一体化活性污泥法（Unitank）工艺同步加药除磷试验

童 飞 ，周 振 ，陈思维 ，黄忠光 ，程建忠 ，陈 英

（1.上海城投污水处理有限公司，上海201203；2.上海电力学院能源与环境工程学院，上海200090）

一体化活性污泥法（Unitank）工艺采用连续流对序批式活性污泥法（SBR）工艺进行改进，具有周期性、交替式、连续流、恒水位的特点[1,2]。然而，由于Unitank工艺存在厌氧时间进水分配比例低、反硝化干扰释磷等缺点，一些研究认为Unitank工艺很难形成厌氧释磷环境，生物除磷效果难以得到保证[3-5]。针对其生物除磷难题，研究人员提出在前端设置独立厌氧区[6,7]或者采用化学除磷[5,8]的方法予以解决。

化学除磷具有效果稳定、反应迅速的优点，可作为生物除磷[9]效果不稳定时的补充或应急措施。常用的化学除磷模式包括前置（进水）加药除磷[10]、同步（混合液）加药除磷[11]和后置（出水）加药除磷[12]三种。其中，同步加药除磷具有设备要求低、无需新增构筑物等优点。本研究将针对Unitank工艺的特点，进行同步化学除磷药剂筛选，确定最佳投药量并进行技术经济分析，为Unitank工艺出水总磷（TP）稳定达标提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验样品

在Unitank工艺中，中间池始终处于曝气状态，边池则存在搅拌、曝气和沉淀的交替运行过程，因此该厂的同步加药除磷拟将加药点选择为中间池。本研究用于同步化学加药除磷的活性污泥混合液取自石洞口污水处理厂Unitank工艺中间池，以考察不同化学除磷药剂的除磷效果。

该混合液悬浮固体浓度和挥发性悬浮固体浓度分别为5 780 mg／L和3 971 mg／L，混合液pH 和 DO 分别为 7.37 和 2.8 mg／L，滤液 CODCr、氨氮、总氮和 TP 分别为43.5，0.76，9.55 mg ／L 和0.93 mg／L。

1.2 试验方法

取曝气池悬浮固体混合液3 L，向其中加入一定量的磷酸二氢钾控制原水 TP 浓度在 1.5～2.2 mg／L，置于恒温磁力搅拌器上快速搅拌10 min，使污泥与外加磷酸盐充分混合。充分混合后，分别向活性污泥混合液中投加不同浓度的化学除磷混凝剂，为模拟曝气池反应条件，曝气5 min，随后静置30 min，取上清液，测定TP、pH和浊度。反应温度控制20 ℃，溶解氧为 3.0 mg／L。

本研究选用的化学除磷药剂包括聚合氯化铝（PAC）、三氯化铁、复合铁铝和硫酸铝。TP测定采用国家标准方法[13]；浊度和pH值分别采用Hach 2100Q型浊度计和Orion EA940型pH计测定。

2 试验结果与讨论

2.1 三氯化铁除磷效果分析

向Unitank工艺中间池活性污泥混合液投加工业级三氯化铁（有效成分35%～38%，以FeCl3计），并将其投加量折算为三氯化铁纯溶液浓度，由此可得混凝沉淀出水TP、pH和浊度的变化分别如图1(a)和(b)所示。

图1 三氯化铁投药量对除磷效果、pH及浊度的影响Fig.1 Effect of Ferric Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由图1(a)可知，三氯化铁投药量从0 mg／L升高到57 mg／L时，出水TP浓度由1.48 mg／L迅速下降至 0.35 mg／L；投药量超过 57 mg／L 后，出水 TP 随投药量的增加下降趋势趋缓，当投药量达到107 mg／L，出水TP为0.22 mg／L。因此，三氯化铁的最佳投药量为57 mg／L，折算为工业级三氯化铁为155 mg／L，该投药量下TP去除率为74.4%。

