污水處理廠化學(xué)除磷工藝優(yōu)化運(yùn)行研究

黃瓊清

（湛江市廣業(yè)環(huán)保有限公司，廣東 湛江 524000）

目前，我國污水處理廠的化學(xué)除磷工藝已得到廣泛應(yīng)用，其原理為化學(xué)除磷藥劑與污水混合液中的磷酸鹽產(chǎn)生聚合反應(yīng)，生成絮狀沉淀，再通過過濾沉淀的方式對污水混合液中的磷元素進(jìn)行有效清除。

1 污水處理廠化學(xué)除磷工藝流程

化學(xué)除磷工藝根據(jù)不同的藥劑投放位置分為前置沉淀、同步沉淀以及后置沉淀。

1.1 前置沉淀

前置沉淀工藝除磷藥物的投加點(diǎn)一般是在初沉池進(jìn)水口或沉砂池中。在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要使用產(chǎn)生渦流的裝置或提供使藥劑和污水混合液充分混合的能量，以此保障化學(xué)除磷藥劑和污水混合液可以充分發(fā)生反應(yīng)，將產(chǎn)生的沉淀產(chǎn)物在初沉池中進(jìn)行分離。需要注意的是，若生物處理單元使用的是生物濾池，則不能使用鐵鹽作為除磷藥劑，避免鐵鹽填料造成危害。現(xiàn)階段的污水處理廠在改造升級后，十分適合前置沉淀工藝，這不僅可以去除污水混合液中的磷酸鹽，還能去除部分SS等物質(zhì)，降低了后續(xù)生物處理單元的工作負(fù)荷。

1.2 同步沉淀

同步沉淀通常是將化學(xué)除磷藥劑投加在曝氣池的出水口或二次沉淀池的入水口，部分污水處理廠也會將化學(xué)除磷藥劑投加在曝氣池的入水口或回流污泥中。同步沉淀中需使用較多的除磷藥劑：鐵鹽和鋁鹽。但通常不會選擇鈣鹽作為除磷藥劑，這是因?yàn)橛免}鹽除磷需要較高的pH值環(huán)境，而且還會抑制后面生物處理單元中微生物的活性，甚至?xí)茐奈⑸锏幕钚浴Ｍ匠恋沓浞掷昧嘶瘜W(xué)除磷藥劑的效果，可以改善污泥的沉降性能，避免出現(xiàn)污泥膨脹的情況，且工程量較小。

1.3 后置沉淀

后置沉淀是將污水處理廠經(jīng)過處理的污水混合液通過化學(xué)沉淀、絮凝作用的方式，將絮凝物質(zhì)和污水混合液之間進(jìn)行分離沉淀，最后進(jìn)入生物處理單元的沉淀工藝。在此工藝中，通常會將化學(xué)除磷藥劑投加在二沉池后的混合池中，且在后面設(shè)置相應(yīng)的沉淀池和絮凝池。后置沉淀可將磷酸鹽沉淀和生物凈化進(jìn)行分隔，且根據(jù)磷負(fù)荷變化情況控制藥劑的投加量，還可將磷酸鹽污泥單獨(dú)排放，有利于回收[1]。

2 污水處理廠化學(xué)除磷工藝的優(yōu)化研究

2.1 影響因素

在污水處理廠應(yīng)用化學(xué)除磷工藝的過程中，污水內(nèi)磷含量的去除效率與以下因素有關(guān)：①化學(xué)藥劑的種類；②化學(xué)藥劑的使用劑量；③化學(xué)藥劑的投加位置；④污水的pH值；⑤污泥的濃度和溫度。在這五種影響因素中，化學(xué)藥劑的種類、使用劑量、投加位置以及污水的pH值對除磷效率的影響較大。

現(xiàn)階段，污水處理廠在進(jìn)行化學(xué)除磷過程中，化學(xué)藥劑種類要選擇經(jīng)濟(jì)適宜且不會對其他的污水處理系統(tǒng)以及構(gòu)筑物產(chǎn)生危害，其使用劑量也要根據(jù)以上兩個(gè)方面進(jìn)行選擇。同時(shí)，在選擇化學(xué)藥劑的投加位置時(shí)，要根據(jù)污水處理廠內(nèi)的相關(guān)設(shè)施以及構(gòu)筑物的實(shí)際情況來確定。例如，選擇三個(gè)污水處理廠常用的化學(xué)除磷藥劑進(jìn)行除磷效果試驗(yàn)，其化學(xué)除磷藥劑種類為聚合鐵鋁、三氯化鐵以及三氯化鋁。通過對化學(xué)藥劑的種類、化學(xué)藥劑的使用劑量、化學(xué)藥劑的投加位置以及污水的pH值對除磷效率的影響情況進(jìn)行分析，并對比化學(xué)藥劑的除磷效 果[2]。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

