城鎮污水處理廠不同化學除磷方式的對比試驗研究

在傳統活性污泥工藝中，單純的生物除磷很難保證出水總磷的穩定達標，因此城鎮污水處理廠通常采用生物+化學除磷相結合的方式，確保出水總磷的達標排放。化學除磷按藥劑投加位置的不同可分為前置化學除磷、中置（同步）化學除磷和后置化學除磷。國內多采用同步化學除磷，隨著污水排放標準的不斷提高，后置除磷方式也越來越多地應用到實際生產中。

1 化學除磷的原理

污水廠化學除磷通常使用鋁鹽或鐵鹽等金屬鹽作混凝劑，進行混凝除磷，混凝的過程也是吸附絮凝沉淀的過程。鋁鹽和鐵鹽除磷反應包括兩個過程：①金屬離子與水中的PO43-反應生成磷酸鋁和磷酸鐵沉淀。②鋁鹽和鐵鹽在水中發生水解反應，生成單核和多核羥基絡合物，由于羥基絡合物的比表面積較大，并且帶正電荷，能夠與水中的負電荷物質相互吸附，從而降低膠體的ζ電位，加快膠體脫穩，與水中的溶解性磷酸鹽進行反應轉換成非溶解性磷酸鹽沉淀，最后通過絮凝沉淀過程將水和泥分離，達到化學除磷的目的。

2 試驗部分

2.1 試驗水樣

本次試驗水樣采自太湖流域某城鎮污水處理廠倒置A2O 處理工藝的生物池好氧段末端出水。由于活性污泥中的釋磷菌在厭氧環境下會釋放出磷，影響試驗結果，因此所有水樣均為試驗當天采集。

2.2 儀器和試劑

儀器：紫外分光光度計、磁力攪拌器。

試劑：混凝劑采用聚合鋁鐵（PAFC），其中Al2O3含量為8%～10%，全鐵含量為2%～2.5%；正磷酸鹽標準溶液、抗壞血酸、鉬酸銨溶液。

2.3 試驗方法

為避免試驗樣品來源差異，均采用同一點位的生物池好氧段出水水樣，其中生物池混合液代表同步除磷，生物池混合液經靜置沉淀2h 后的上清液代表后置除磷，采用燒杯試驗，投入一定量混凝劑，用磁力攪拌機攪拌10min 后，取上清液測定磷濃度。經測定該生物池好氧段末端水樣基本為正磷酸鹽，因此本文磷濃度均以溶解性正磷酸鹽測定濃度表示。

3 結果與討論

3.1 試驗中除磷效果的比較

試驗采用初始磷濃度分別為0.5mg/L、1.0mg/L 的兩組水樣，分別投加含量為37.5mg/L 和62.5mg/L 的混凝劑，進行除磷效率的比較。試驗結果顯示混合液實驗組磷的去除率均高于上清液實驗組。由此可見，在低濃度和高濃度的初始正磷酸鹽下，混合液中的除磷效率均高于上清液，原因可能有兩個，一是混合液中存在生物除磷的作用，二是從側面驗證了化學除磷的機理，顆粒物的存在有利于金屬離子水解產生的絡合物對磷的吸附。

3.2 不同加藥方式下除磷效果的比較

模擬實際生產同步化學除磷和后置化學除磷兩種方式，以混合液直接投加混凝劑試驗表示同步化學除磷，混合液先反應一段時間后再取上清液投加混凝劑試驗表示后置化學除磷，并選取初始磷濃度分別為0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L 的3組水樣，投加等量的混凝劑（37.5mg/L）進行比較試驗。

實驗結果發現，同步和后置加藥方式的除磷效果相差不大，投加等量的混凝劑時，初始濃度為0.5mg/L 和1.0mg/L 的兩組水樣的正磷酸鹽濃度均能降至0.1mg/L 左右，由此可見，混凝劑的除磷效率毋庸置疑，但如何充分利用混凝劑進行混凝除磷反應，提高藥劑的利用率是化學除磷的主要關注點。

3.3 實際生產數據的比較

由于該廠一、二期工程采用相同的一二級處理工藝和兩種不同的深度處理工藝，一期為后置除磷，二期為同步除磷。通過比較一、二期除磷數據，可以分析兩種投藥方式在實際生產中的除磷效果差異。從圖1 可以看出，二期的單位總磷削減量所消耗的藥量明顯高于一期，一方面因為兩者投加點位不同；另一方面，兩者藥劑和水樣的混合方式也不同，一期為機械攪拌，二期為水力攪拌。在藥、水的混合上，一期比二期要更均勻，對藥劑的利用更為充分。考慮到藥劑的充分混合和利用，張亞勤建議藥劑投加點選取在好氧池末端附近，距出口的水力停留時間15～20min。

圖1 某廠一、二期出水單位總磷削減量的藥耗比較

3.4 化學除磷方式的選擇

根據試驗數據及除磷反應機理，同步和后置加藥方式各有利弊，詳見表1。

表1 同步和后置化學除磷方式的優缺點比較

結合兩者利弊，生產運行中選擇化學除磷方式時，應綜合考慮深度處理工藝與實際建設情況。如以濾布濾池作為深度處理，建議選用同步化學除磷，但需進一步優化投藥方式和投藥點，確保藥劑的充分利用；如以砂濾池作為深度處理，建議選用后置化學除磷，但需考慮到絮團對濾池可能產生的堵塞問題，可能增加反沖洗頻率。如原廠改造建議選用同步化學除磷，工程量較小，基本不涉及土建工程；如新建廠區建議選用后置化學除磷，可在二沉池后設置混凝沉淀單元，既可以精準控制除磷藥劑的投加量，也可減少絮團對濾池造成的堵塞影響。

4 結語

顆粒物的存在有助于磷的吸附，從而形成較大的絮團利于沉降，提高磷的去除效率，但需綜合考慮后續過濾工藝，在實際運行中摸索合適的運行工況。

通過實驗得出，在反應充分的條件下，同步與后置化學除磷方式的除磷效果差異不大，但在實際運用中，尤其選用同步化學除磷時，需要進一步考慮藥劑投加點的選擇和混合攪拌的方式，確保混凝除磷充分反應。

同步和后置化學除磷方式各有利弊，應結合廠區實際情況，如深度處理工藝、構筑物建設或改造條件、運行成本控制等方面綜合考慮，選擇合適的化學除磷方式。

化學除磷藥劑的投加勢必會提高出水總磷的達標率，但過量投加的除磷藥劑也會通過污泥回流的方式流入生物池前端，影響加劇削弱生物除磷能力，并且對污泥的生物活性是否具有其他影響需要進一步分析研究。