化學藥劑對城鎮生活污水廠除磷技術的研究進展

宋曉喬，任天龍，馬傳澍，白晉民，林遼軍

(1.西安建筑科技大學 華清學院，陜西 西安 710043；2.西安創業水務有限公司，陜西 西安 710086)

全國污水處理廠出水總磷達到一級A標準(GB 18918—2002)都不到一半，西部地區污水廠出水總磷平均濃度在1 mg/L左右。西安市政府堅持以生態文明建設為統領，加快推進城鎮污水處理廠提標改造，2020年底全面提升水環境質量，達到地表水準Ⅳ類水質標準。但是現有工藝難以達標，提高城市污水處理廠除磷能力勢在必行。目前，利用化學法除磷的主要試劑為鈣鹽、鐵鹽及其鋁鹽。分析我國城鎮生活污水廠化學除磷技術應用現狀，探討化學藥劑深度除磷前沿技術，為西安市打贏污水治理和水質提升攻堅戰，實現天更藍、水更清、山更綠及宜居、宜業、宜游的大西安提供有力支撐。

1 城鎮生活污水廠化學除磷技術現狀

目前，我國城鎮生活污水廠化學除磷藥劑主要分為兩種：無機化學藥劑和有機化學藥劑。常用的無機化學藥劑主要有：硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵。常用的有機化學藥劑主要有：聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)。通過金屬離子與磷酸鹽凝聚、絮凝形成大的磷酸鹽礬花，進行固液分離即中和沉淀隨之將磷去除的目的。

1.1 無機化學藥劑在城鎮生活污水廠中除磷現狀

硫酸鋁是常見的混凝劑，也是除磷中最常用的藥劑之一，我國很早就已經開始使用。廖軍敏等[1]采用硫酸鋁作為化學沉淀劑處理生產生活污水，出水磷含量<1.0 mg/L，符合國家二級污水處理排放標準。劉旭林等[2]采用硫酸鋁前置A2/O進行除磷，出水TP達到了GB 18918—2002的一級 A標準，提高了除磷效果，同時改善了好氧池中的活性污泥沉降性能，并且有利于保持反應池內的穩定性能。馮錦梅[3]采用常用的化學混凝劑對二級生化出水的除磷效果，其中硫酸鋁及三氯化鐵除磷效果好，硫酸鋁優于三氯化鐵，可以使得出水TP<0.5 mg/L以下。單一硫酸鋁除磷不能達標排放，但是作為二級生化出水不僅基本可以符合國家一級A標準，而且可以改善污泥沉降性能。

硫酸亞鐵是一種用于水處理中較廉價的藥劑，溶于水后其Fe2+水解生成水合羥基氧化鐵(HFO)，HFO可以有效降低或者消除水體中膠體ζ電位，有利于磷酸鹽的去除，陳艷莉[4]將工業硫酸亞鐵投加于A2/O氧化溝好氧段，提高了除磷效果并且反應器中各段污泥性能不作改變。馬玉萍等[5]利用硫酸亞鐵對污水廠二沉池出水進行除磷處理效果明顯，還得出方程可以對其投加量精確化控制。林進南[6]研究表明，H2O2強化硫酸亞鐵對污水中的磷酸鹽的去除效果，總磷可以降低到0.5 mg/L以下。

三氯化鐵是污水廠常用的混凝劑，在污水廠通常作為液態投加輔助其他工藝進行除磷。王琳娜等[7]利用三氯化鐵輔助SBR系統除磷率達90%，但對有機物和氮的去除有不利影響。秦培等[8]利用三氯化鐵改性沸石，研究表明，改性后沸石比天然沸石的除磷率提高了6.2～12.8倍。

1.2 有機化學藥劑在城鎮生活污水廠中除磷現狀

聚合氯化鋁PAC除磷是化學沉淀、沉淀物吸附、絡合物吸附、吸附架橋、網捕等綜合作用的結果[9]。趙穎[10]利用PAC解決武漢市沌口地區污水總磷超標時，采用PAC與PAM聯用效果顯著。陳靜等[11]利用PAC對模擬廢水深度除磷率達到94.6%。鄂宏和崔鑫[9]利用PAC輔助AO工藝除磷效果顯著，成本較低。

聚合硫酸鐵PFS是一種高效的除磷劑，李光輝等[12]研究發現，利用聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵和聚合硫酸鋁處理模擬廢水，其中PFS除磷效果最好。吳曉榮[13]指出單一的PFS除磷時投加藥量大且不能達到預期效果。

2 城鎮生活污水廠化學除磷技術存在問題

現階段，我國采用化學除磷的絮凝劑存在以下問題：

(1)除磷效果單一。例如，經鋁鹽處理的污水澄清，色度較好，但其去除率較鐵鹽偏低，余鋁較高；經鐵鹽處理的污水中含磷量顯著降低，但出水色度較高。

(2)面對提標改造，單一藥劑大多數很難達標。目前，我國污水廠出水執行一級A標準(GB 18918—2002)，TP為0.5 mg/L，單一藥劑配合生化處理可以滿足該標準，而針對西安市提標改造要求出水達到地表水準Ⅳ類水質標準，其TP為0.3 mg/L，卻難以滿足要求。

(3)費用高，某污水處理廠現使用某品牌除磷藥劑，雖然可以使出水磷達到排放標準，但是每日處理費用高達2萬元，工廠工作人員表示成本太高。

3 城鎮生活污水廠化學除磷技術的發展與研究動向

目前，有研究利用化學除磷藥劑改性介孔材料增強除磷效果，夏德強等[14]利用聚合氯化鋁復合凹凸棒石絮凝劑除磷效果優于PAC，由于凹凸棒石比表面積大，可以吸附更多的物質，為PAC與磷提供更多的接觸機會，對正磷酸鹽去除率高達90%，低于0.5 mg/L。有研究表明，將鋁鹽、鐵鹽進行復配后的絮凝劑比如聚合硫酸鐵鋁同時具備出水色度低、除磷率高的特點，即鐵鹽與鋁鹽在除磷過程中存在協同強化的作用。金力航等[15]利用聚合氯化鋁和殼聚糖復合除磷效果優于單獨采用PAC除磷。

4 結論

我國城鎮生活污水廠化學除磷技術主要向改性有機化學除磷劑提高除磷效率和將各化學除磷藥劑復配來降低成本兩方面發展，大多數作為生化處理工藝的深度處理工藝，在完成改造條件的基礎上，持續降低藥劑成本，使得我國除磷技術集經濟高效環保于一體。