城市污水除磷技术的方法与实践

李宝生　蔡奎芳　张明新

（漯河市水务投资有限公司河南漯河462000）

城市污水除磷技术的方法与实践

李宝生蔡奎芳张明新

（漯河市水务投资有限公司河南漯河462000）

为满足日趋严格的排放标准要求，探索出了生物除磷和化学除磷相结合的处理工艺，运行结果表明：当进水总磷为5mg/L左右时，出水总磷小于0.3mg/L。为类似污水处理厂的除磷提供了参考实例。

城市污水；氧化沟；生物除磷；化学除磷；药剂选择

伴随水体富营养化问题日趋严重，城市污水处理必须考虑脱氮除磷。氮和磷流入水体后引起藻类的大量繁殖，水体处于缺氧状态，鱼类死亡，水体生态功能退化，直接威胁人类的健康。虽然有机物、氮、磷同为水体生物的重要营养物质，但藻类等水生生物对磷更为敏感，因此严格控制出水的含磷量对控制水体富营养化十分重要。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准中，磷酸盐（以P计）为不大于0.5mg/L，此外，地方政府为控制河流断面水质，会对城市污水磷酸盐的排放指标提出更为严苛的要求。所以，迫切要求城市污水处理厂采取措施提升生物脱氮除磷效果，并积极寻求其它行之有效的除磷技术。

城市污水常用的除磷技术有化学除磷和生物除磷，目的都是将可溶性磷转化为悬浮性磷，并从污水中分离。现代污水除磷技术是利用磷的循环转化过程，是废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀，或者利用细胞合成，将磷吸收到污泥细胞中的过程，前者为化学除磷，后者为生物除磷。我国城市污水碳氮比普通较低，对于中高浓度废水（BOD5＞200mg/L），采用生物脱氮除磷工艺比较合适，对低浓度废水（BOD5＜200mg/L），生物除磷经常难以满足要求，需要辅以化学除磷处理。另外，pH值、温度、DO、硝态氮、有机物浓度等因素的变化，也会影响到活性污泥的生物除磷效果，客观上也需要化学除磷进行补充。

1　污水厂概况

1.1污水厂处理规模和进水水质

污水厂设计进水规模为日处理废水6×104t，实际日处理废水6.7×104t，进水COD平均200mg/L、BOD5平均110mg/L、氨氮平均23mg/L、总氮平均35mg/L、总磷平均4.5mg/L，进水污染物浓度尤其是COD、BOD5指标均低于设计值。

1.2污水厂工艺流程

污水处理工艺流程为旋流沉砂+改良式氧化沟工艺，深度处理为混凝沉淀+过滤、消毒处理工艺，污水处理厂工艺流程见图1。

图1　污水处理厂工艺流程图

2　生物除磷

2.1生物除磷原理

关于生物除磷，普遍认可的生物除磷是聚磷菌（PAOS）的摄磷/释磷原理。聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用于吸收快速降解有机物，并转化为PH B（聚β羟丁酸）储存起来；当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的PH B产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度的含磷污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷目的。在厌氧条件下释放1Mg的磷吸收储存的有机物，经好氧分解后产生的能量用于细胞合成、增殖，能吸收2Mg~2.4Mg的磷。因此，磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放取决于污水中可快速降解的有机物的含量，一般说来，这种有机物与磷的比值越大，除磷效果越好。相对于正常细胞的磷含量（1%~3%），PAOS的吸磷量可达12%。

生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下受到抑制，随后进入好氧段才能增大磷的吸收量。因此生物除磷工艺必须在好氧段前设置厌氧段。本氧化沟按水流空间分布依次分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区，针对污水易于生物降解的有机物相对于进水氮、磷浓度不足的特点，采用分段进水的控制策略，充分利用原水中的碳源进行生物除磷。将进水分为两部分，80%主流进入厌氧区、20%旁流进入预缺氧区，污泥回流液分为两部分，80%主流进入缺氧区，20%旁流进入预缺氧区，符合该污水厂进水COD低，碳源缺乏的实际情况，可以在不影响脱氮和COD去除的基础上，实现良好的生物除磷。

2.2生物除磷效果

分析2015年4月份进出水总磷的指标，可以发现在进水总磷5mg/L以下时，二沉池出水总磷保持在0.5mg/L~0.8mg/L的水平上。在进水COD浓度较低，平均在200mg/L以下时，生物除磷仍达到85%左右的处理效率。说明系统运行稳定，各项运行参数控制合理。在此基础上，如果要进一步降低出水总磷的浓度，就必须考虑辅助的化学除磷方法。进出水总磷及处理效率汇总如表1。

表1　2015年4月进出水总磷及处理效率

3.1化学除磷原理

化学除磷的基本原理是通过向污水中投加化学药剂，使之与磷反应生成不溶性的磷酸盐，再通过固液分离将磷从污水中除去。常用金属盐中的铝盐和铁盐均可与废水中的磷酸根发生反应生成沉淀，从而达到除磷目的。金属盐的投加点比较灵活，可以在初沉池前、曝气池中或曝气池与二沉池之间，也可对二沉池出水进行投加。