由图1(b)可知，随着三氯化铁加药量的增加，出水浊度由6.87 NTU逐渐下降至107 mg／L时的1.37 NTU。其中，投药量由 0 增加至 10.7 mg／L 时，浊度下降最快，由6.87 NTU下降至3.84 NTU。出水pH随投药量增大也呈现逐渐下降趋势，当投药量由 71.5 mg／L 增加至 85.8 mg／L 时，pH 由 7.86 突降至7.57，但在整个加药过程中pH均稳定在7.6～8.0 之间。

2.2 硫酸铝除磷效果分析

向Unitank工艺中间池活性污泥混合液投加分析纯级硫酸铝，由此可得出水TP、pH和浊度的变化分别如图2(a)和(b)所示。

由图2(a)可知，当硫酸铝投药量增至80 mg／L时，出水 TP 浓度由 1.84 mg／L 快速下降至 0.36 mg／L，此后缓慢下降至 233 mg／L时的 0.09 mg／L。因此，硫酸铝的最佳投药量为80 mg／L，该投药量下TP去除率为 79.6%。

由图 2(b)可知，当投药量增加至 33.3 mg／L 时，出水浊度由6.82 NTU快速下降至2.31 NTU，此后基本趋于稳定。当投药量由200 mg／L增加至233 mg／L时，出水浊度由1.69 NTU突然降低至0.99 NTU。出水pH随投药量的增加呈现逐渐下降的趋势，并在20～33.3 mg／L 和 200～233 mg／L 时出现两次突降，pH 分别由 7.90 下降至 7.66 和由 7.58 下降至 7.28。

2.3 PAC除磷效果分析

向Unitank工艺中间池活性污泥混合液投加工业级PAC（有效成分为28%，以Al2O3计），可得混凝沉淀出水TP、pH和浊度的变化分别如图3(a)和(b)所示。

图2 硫酸铝投药量对除磷效果、pH及浊度的影响Fig.2 Effect of Aluminum Sulfate Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

图3 PAC投药量对除磷效果、pH及浊度的影响Fig.3 Effect of Polyaluminum Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由图3(a)可知，随着PAC投加量的增大，出水TP呈现快速下降、慢速下降和稳定3个阶段，两个折点的投药量分别为 66.7 mg／L 和 140 mg／L，出水TP 浓度则由 1.57 mg／L 分别下降为 0.64 mg／L 和0.26 mg／L。如果考虑出水达到 GB 18918—2002 一级A排放标准，则PAC最佳投药量为123 mg／L，此时出水 TP 浓度为 0.36 mg／L，TP 去除率为 74.1%。

PAC对出水浊度的影响与三氯化铁类似。当投药量由0增加至10.0 mg／L时，出水浊度下降最快，由5.45 NTU 下降至 3.45 NTU；随着 PAC加药量的增加，出水浊度进一步降低至66.7 mg／L时的0.65 NTU，此后出水浊度趋于稳定。出水pH随投药量的增加在7.6～7.9之间波动，无明显的规律性，如图4所示。

图4 复合铁铝混凝剂投药量对除磷效果、pH及浊度的影响Fig.4 Effect of Polymeric Ferric-Aluminum Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

2.4 复合铁铝除磷效果分析

向Unitank工艺中间池活性污泥混合液投加工业级复合铁铝混凝剂（有效铝为8%，有效铁为3%），可得混凝沉淀出水TP、pH和浊度的变化分别如图4(a)和(b)所示。

由图4(a)可知，复合铁铝投药量从0 mg／L升高到 87 mg／L 时，出水 TP 由 2.13 mg／L 迅速下降至0.79 mg／L；投药量超过 87 mg／L 后，出水 TP 随投药量的增加下降趋势趋缓，当投药量达到217 mg／L，出水TP为0.26 mg／L。因此，复合铁铝的最佳投药量为 87 mg／L，该浓度下 TP去除率为 60.5%；如果出水 TP 要低于 0.5 mg／L，则其投药量为 173.3 mg／L，此时出水 TP 为 0.37 mg／L，去除率为 80.1%。

复合铁铝投药量对出水pH和浊度的影响如图4(b)所示。当投药量由0 mg／L增加至43 mg／L时，出水浊度由3.95 NTU缓慢下降至3.51 NTU，当投药量增加至87 mg／L时，浊度快速下降至1.73 NTU，此后趋于稳定。出水pH随投药量的增加在7.3～7.8之间波动，无明显规律性。

