城市污水超深度除磷可行性研究

摘要：基于普適性，本文選擇厭氧-缺氧-好氧（A2O）工藝作為研究對象，在污水處理工藝流程中設(shè)定6個監(jiān)測點，對其各種磷形態(tài)進行測定和分析。結(jié)果顯示，原污水中磷形態(tài)以懸浮態(tài)磷和溶解性正磷酸鹽為主，經(jīng)預(yù)處理后，懸浮態(tài)磷得以大量去除；受厭氧釋磷影響，厭氧段后污水中溶解性正磷酸鹽占主導(dǎo)；經(jīng)好氧段聚磷菌大量吸磷后，出水總磷濃度降至最低，其中以懸浮態(tài)磷為主。二沉池出水中磷含量的排序為總磷＞懸浮態(tài)磷＞溶解性正磷酸鹽＞其他溶解性磷，其中懸浮態(tài)磷占比超過一半。二沉池出水投加藥劑可以更深一步地去除磷，其中，其他溶解性磷的去除將成為污水深度與超深度除磷的瓶頸。

關(guān)鍵詞：污水；A2O；磷形態(tài)；深度除磷

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.052

Abstract： Based on universality， this paper selects the anaerobic anoxic oxic （A2O） process as the research object， and sets six monitoring points in the sewage treatment process to measure and analyze various phosphorus forms. The results show that the main forms of phosphorus in the original sewage are suspended phosphorus and dissolved orthophosphate， after pre-treatment， a large amount of suspended phosphorus is removed; affected by anaerobic phosphorus release， dissolved orthophosphate dominates in the sewage after the anaerobic stage; after a large amount of phosphorus uptake by aerobic phosphorus accumulating bacteria， the total phosphorus concentration in the effluent decreases to the lowest， with suspended phosphorus being the main pollutant. The order of phosphorus content in the effluent of the secondary sedimentation tank is total phosphorus＞suspended phosphorus＞dissolved orthophosphate＞other dissolved phosphorus， with suspended phosphorus accounting for more than half. Adding chemicals to the effluent of the secondary sedimentation tank can further remove phosphorus， among which the removal of other dissolved phosphorus will become the bottleneck of deep and ultra-deep phosphorus removal in sewage.

Keywords： sewage; A2O; phosphorus form; deep phosphorus removal

磷濃度的高低是控制水體中藻類生長豐度的最重要因子[1-2]，目前，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準（出水總磷濃度0.5 mg/L）[3]已無法滿足改善水環(huán)境的要求，部分地區(qū)陸續(xù)出臺更為嚴苛的排放要求，提高城市污水處理廠的磷去除率成為改善水環(huán)境質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[4-5]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，采用A2O系列工藝的污水處理廠數(shù)量占全國污水處理廠總量的33%，處理水量占污水總處理量的46.2%。基于該工藝的廣泛性，本文以A2O工藝為基礎(chǔ)，深入探討污水處理流程中磷形態(tài)的變化規(guī)律，從而為污水處理運行工況調(diào)整、磷的高效去除提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗方法

試驗在廣東省某城市污水處理廠進行，該廠污水處理采用A2O工藝，總水力停留時間為9.61 h，廠區(qū)出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。化學(xué)需氧量（COD）的測定采用重鉻酸鉀法；氨氮（NH3-N）的測定采用納氏試劑分光光度法；總氮（TN）的測定采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法；總磷（TP）的測定采用鉬酸銨分光光度法。

鉬酸銨分光光度法將磷形態(tài)分為總磷（TP）、溶解性總磷（DTP）和溶解性正磷酸鹽（DIP），測定前需要對水樣進行預(yù)處理。TP為原水樣直接消解后測得的總磷；DTP為原水樣經(jīng)濾膜（孔徑0.45 μm）過濾后消解測得的溶解性總磷酸鹽；DIP為原水樣經(jīng)濾膜（孔徑0.45 μm）過濾后不消解直接測得的溶解性正磷酸鹽；TP與DTP的差為懸浮態(tài)磷；DTP與DIP之差為其他溶解性磷。

2 結(jié)果與討論

2.1 廠區(qū)進出水總磷情況

試驗期間，對廠區(qū)進出水總磷進行歷時1年多的持續(xù)檢測。該廠進水總磷濃度均值為4.28 mg/L，個別天數(shù)有波動，但總體來看，進水總磷濃度基本穩(wěn)定。

經(jīng)生化工藝處理后，二沉池出水中總磷濃度均值為0.34 mg/L，滿足該廠現(xiàn)執(zhí)行的排放標準[3]一級A標準（TP濃度小于0.5 mg/L）的要求。從數(shù)據(jù)分析來看，該廠總磷平均去除率在90%左右，出水總磷濃度最大值為0.44 mg/L，最小值為0.25 mg/L，距離國內(nèi)高標準排放的總磷指標還有一定差距。為應(yīng)對日益嚴苛的排放指標要求，有必要對該廠生化處理過程中磷形態(tài)的遷移變化規(guī)律進行研究，以便制定高效的處理策略，為后期高標準排放提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)儲備。

