城市污水處理廠化學強化除磷藥劑的應用比較

趙 莎，陳傳運，劉 文，高 原

（濟寧中山公用水務有限公司，山東 濟寧 272000）

隨著國家環境保護戰略的不斷強化和實施，保障措施的不斷增多，全國地表水環境和水質持續好轉，但水污染狀況依然嚴峻。磷作為城市污水中的污染物質之一，以多種形式存在于污水中。在城鎮污水中，作為污染物質的磷主要通過點源污染進入水體。污水中的磷主要來源于家用洗滌劑（洗衣粉），特別是三磷酸鹽作為骨架成分引入合成洗衣粉后，水體富營養化問題日趨嚴重。

北方某污水處理廠主要處理主城區的生活污水和少量工業廢水，設計處理規模為20萬t/d，占地面積330畝（1畝≈0.067 hm2）。預處理單元采用粗格柵+曝氣沉砂池+細格柵工藝，主要去除污水中的懸浮物、漂浮物和細小的砂礫；生物處理單元采用厭氧+缺氧+好氧主體工藝，好氧池中投加了懸浮填料形成了AAO/MBBR工藝，強化了脫氮除磷效果；深度處理段采用混凝沉淀+濾布濾池過濾+紫外消毒工藝，進一步去除污水中的COD和總磷；出水水質要求達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準，其中出水總磷指標應不大于0.5 mg/L。

生物除磷是通過將活性污泥交替在厭氧和好氧狀態下運行，能使過量聚集磷酸鹽的聚磷菌占優勢生長，聚磷菌在厭氧狀態下釋放磷，在好氧狀態下過量地攝取磷，通過排放富磷剩余污泥，可去除污水中更多的磷。生物除磷的優點是經濟實惠，不投加化學藥劑，利用系統現有碳源，不會產生次生災害，但缺點是除磷效果不穩定，排泥不及時，還容易出現二次釋磷。

由于中國城市污水中的COD/TP較低，采用單一的生物除磷技術很難穩定地達到上述標準的要求，往往需要輔助化學除磷措施來滿足要求[1]。該廠化學除磷的主要單元為混凝沉淀池，但通過單純的這段處理，出水總磷瞬時值仍不能穩定達標。為確保穩定達標，設計了兩段式除磷劑投加，在生物處理段好氧池出水處設計了同步加藥裝置。選用凝聚性能良好、絮凝體生產迅速、試用水體pH值范圍廣的聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鐵（PFS）[2]及新型除磷藥劑益維磷作為混凝劑，對生物處理段出水進行化學除磷生產性試驗研究，確定適用的混凝劑種類、用量及運行成本，為污水處理廠的化學強化除磷提供數據參考和技術依據。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

試驗原水為生物處理段好氧池出水，總磷質量濃度為1.0～2.0 mg/L。混凝劑選取聚合氯化鋁（PAC）、益維磷、聚合硫酸鐵（PFS）3種，技術指標如下。

聚合氯化鋁（PAC）：黃色液體，有效成分Al2O3質量分數為7.5%，相對質量濃度1.18 g/mL。

益維磷：灰綠色固體粉劑，有效成分Al（OH）3質量分數為23%。

聚合硫酸鐵（PFS）：黑色液體，有效成分全鐵質量分數為11%，相對質量濃度1.45 g/mL。

1.2 分析方法

待測水樣經過靜止沉淀后取上清液，檢測上清液的磷酸根濃度，采用哈希試劑分光光度法。

2 3種化學藥劑的優缺點對比

2.1聚合氯化鋁（PAC）

鋁鹽的優點：①長期以來中國水處理除磷試劑普遍采用鋁鹽混凝劑，具有豐富的實踐經驗及運行管理經驗；②其溶液酸性較弱，對設備基本不存在腐蝕性。缺點：①有效成分較低；②與鐵鹽相比，適用的pH值較小，受水溫的影響較大；③對生物會有一定影響。

2.2 益維磷

由于本產品不是水處理除磷試劑中普遍采用的藥劑，因此產品的特點只能是廠家提供的特點：①高效，除磷效率可高達95%以上，處理后的水質優于國家一級A排放標準；②經濟，具有投加量小、污泥增加量少、綜合成本低的優點；③便捷，投加簡單方便，不改變原有工藝，可根據工藝條件和污水水質選擇合適的投加點；④安全，對微生物群無影響，同時具有降低出水SS功能。

缺點：在北方某污水處理廠藥劑試驗效果比較中，發現其藥劑成本并不低。

2.3 聚合硫酸鐵（PFS）

鐵鹽的優點：適用的pH值范圍大，受水溫的影響小。

缺點：①由于鐵鹽與水中的雜質形成溶劑性絡合物，造成出水帶黃色；②鐵鹽的酸性較強，對設備存在一定的腐蝕性。

有研究發現，硝化菌和亞硝化菌的活性均會受到投加鐵鹽的影響，可能是由于污泥絮體緊密性的增強限制了硝化菌與氧氣接觸，損壞了它們的活動，但投加Fe（Ⅲ）所形成的絮體結構相對松散，其影響比Fe（Ⅱ）稍小。