2.5 同步加药除磷的技术经济分析

表1为同步加药除磷混凝剂的技术经济性分析。在进行运行成本分析时，表1中4种药剂均采用工业级产品价格核算。由表1可知，在出水TP为0.35～0.37 mg／L 时，四种药剂成本排序为 PAC＞三氯化铁＞硫酸铝＞复合铁铝。其中，复合铁铝运行成本最低，吨水处理成本为0.118元，比次低的硫酸铝低22.3%。当然，如果考虑到复合铁铝混凝剂的TP去除量最高，该药剂去除每g磷的成本为0.067元，较硫酸铝低38.0%。因此，综合考虑技术经济成本，建议Unitank工艺选用复合铁铝作为同步加药除磷药剂。在张健[14]对杭州七格污水处理厂的曝气池末端同步除磷研究中，也建议选择复合铁铝混凝剂。

表1 同步加药除磷混凝剂的经济性对比分析Tab.1 Technical and Economic Comparison of Coagulants for Simultaneous CPR

3 结论

（1）在同步化学除磷过程中，随着投药量增加，出水TP和浊度均呈明显的下降趋势。在本试验条件下，三氯化铁、硫酸铝、PAC和复合铁铝的最佳投药浓度分别为 155,80,123 mg／L 和173 mg／L。

（2）当投加三氯化铁和硫酸铝时，出水pH随着投加量的增大在投加量较低和较高的浓度水平出现了两次明显的突降点；而高分子混凝剂对pH的影响则无明显规律性。

（3）技术经济分析可知，复合铁铝是Unitank工艺同步化学除磷最经济有效的药剂，其最佳投药量为 173.3 mg／L，TP 去除率为 80.1%，出水 TP 为0.37 mg／L，处理成本约为 0.067 元/gP。

［1］羊寿生.上海在建的三座大型城市污水处理厂介绍(一)—上海石洞口污水处理厂[J].给水排水,2003,29(1)：7-9.

［2］Zhang F G,Liu J X,Sui J.Sludge concentration dynamic distribution and its impact on the performance of UNITANK [J].Journal of Environmental Sciences,2007,19(2)：141-147.

［3］雷明,李凌云,苏锡波,等.对三池式UNITANK工艺的几点深入认识[J].环境工程,2006,24(6)：35-36.

［4］王怀宇.UNITANK池在城市污水处理厂中的应用 [J].邢台职业技术学院学报，2008，25(1)：53-55.

［5］邱育真,李银波,周少奇,等.UNITANK工艺运行效果研究分析[J].环境科学与技术,2010,33(1)：124-127.

［6］李凌云,雷明,陶涛,等.UNITANK工艺厌氧环境的试验研究及工艺优化[J].中国给水排水,2006,22(9)：86-89.

［7］王乐，缪焕权，周业勤.大沥污水处理厂UNITANK工艺的调试运行[J].中国给水排水,2008,24(2)：92-94.

［8］徐昊昊，张鸿涛.UNITANK系统生物-化学联合除磷工艺中试研究[J].给水排水,2007,33(增刊)：205-207.

［9］姜鸣,张静慧,宫飞蓬,等.生物反硝化除磷技术研究进展[J].净水技术,2011,30(6)：11-15.

［10］Sunny Aiyuk,Joyce Amoako,Lutgarde Raskin,et al.Removal of carbon and nutrients from domestic wastewater using a low investment,integrated treatment concept[J].Water Research,2004,38(13)：3031-3042.

［11］de Haas D W,Wentzel M C,Ekama G A.The use of simultaneous chemical precipitation in modified activated sludge systems exhibiting biological excess phosphate removal part 1：literature review[J].Water SA,2000,26(4),439-452.

［12］韩玉珠，马青兰.混凝沉淀法污水深度处理条件优化[J].净水技术,2011,30(1)：42-44,86.

［13］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M],第4版.北京：中国环境科学出版社,2002.

［14］张健.杭州七格污水处理厂化学除磷工艺探讨[J].中国给水排水,2010,26(21)：145-147.