六聯(lián)電動攪拌器、便攜式分光光度計(jì)、便攜式pH計(jì)；化學(xué)除磷藥劑：聚合鐵鋁、三氯化鐵、三氯化鋁。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

①在污水處理廠現(xiàn)場采集污水混合液樣本時(shí)，要對未處理的污水混合液的初始含磷濃度進(jìn)行測定；

②選擇4 L未處理的污水混合液，將其分為4份，每份1 L，分別加入等量的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁鐵、三氯化鐵和三氯化鋁。再選擇1 L未處理的污水混合液加入等量的蒸餾水作為空白處理樣品；

③使用六聯(lián)電動攪拌器，首先進(jìn)行1 min速度為300 r/min的快速攪拌，之后再進(jìn)行5 min的速度為50 r/min的慢速攪拌，最后將攪拌好的污水混合液靜置沉淀30 min。

④在化學(xué)除磷藥劑和污水混合液反應(yīng)結(jié)束后，取污水混合液上層的清液進(jìn)行殘留磷濃度的測定。測定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，測定儀器為便攜式分光光度計(jì)。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)效果

2.2.3.1 不同化學(xué)除磷藥劑效果

通過對污水混合液上層清液進(jìn)行殘留磷濃度測定的結(jié)果分析，三氯化鐵化學(xué)除磷藥劑以及三氯化鋁化學(xué)除磷藥劑屬于純化學(xué)除磷試劑，而聚合鐵鋁化學(xué)除磷藥劑是污水處理廠實(shí)際使用的除磷藥劑。

由圖1可以看出，測得未處理的污水混合物上清液初始總磷濃度為1.583（圖中1.56）mg/L，在其他變量相同的情況下，未投加除磷劑的空白組總磷基本無變化，四種除磷劑在定量投加的條件下聚合硫酸鋁鐵的除磷效果最佳，聚合氯化鋁次之，三氯化鐵和三氯化鋁的除磷效果一般。

圖1 不同類型除磷劑投加后的上清液總磷濃度

由圖2可以看出，在實(shí)驗(yàn)變量范圍內(nèi)，聚合硫酸鋁鐵的除磷效率為90%，聚合氯化鋁的除磷效率為86%，而三氯化鋁和三氯化鐵的除磷效率較差，分別為65%和63%。由此分析，高分子無機(jī)除磷劑對于污水處理廠的總磷的去除效果較佳，主要是由于高分子無機(jī)除磷劑與污水混合物的污泥形成架橋吸附和混凝沉淀，對磷酸鹽的吸附效果較好。

圖2 不同類型除磷劑投加后的總磷去除率

2.2.3.2 除磷劑最佳投加濃度的確定

試驗(yàn)中為了對除磷劑投加系數(shù)的最佳標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，需取同一污水處理廠內(nèi)同一位置的污水混合液32 L，分成每份1 L的未處理污水混合液，使用不同濃度的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁鐵、三氯化鐵和三氯化鋁進(jìn)行批次試驗(yàn)。在試驗(yàn)步驟相同的情況下，對比分析四種除磷劑的最佳投加濃度。以湛江某污水處理廠的好氧池末端混合液（總磷：1～3 mg/L）為例，現(xiàn)測得試驗(yàn)所用的污水混合液的初始總磷濃度為1.538 mg/L；四種除磷劑分別設(shè)置不同的投加濃度梯度，分別為0、20、40、60、80、100、120、200 ppm。

由圖3和圖4可以看出，在其他變量相同的情況下，四種除磷劑的除磷效果均隨著除磷劑投加濃度的增加而升高（進(jìn)水磷酸鹽濃度1～2 mg/L）；其中聚合硫酸鋁鐵在投加濃度為80 ppm時(shí)，總磷去除效率達(dá)到了最高值為95%，聚合氯化鋁在投加濃度為100 ppm時(shí)總磷去除率達(dá)到了峰值，而三氯化鐵和三氯化鋁總磷去除效率最高為85%；但當(dāng)除磷劑投加濃度達(dá)到一定闕值時(shí)，污水混合液中的磷酸鹽去除率反而出現(xiàn)了下降的趨勢，原因可能是由于過量投加除磷劑時(shí)會破壞混凝沉淀的環(huán)境導(dǎo)致一部分磷酸鹽釋放；在相同劑量的四種除磷劑的除磷效果中，聚合硫酸鋁鐵的除磷效果最佳，聚合氯化鋁除磷效果次之，三氯化鋁和三氯化鐵除磷效果最差。此現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因?yàn)槿然F化學(xué)除磷藥劑和三氯化鋁化學(xué)除磷藥劑的水合反應(yīng)速度較快，而水和三氧化物性質(zhì)為：剛形成時(shí)密度最小，表面積最大，形成時(shí)間越長，則密度越大，表面積越小，其對磷酸鹽的吸附能力下降[3]。

