白洋淀流域某污水處理廠深度除磷運(yùn)行效果分析

＊?jiǎng)?秦春雷 朱樹(shù)新 趙洪偉

（保定市排水服務(wù)中心魯崗污水處理廠 河北 071000）

2018年10月，河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》正式施行，其中核心控制區(qū)出水TP≤0.2mg/L，重點(diǎn)控制區(qū)出水TP≤0.3mg/L，分別與地表水III類和Ⅳ類持平。嚴(yán)苛的出水TP排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)白洋淀流域污水處理廠除磷運(yùn)行效果提出了極高的要求。本文以白洋淀流域某污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程為研究對(duì)象，針對(duì)城市污水處理廠除磷技術(shù)和影響因素，采用實(shí)際運(yùn)行和理論分析相結(jié)合的方式，通過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)污水處理廠不同工藝段TP變化，分析各工藝處理單元的除磷效果以及各種除磷技術(shù)的制約因素，總結(jié)污水處理廠深度除磷控制條件和影響因素，為深度除磷提供實(shí)際工程參考。

1.研究對(duì)象及檢測(cè)方法

（1）污水處理廠概況。本文研究對(duì)象是一座位于白洋淀流域保定市主城區(qū)的城市污水處理廠，設(shè)計(jì)日處理水量8萬(wàn)噸。該廠現(xiàn)執(zhí)行《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》重點(diǎn)控制區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)即Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，出水標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)強(qiáng)化運(yùn)行提高到III類水水質(zhì)即核心控制區(qū)排放限值。該廠現(xiàn)采用多級(jí)A/O（A2/O+A/O）+磁混凝+反硝化深床濾池+高級(jí)氧化（O3/H2O2/UV）工藝。該污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)和實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)如表1所示，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)經(jīng)常超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，其中TP實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)在8～28mg/L之間。

表1 白洋淀流域某污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)與實(shí)際進(jìn)水（mg/L）

（2）現(xiàn)有除磷工藝及關(guān)鍵控制參數(shù)。該廠現(xiàn)采用生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的除磷工藝：在生化段，不僅采用生物除磷，而且在生物池末端添加PAC（聚合氯化鋁）實(shí)現(xiàn)同步化學(xué)除磷。在深度處理階段，在磁混凝投加PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）實(shí)現(xiàn)后置化學(xué)除磷，作為出水TP達(dá)標(biāo)的保障工藝。

該廠生化段采用A2/O+A/O+二沉池工藝，完全能夠?qū)崿F(xiàn)聚磷菌厭氧-好氧交替運(yùn)行，厭氧釋磷好氧吸磷，并通過(guò)二沉池排泥將富磷污泥排出，同時(shí)回流污泥以保證生物池的微生物濃度。在生化處理階段，厭氧段、好氧段、二沉池和生物池的HRT分別為2.2h、9.3h、4.6h和20h，污泥回流比控制在60%～80%，厭氧段DO＜0.2mg/L，SRT控制在15～20d。該廠生化段采用生物池出水口投加PAC實(shí)現(xiàn)同步化學(xué)除磷，在二沉池形成沉淀物，與剩余污泥一起排出生化系統(tǒng)。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況，該廠生化段PAC投加量控制在5～10mg/L。

深度處理段的除磷主要由磁混凝實(shí)現(xiàn)，投加PAC、PAM和磁粉，實(shí)現(xiàn)快速混凝、絮凝和沉淀，通過(guò)排除污泥的形式去除TP和SS等。PAC具有除磷和混凝功能，其投加比例控制在8～12mg/L；PAM控制在1.0～1.3mg/L；磁粉補(bǔ)充量控制在3～4mg/L；磁混凝HRT控制在40～50min。

本研究歷時(shí)一年，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)該污水處理廠各工藝單元磷含量，旨在總結(jié)各工藝處理單元TP的變化規(guī)律和分析各除磷方法的除磷效果及影響因素，尋找深度除磷的關(guān)鍵控制條件。