3 化學除磷藥劑生產性試驗

根據生產需要及現場安排，10月份，北方某污水處理廠在生物處理段出水處投加的除磷藥劑為聚合氯化鋁（PAC），11月3日至15日投加的除磷藥劑為益維磷，11月17日至24日投加的除磷藥劑為聚合硫酸鐵（PFS）。

聚合氯化鋁（PAC）試驗期間只對二沉池出水和在線總出水進行了數據跟蹤，未對好氧池出水進行跟蹤；益維磷與聚合硫酸鐵生產性試驗期間，對好氧池出水、二沉池出水及在線總出水進行了跟蹤。

3.1 生產性試驗期間進水總磷值

試驗期間進水總磷曲線圖如圖1所示，從圖1可以看出，在好氧池末端投加聚合氯化鋁（PAC）作為化學除磷藥劑期間，污水廠進水總磷質量濃度在2.34～8.21 mg/L之間波動，均值為3.65 mg/L；在益維磷投加期間進水總磷質量濃度在2.15～5.13 mg/L之間波動，均值為3.88 mg/L；在聚合硫酸鐵（PFS）投加期間，進水總磷質量濃度在3.79～4.57 mg/L之間波動，均值為4.08 mg/L，相比聚合氯化鋁（PAC）與益維磷投加期間，進水總磷稍有提高。

圖1 試驗期間進水總磷曲線圖

3.2 生產性試驗期間深度處理段藥劑投加質量濃度

在生產性試驗期間，該污水處理廠在深度處理段投加的化學藥劑均為聚合氯化鋁（PAC），投加質量濃度如圖2所示。從圖2可以看出，在好氧池末端投加聚合氯化鋁（PAC）藥劑時，深度處理段投加的PAC質量濃度最高，投加益維磷與聚合硫酸鐵時，深度處理段投加的聚合氯化鋁（PAC）質量濃度基本相當，與投加聚合氯化鋁（PAC）時相比，較少。

圖2 試驗期間深度處理段聚合氯化鋁（PAC）投加質量濃度

4 結果與討論

4.1 3種化學除磷藥劑除磷效果對比

3種除磷劑處理效果曲線圖如圖3所示，從圖3可以看出，益維磷投加期間，好氧池出水（加藥前）PO43-質量濃度在0.95～1.52 mg/L之間波動，均值為1.22 mg/L，加藥后二沉池出水PO43-質量濃度在0.74～1.12 mg/L之間波動，均值達到0.92 mg/L，對PO43-的去除率在10%～40%之間，經深度處理段除磷后在線出水總磷穩定在0.3 mg/L以下。

圖3 3種除磷劑處理效果曲線圖

聚合硫酸鐵（PFS）投加期間，好氧池出水（加藥前）PO43-質量濃度在0.99～1.45 mg/L之間波動，均值為1.21 mg/L，加藥后二沉池出水PO43-質量濃度在0.68～0.98 mg/L之間波動，均值達到0.84 mg/L，對PO43-的去除率在8%～50%之間，經深度處理段除磷后在線出水總磷質量濃度在0.35 mg/L以下，均值為0.29 mg/L。

聚合氯化鋁（PAC）投加期間，二沉池出水在0.73～1.31 mg/L之間波動，整體呈上升趨勢，均值為1.0 mg/L，經深度處理段除磷后在線出水總磷在0.18～0.42 mg/L之間波動，波動較大，存在超標風險，均值為0.32 mg/L。

綜上，對比二沉池出水PO43-數據，可以看出3種藥劑的除磷效果為聚合硫酸鐵（PFS）＞益維磷＞聚合氯化鋁（PAC）。

4.2 3種化學除磷藥劑處理成本對比

3種除磷藥劑的投加質量濃度及處理成本如圖4和表1所示。從中可以看出，聚合氯化鋁（PAC）的投加質量濃度在5.62～8.41 mg/L之間波動，相對穩定，均值為7.85 mg/L，每噸水處理成本在0.03～0.05元之間波動，均值為0.04元。益維磷試驗期間投加質量濃度在12.12～33.86 mg/L之間波動，均值為22.83 mg/L，每噸水處理成本為0.064元。聚合硫酸鐵（PFS）試驗期間投加質量濃度在2.95～8.66 mg/L之間波動，均值為6.15 mg/L，每噸水處理成本為0.020元。

表1 3種藥劑投加質量濃度與成本對比表

圖4 3種除磷藥劑的投加質量濃度及處理成本圖

因此，綜上可得出3種藥劑的處理成本為益維磷＞聚合氯化鋁（PAC）＞聚合硫酸鐵（PFS）。

5 結論

在聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）和益維磷3種化學除磷藥劑生產性試驗期間，北方某污水處理廠進水總磷相對穩定，深度處理段除磷劑加藥正常，不會對試驗效果產生影響。

3種化學除磷藥劑的除磷效果為聚合硫酸鐵（PFS）＞益維磷＞聚合氯化鋁（PAC），處理成本為益維磷＞PAC＞PFS，PFS處理效果最好，成本最低。