当单纯的生物除磷很难达到要求时，就需要辅以化学除磷工艺，有资料显示，发达国家采用在一级或二级处理工艺中投加化学药剂，最终出水总磷可以达到0.2mg/L。在美国，为保证有效除磷，大多数污水处理厂采取以化学除磷为主或以生物除磷为主、化学除磷为辅的除磷措施。另外，生物脱氮除磷均需要有机物作为碳源，当水体中有机碳源不足时，可通过添加化学除磷单元来强化除磷［10］。

在化学除磷过程中，磷的去除效率和化学药剂的种类、投加量、药剂投加位置、污泥浓度、温度等多种因素有关，其中药剂种类、投加量、投加位置对除磷效果的影响最为显著。

3.2除磷药剂筛选试验

3.2.1试验方法

选取常用的化学除磷药剂聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、三氯化铁（FeCl3）

进行药剂筛选试验，试验用水选用二沉池出水。投药量按10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L的浓度梯度依次增加。

总磷采用钼锑抗坏血酸分光光度法测量，试验原水总磷为0.5mg/L~0.9mg/L。试验时，在10个烧杯中分别加入1000mL污水，第一个烧杯不加药，作为对照。其余9个烧杯分别依次增量加入混凝剂，然后将烧杯置于搅拌器上进行混凝试验［11］。搅拌过程分为两个阶段：快速搅拌2min，转速200rpm，慢速搅拌15min，转速50rpm。沉淀30min后，取上清液进行分析，根据试验结果分析不同浓度梯度下，各药剂的除磷效果及投加成本［12］。

3.2.2试验结果及分析

以二沉池出水为原水，进行不同浓度梯度下加药混凝试验，进水总磷浓度为0.68mg/L，各混凝剂除磷效果见图2、图3、图4。

图2　PFS除磷效果

图3　PAC除磷效果

分析试验结果可以看出，使用三组药剂均可使废水总磷降低到0.2mg/L以下，不同的是使用PFS药剂量为60mg/L、PAC的药剂量为50mg/L、FeCl 3的药剂量为40mg/L。当PFS的药剂投加量超过70mg/L、PAC的药剂投加量超过60mg/L、FeCl3的投加量超过50mg/L时，对污水中总磷的去除效果不再明显。从药剂费用上来看，PFS和PAC价格大约2200元/吨，FeCl3价格大约2400元/吨。因此，从处理成本及处理效果的综合因素来看，使用FeCl3作为该污水的化学除磷药剂较为合适，按40mg/L的投加量来计算，吨水的药剂成本为0.096元。

3.3生产运行化学除磷投加点选择

化学除磷根据药剂投加点的不同，可以分为：前沉析、同步沉析、后沉析等［13］。采用前沉析时，药剂投加量大、污泥产量会增多，同时会降低污水中的有机碳源，不利于低浓度污水的脱氮除磷。采用后沉析时，需要设置单独的混凝沉淀设备设施，增加处理流程。综合考虑以上因素，漯河沙北污水处理厂生产运行中尝试采用同步沉析的方法，把化学药剂的投加点选在氧化沟到二沉池中间的配水井上，通过管道混合和二沉池的周边配水完成药剂的混凝反应过程。这样选择投加点的优点是，污水中的磷先经生物除磷被大部分去除，因此加药量较前沉析少，污泥产量少，无需专门的混凝沉淀设施。除磷药剂选择FeCl3，投加量按40mg/L进行。

3.4生产运行除磷效果

漯河沙北污水处理厂自2015年11月下旬开始采用化学除磷处理，化学药剂投加3天后，出水总磷迅速降低到0.3mg/L以下，目前可以稳定运行在0.2mg/L左右，对比2015年4月同期的总磷出水指标来看，化学除磷效果显著。2016年4月份进出水总磷及去除率见表2。

图4　FeCl3除磷效果

表2　2016年4月进出水总磷及处理效率

3.5化学药剂对活性污泥的影响

化学药剂投加后，会对污泥产量及污泥特性产生影响，通常会增加污泥量，改善污泥粒径的大小，提高污泥沉降性能，有利于污泥的沉淀［14］。通过污水厂的生产运行表明，化学药剂投加后污泥量增加约为8%，活性污泥菌胶团增大，污泥体积指数由150降低到120左右，间接说明了污泥性能的改善。

4　结论

（1）生产实践表明，在生物强化除磷基础上辅以化学除磷，可以把出水总磷稳定在0.3mg/L以下。投加混凝剂可以改善污泥性能，没有对污水处理的其它运行产生不利影响。

（2）各污水厂水质不同，具体的污水处理工艺不同，需要通过详细的实验来筛选合适的化学药剂及其投加量。

（3）需要结合污水处理工艺的实际情况，确定合理的药剂投加点，以降低药剂消耗和处理成本。

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李宝生（1968年9月），河南漯河人，长期从事城市污水处理厂运行管理工作，工程师。