（3）檢測(cè)方法。磷素檢測(cè)方法：GB 11893—89鉬酸銨分光光度法。

2.結(jié)果與討論

（1）預(yù)處理段總磷濃度變化及分析。該廠進(jìn)水成分較為復(fù)雜，進(jìn)水水質(zhì)經(jīng)常超標(biāo)。如圖1所示，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)水TP濃度在6.09～27.9mg/L之間，平均值為14.31mg/L，進(jìn)水總磷57%超標(biāo)；經(jīng)過(guò)預(yù)處理工藝單元處理后，一沉池出水TP濃度在2.08～9.56mg/L之間，平均值為4.12mg/L；預(yù)處理工藝單元階段TP去除率在7%～88%之間，平均比例為67.90%。這表明該廠預(yù)處理工藝段除磷效果明顯；該比例的階段總磷去除率與其他污水處理廠基本保持一致[4]。

圖1 預(yù)處理段總磷變化情況

該廠預(yù)處理段除磷主要由一沉池完成，一沉池為中進(jìn)周出輻流式，設(shè)計(jì)HRT為3h。如圖1和表1所示，進(jìn)水SS濃度高，SS去除比例也高，一般為50%左右；TP去除與SS去除曲線保持一致，說(shuō)明在初沉池中的絮凝沉淀隨著SS的去除，TP同時(shí)有較高的去除率。

（2）生化處理段總磷濃度變化及分析。該廠生化段設(shè)有五段式生物池和二沉池，采用生物除磷+PAC同步化學(xué)除磷工藝。如圖2所示，生化段進(jìn)水（一沉池出水）TP濃度在2.08～9.56mg/L之間，平均值4.12mg/L；該段出水（二沉池出水）TP濃度在0.023～0.83mg/L之間，平均值0.36mg/L；該段階段TP去除率在80%～99.36%之間，平均比例90.56%。

圖2 生化處理段總磷變化情況

雖然生化處理段總磷去除效果明顯，TP平均濃度0.36mg/L，低于一級(jí)A限值（0.5mg/L），但一級(jí)A達(dá)標(biāo)率僅82.61%，略低于國(guó)內(nèi)相近工藝條件其他污水處理廠完全達(dá)標(biāo)的情況[2]。一般情況下，該廠運(yùn)行穩(wěn)定，SRT、HRT、DO、泥位、硝態(tài)氮、回流比等均控制在合理區(qū)間內(nèi)，即使因存在深度處理，該廠生化段藥劑投加比例（一般控制在5～10mg/l）低于其他廠[3]，但是磷素在系統(tǒng)內(nèi)仍能順利實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷、好氧吸磷和通過(guò)剩余污泥排出，保證TP＜0.5mg/L，生化段除磷發(fā)揮作用。超0.5mg/l數(shù)據(jù)共8個(gè)，主要分布在2—5月份，該時(shí)段其他指標(biāo)平穩(wěn)，即使生物池PAC投加量增加2～8倍，如圖2所示，該時(shí)段生化段除磷效果不佳的情況并未改善；經(jīng)化驗(yàn)，該時(shí)段進(jìn)水含有生物除磷和PAC除磷所不能處理的溶解態(tài)有機(jī)磷等特殊磷。

（3）深度處理段總磷濃度變化及分析。該廠深度處理段設(shè)有磁混凝、反硝化深床濾池和臭氧高級(jí)氧化，在該階段總磷去除主要由磁混凝實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，磁混凝進(jìn)水（二沉池出水）TP濃度在0.023～0.83mg/L之間，平均值0.36mg/L；磁混凝出水TP濃度在0.038～0.39mg/L之間，絕大部分穩(wěn)定在地表水Ⅳ類水TP標(biāo)準(zhǔn)（0.3mg/L）之下，平均值0.14mg/L，遠(yuǎn)低于Ⅳ類水TP標(biāo)準(zhǔn)；磁混凝TP濃度消減量在0.01～0.751mg/L之間，平均值0.23mg/L，階段TP去除率在17.24%～90.48%之間，平均比例59.06%。