圖3 除磷劑在不同濃度投加后上清液的總磷濃度

圖4 除磷劑在不同濃度下的總磷去除率

2.2.3.3 不同投藥位置的除磷效果比較

試驗(yàn)中為了對不同投藥點(diǎn)的除磷效果進(jìn)行比較，取同一污水處理廠內(nèi)不同位置的污水混合液，每個(gè)位置的污水混合液取1 L，共計(jì)3個(gè)位置，分成每份1 L的未處理污水混合液，在投加80 ppm的聚合硫酸鋁鐵進(jìn)行除磷效果試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟相同，對比分析除磷劑在不同投藥帶點(diǎn)的除磷效果情況。

由圖5可以看出，同一污水處理廠中除磷劑（以聚合硫酸鋁鐵為例）在不同位置使用除磷劑的效果。在其他變量相同的條件下，在厭氧區(qū)末端使用化學(xué)除磷藥劑的除磷效果最佳，曝氣池末端投加的除磷效果次之，二沉池出水端使用化學(xué)除磷藥劑的除磷效果最差。以出水磷酸鹽濃度低于0.5 mg/L為判斷標(biāo)準(zhǔn)，主要原因?yàn)閰捬醭啬┒说目偭诐舛茸罡撸^大促進(jìn)了混凝沉淀的反應(yīng)程度，且污水混合物含有較高濃度的污泥，使得污水混合液中的磷元素大量吸附于污泥表面，而在二沉池出水端由于總磷濃度較低，不含有污泥等，故除磷劑對總磷的吸附去除能力較差。

圖5 除磷劑在不同投加位置的總磷去除率

2.2.3.4 污水pH值對除磷藥劑效果的影響比較

聚合鐵鋁化學(xué)除磷藥劑、三氯化鐵化學(xué)除磷藥劑以及三氯化鋁化學(xué)除磷藥劑在進(jìn)行污水混合液除磷試驗(yàn)中，以聚合硫酸鋁鐵為例，污水的pH值會對混凝反應(yīng)的效果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致聚合硫酸鋁鐵和污水混合液中的磷進(jìn)行的水解聚合反應(yīng)效果以及鹽類水解產(chǎn)物的存在狀態(tài)出現(xiàn)影響。因此，取同一污水處理廠內(nèi)曝氣池末端不同pH值的污水混合液8 L，分成每份1 L的未處理污水混合液，投加濃度為80 ppm，設(shè)置污水混合液的pH為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、9.0、10.0、11.0[4]。

由圖6和圖7可以看出，以聚合硫酸鋁鐵為例，投加濃度為80 ppm。結(jié)果顯示，在混凝反應(yīng)pH為7～9時(shí)總磷效果最佳，總磷去除率為90%，混合液pH低于7和高于10時(shí)總磷去除效果一般；當(dāng)污水混合液pH值大于10時(shí)，總磷去除效率降低，主要原因可能為污水混合液的堿度較高，導(dǎo)致混凝反應(yīng)效果變差和部分磷酸鹽釋放。隨著除磷劑投加量的增加，降低了污水混合液的pH值，使得析出的溶解性硅酸鹽重新溶解于污水混合液中，導(dǎo)致化學(xué)除磷藥劑效果的降低。由此可知，除磷劑投加時(shí)應(yīng)控制污水混合液pH為7～9之間總磷去除效果為最佳。

圖6 除磷劑投加前后的pH變化情況

圖7 除磷劑在不同pH下總磷的去除率

3 結(jié)語

綜上所述，本文通過試驗(yàn)研究的方式，對現(xiàn)階段污水處理廠化學(xué)除磷工藝優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了分析并得出以下優(yōu)化運(yùn)行結(jié)論：①在其他變量相應(yīng)的情況下，聚合硫酸鋁鐵的除磷效率最高；②除磷劑最佳投加濃度為進(jìn)水磷酸鹽濃度為1～3 mg/L范圍，當(dāng)除磷劑投加濃度達(dá)到一定闕值時(shí)，污水混合液中的磷酸鹽去除率反而出現(xiàn)了下降的趨勢，所以在實(shí)際運(yùn)行時(shí)要注意最佳投加濃度，避免過量投加；③厭氧區(qū)末端使用化學(xué)除磷藥劑的除磷效果最佳；而實(shí)際運(yùn)行時(shí)可考慮投加在曝氣池末端，降低除磷劑對生物系統(tǒng)的影響；④在污水混合液pH值不大于10的前提下，其對化學(xué)除磷藥劑的除磷效率影響不大。