑除磷效果見圖2、圖3、圖4。

圖2　PFS除磷效果

圖3　PAC除磷效果

分析試驗結果可以看出，使用三組藥劑均可使廢水總磷降低到0.2mg/L以下，不同的是使用PFS藥劑量為60mg/L、PAC的藥劑量為50mg/L、FeCl 3的藥劑量為40mg/L。當PFS的藥劑投加量超過70mg/L、PAC的藥劑投加量超過60mg/L、FeCl3的投加量超過50mg/L時，對污水中總磷的去除效果不再明顯。從藥劑費用上來看，PFS和PAC價格大約2200元/噸，FeCl3價格大約2400元/噸。因此，從處理成本及處理效果的綜合因素來看，使用FeCl3作為該污水的化學除磷藥劑較為合適，按40mg/L的投加量來計算，噸水的藥劑成本為0.096元。

3.3生產運行化學除磷投加點選擇

化學除磷根據藥劑投加點的不同，可以分為：前沉析、同步沉析、后沉析等［13］。采用前沉析時，藥劑投加量大、污泥產量會增多，同時會降低污水中的有機碳源，不利于低濃度污水的脫氮除磷。采用后沉析時，需要設置單獨的混凝沉淀設備設施，增加處理流程。綜合考慮以上因素，漯河沙北污水處理廠生產運行中嘗試采用同步沉析的方法，把化學藥劑的投加點選在氧化溝到二沉池中間的配水井上，通過管道混合和二沉池的周邊配水完成藥劑的混凝反應過程。這樣選擇投加點的優點是，污水中的磷先經生物除磷被大部分去除，因此加藥量較前沉析少，污泥產量少，無需專門的混凝沉淀設施。除磷藥劑選擇FeCl3，投加量按40mg/L進行。

3.4生產運行除磷效果

漯河沙北污水處理廠自2015年11月下旬開始采用化學除磷處理，化學藥劑投加3天后，出水總磷迅速降低到0.3mg/L以下，目前可以穩定運行在0.2mg/L左右，對比2015年4月同期的總磷出水指標來看，化學除磷效果顯著。2016年4月份進出水總磷及去除率見表2。

圖4　FeCl3除磷效果

表2　2016年4月進出水總磷及處理效率

3.5化學藥劑對活性污泥的影響

化學藥劑投加后，會對污泥產量及污泥特性產生影響，通常會增加污泥量，改善污泥粒徑的大小，提高污泥沉降性能，有利于污泥的沉淀［14］。通過污水廠的生產運行表明，化學藥劑投加后污泥量增加約為8%，活性污泥菌膠團增大，污泥體積指數由150降低到120左右，間接說明了污泥性能的改善。

4　結論

（1）生產實踐表明，在生物強化除磷基礎上輔以化學除磷，可以把出水總磷穩定在0.3mg/L以下。投加混凝劑可以改善污泥性能，沒有對污水處理的其它運行產生不利影響。

（2）各污水廠水質不同，具體的污水處理工藝不同，需要通過詳細的實驗來篩選合適的化學藥劑及其投加量。

（3）需要結合污水處理工藝的實際情況，確定合理的藥劑投加點，以降低藥劑消耗和處理成本。

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李寶生（1968年9月），河南漯河人，長期從事城市污水處理廠運行管理工作，工程師。