圖3 深度處理段總磷變化情況

磁混凝通過(guò)投加PAC、PAM和磁粉，實(shí)現(xiàn)化學(xué)沉淀，隨污泥排出處理系統(tǒng)。該廠磁混凝除磷整體水平與其他廠保持一致[4]，階段TP去除率雖然整體較高，但是部分時(shí)段TP去除率較低。經(jīng)分析，一部分時(shí)段是因?yàn)榇呕炷M(jìn)水TP濃度已經(jīng)很低TP＜0.1mg/L，因而該段TP去除率較低；一部分時(shí)段是因?yàn)檫M(jìn)水TP中含有難以生化處理部分較高；加之在生化處理階段，已經(jīng)投加藥劑同步強(qiáng)化生物除磷，因而在磁混凝后置藥劑投加量相對(duì)其他污水處理廠較小[4]，控制在8mg/L左右。該廠磁混凝工藝運(yùn)行良好，總磷Ⅳ類水達(dá)標(biāo)率95.65%，III類水達(dá)標(biāo)率80.44%。

此外，磁混凝出水和總出水的TP濃度仍有一定差值；這部分磷素的去除主要由反硝化深床濾池實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，濾池進(jìn)水（磁混凝出水）TP濃度在0.038～0.39mg/L之間，平均值0.14mg/L；總出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，全部在地表水Ⅳ類水TP標(biāo)準(zhǔn)（0.3mg/L）之下，平均值0.069mg/L；濾池階段TP去除率在17.24%～90.48%之間，平均比例59.06%。深床濾池除磷主要依靠微生物同化作用及濾料對(duì)懸浮物的截留、吸附作用[8]，磁混凝出水經(jīng)過(guò)濾進(jìn)一步去除SS中的總磷。該廠深床濾池除磷效果較好，整體上與其他污水處理廠保持一致[8]，但是與磁混凝除磷相似，部分時(shí)段除磷效果較差，與進(jìn)水TP含難以生化處理磷素有關(guān)。

（4）部分時(shí)段總磷濃度變化及分析。如圖4所示，該廠出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，濃度變化大，但是出水正磷酸鹽濃度在0.01～0.036mg/L之間，濃度相對(duì)穩(wěn)定，這說(shuō)明該廠部分時(shí)段除磷效果不理想是受進(jìn)水中所含的溶解態(tài)有機(jī)磷等特殊磷影響。該廠在2022年以前沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)有機(jī)磷的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)上游企業(yè)使用含磷緩蝕劑對(duì)污水廠出水TP有一定影響。目前，尚無(wú)切實(shí)有效的工藝去除溶解性有機(jī)磷等不能為污水廠所處理的特殊磷。因而，只有控制上游進(jìn)水水質(zhì)，才能避免此類含特殊磷廢水大量沖擊污水處理廠，進(jìn)而造成出水TP超標(biāo)的情況。

圖4 出水總磷與正磷酸鹽情況

（5）污水處理廠整體除磷效果及分析。如圖1和圖4所示，該廠進(jìn)水TP濃度在6.09～27.9mg/L之間，平均值14.31mg/l，經(jīng)常性超標(biāo)；出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，平均值0.068mg/L，全部在0.3mg/L之下，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；污水處理廠TP去除率在98.13%～99.92%之間，平均比例99.53%，除磷效果較好。在部分時(shí)段進(jìn)水含大量特殊磷沖擊的情況下，該廠出水TP≤0.2mg/L占比95.65%，TP≤0.1mg/L占比76.08%。這說(shuō)明，在沒(méi)有大量特殊磷廢水沖擊的情況下，該廠可以保證出水TP穩(wěn)定達(dá)到地表水III類標(biāo)準(zhǔn)。

3.結(jié)論

（1）預(yù)處理段，除磷效果明顯，是除磷比例最高的工藝段。生化段階段TP去除率平均90.56%，是除磷的關(guān)鍵工藝段。深度處理段磁混凝是除磷的最后保障；同時(shí)，該段的深床濾池與磁混凝協(xié)同除磷效果明顯。（2）在無(wú)含有機(jī)磷等特殊磷廢水的大量沖擊下，該廠按照現(xiàn)有工藝和參數(shù)運(yùn)行良好運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，依靠生物池化學(xué)強(qiáng)化生物除磷和后置磁混凝化學(xué)除磷等工藝耦合除磷，可實(shí)現(xiàn)出水TP穩(wěn)定達(dá)到地表水III類標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到深度除磷要求。（3）針對(duì)有機(jī)磷等特殊磷，十分有必要控制上游單位將含磷緩蝕劑等水處理劑、含磷洗滌劑等含有特殊磷的廢水排入城市污水處理廠。