2.2 各生化段對各種形態(tài)磷的去除

試驗過程中，對6個取樣點的水樣同步進行各種形態(tài)磷濃度的檢測。生化處理過程中，各單元出水中磷的存在形態(tài)及其濃度如圖1所示。

廠區(qū)進水中磷形態(tài)以懸浮態(tài)磷和溶解性正磷酸鹽為主，各占總磷的48%和44%；經(jīng)預(yù)處理后，懸浮態(tài)磷得以大量去除，此時污水中的磷以溶解性正磷酸鹽為主，占比為60%；整個流程中，厭氧段出水中的溶解性正磷酸鹽占比最高，達87%；經(jīng)好氧段后，出水總磷濃度最低，這其中以懸浮態(tài)磷為主，占好氧段出水總磷的一半以上；從二沉池出水來看，懸浮態(tài)磷占主導(dǎo)地位，占比達63%。從A2O污水處理工藝整個系統(tǒng)來看，總磷去除率達91%，其中預(yù)處理+厭氧段去除進水中77%的懸浮態(tài)磷，90%以上的溶解性正磷酸鹽在好氧段去除，系統(tǒng)出水總磷濃度為0.19 mg/L，已遠遠高于現(xiàn)排放標準的要求，但若要應(yīng)對更高排放標準，仍存在很大的困難。

2.3 磷的深度去除

為考察該廠深度除磷的可行性，項目組以該廠二沉池出水為原水，投加化學(xué)藥劑進行深度除磷，進一步降低出水磷濃度。另外，為使試驗結(jié)果具有更好的普適性，采用的水樣為二沉池出水，總磷濃度為0.4～0.5 mg/L，投加混凝劑后，上清液中磷濃度及其存在形態(tài)如圖2所示。

從圖2可以看出，二沉池出水中懸浮態(tài)磷占比最高，為62%，若要實現(xiàn)出水磷濃度的進一步降低，去除這部分磷是重點。因此，對采集的二沉池出水水樣進行混凝劑投加試驗。結(jié)果顯示，隨著聚合氯化鋁（PAC）投加量的增加，總磷去除率逐漸上升，但到達一定程度時，曲線上升趨于平緩。在本次試驗中，當(dāng)PAC投加量為30 mg/L時，總磷去除率達83.8%；當(dāng)PAC投加量達到60 mg/L時，上清液中的總磷濃度下降到0.043 mg/L，總磷去除率達到91%，實現(xiàn)超深度除磷。另外，從去除的磷形態(tài)來看，PAC投加量為60 mg/L時，水樣中懸浮態(tài)磷的去除率為95%，溶解性正磷酸鹽的去除率為93%，其他溶解性正磷酸鹽的去除率為63%。可見，投加PAC能獲得懸浮態(tài)磷和溶解性正磷酸鹽的良好去除，其他溶解性磷的去除略顯薄弱，也可以說，其他溶解性磷的去除將是污水深度除磷的瓶頸。另外，PAC溶于水后水解形成的長鏈聚合陽離子與溶解性正磷酸鹽（PO43-）發(fā)生反應(yīng)形成沉淀，同時，形成的顆粒沉淀物又可以吸附部分懸浮態(tài)磷，因此PAC的投加可實現(xiàn)溶解性正磷酸鹽和懸浮態(tài)磷的高效去除。試驗僅利用混凝后自由沉淀，取上清液進行磷的測定，若后續(xù)采用膜過濾或加載磁粉等完成清濁分離，將會獲得更好的除磷效果。

3 結(jié)論

該城市污水處理廠采用A2O工藝，污水處理工藝沿程設(shè)定6個采樣點，測定各節(jié)點的磷形態(tài)。經(jīng)測定，原污水中磷形態(tài)以懸浮態(tài)磷和溶解性正磷酸鹽為主，各占總磷的48%和44%；預(yù)處理工序以去除懸浮態(tài)磷為主；經(jīng)厭氧段后，污水中溶解性正磷酸鹽占主導(dǎo)，達87%；好氧段處理后，出水總磷濃度最低，其中以懸浮態(tài)磷為主。二沉池出水中磷含量的排序為總磷＞懸浮態(tài)磷＞溶解性正磷酸鹽＞其他溶解性磷，其中懸浮態(tài)磷占比達63%。二沉池出水投加PAC可以實現(xiàn)磷的超深度處理，去除率排序為懸浮態(tài)磷＞溶解性正磷酸鹽＞其他溶解性磷，其他溶解性磷的去除將成為污水深度與超深度除磷的瓶頸。此外，未來需要深入探討除磷藥劑的選擇和改良、藥劑的投加方式（包括投加量和投加點位）、出水中殘余藥劑的再利用以及藥劑投加后的運行模式等方面，從而進一步提高總磷去除率。

參考文獻

1 李凌萍.滇池有機磷特征及其對水污染的貢獻[D].南昌：南昌大學(xué)，2015：11-12.

2 王海軍，王洪鑄.富營養(yǎng)化治理應(yīng)放寬控氮、集中控磷[J].自然科學(xué)進展，2009（6）：599-604.

3 國家環(huán)境保護總局.城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準：GB 18918—2002[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

4 彭五慶，李 彭，蔡浩東，等.污水廠生化尾水深度化學(xué)除磷效果優(yōu)化及其對顆粒態(tài)磷粒徑分布的影響[J].凈水技術(shù)，2022（2）：68-74.

5 馬明揚.污水廠生化工藝和深度處理工藝對不同形態(tài)磷的去除[J].供水技術(shù)，2021（4）：17-20.