我国城镇生活污水厂除磷技术研究进展

宋晓乔，周 涛，任天龙，马传澍，白晋民

(1.西安建筑科技大学华清学院，陕西 西安 710043；2.西安创业水务有限公司，陕西 西安 710086)

随着经济的发展，生活污水越来越多，生活污水中的氮和磷等物质如果直接排放的话会使得水体造成富营养化。目前城镇生活污水厂技术或多或少难以使得氮和磷的去除效率都达标。西安市某污水处理厂就长期存在磷不达标的问题，西安市污水厂面临2020 年底达到地表水准Ⅳ类水质标准的提标改造要求，提高城市污水处理厂除磷能力势在必行。分析我国城镇生活污水厂除磷技术应用现状，探讨除磷前沿技术，为该厂选择最优方案奠定基础。

1 城镇生活污水厂除磷技术应用现状

1.1 生物除磷

生物除磷技术我国城镇生活污水厂采用较多的技术，主要利用除磷菌在厌氧、好氧交替的环境下释磷吸磷，以高磷污泥的形式在二沉池泥水分离后被排放出去。现阶段，我国大多数污水处理厂中，常见的除磷工艺有：A/O工艺、A2/O工艺、或其改良方案A1/O-A2/O多级多段工艺、A2/O多级多段工艺以及SBR等。西北地区某污水处理厂采用A2/O多级多段工艺出水水质偶尔出水0.5～1 mg/L之间波动；A2N-SBR(称短程硝化-反硝化脱氮除磷工艺)在处理生活污水磷的去除率较高[1]；王少坡[2]等人利用A0-SBR工艺在长期低聚磷条件下处理含磷废水效果良好；韩苗苗[3]利用SBMBBR工艺处理城镇废水，其OP去除率为64.6%。目前，生物除磷技术由于其工艺复杂、在工程实际运行中，若二沉池控制不当，则磷易释放入水中等一些原因，造成其出水水质变差，去除效率低以及去除效果不稳定等特点。

1.2 化学除磷

化学沉淀法除磷机理是向含磷废水中投加常用的铝盐、铁盐或者钙盐等化学絮凝剂，金属离子与水中存在的磷酸根离子发生化学反应，生成不溶于水的金属磷酸盐，然后通过沉淀的方法实现固液分离，最终达到除磷的目的。化学除磷的优点是可高效除磷，具有简单的工艺流程，运行起来可靠；缺点主要是高费用且会产生大量污泥[4]。冯锦梅和陆俊晨[5]采用常用的化学混凝剂对二级生化出水的除磷效果，其中硫酸铝及三氯化铁除磷效果好，硫酸铝优于三氯化铁，可以使得出水TP小于0.5 mg/L以下。

现阶段，化学除磷复配混凝剂的应用范围得到了广泛的发展，迅速扩展到给水处理、排水处理、工业废水处理等多个环境保护领域。我国采用化学除磷的絮凝剂存在以下问题：一是除磷效果单一。例如，经铝盐处理的污水澄清，色度较好，但其去除率较铁盐偏低，余铝较高，经铁盐处理的污水中含磷量显著降低，但出水色度较高。有研究表明，将铝盐、铁盐进行复配后的絮凝剂同时具备出水色度低、除磷率高的特点，即铁盐与铝盐在除磷过程中存在协同强化的作用。二是费用高，某污水处理厂现使用某品牌除磷药剂，虽然可以使出水磷达到排放标准，但是每日处理费用高达2 万元，厂工作人员表示成本太高。

1.3 其他除磷技术

电渗析法除磷的原理是通过在阴阳膜之间施加直流电压，产生电位差，水中带负电的磷酸根离子通过渗析膜而移动聚集到阴极，从而去除了水中的磷离子。在利用电渗析去除浓度较高的污废水中的磷时，必须先进行预处理，且电渗析法受电流强度、电极间距、电解时间、原水磷浓度、原水pH 值、电解质等诸多因素影响，处理效果不稳定，存在耗能高，产物难处理等问题[6]。

.结晶法除磷的优势在于产泥量少且容易控制，产物经回收处理后可作为农田肥料[7]。现阶段我国使用结晶法除磷的主要有MAP(磷酸铵镁)和HAP(羟基磷酸钙)两种方法，张蕊等人[8]采用以MgO作为镁源的MAP结晶法可以将TP为130 mg/L的含磷配水处理至DP<5 mg/L，可以将TP为105 mg/L的大豆蛋白废水处理至DP在0.23～4.7 mg/之间；采用以HAP法磷去除率可高达95%以上。但是，结晶法处理技术当前仍存在一定的局限性。

磁絮凝技术指将磁性微粒加入污水中，通过混凝反应生成磁性絮体，将水体中的微小悬浮物、菌胶团等不溶性污染物与微粒磁粉有效结合，形成更大体积和密度的磁性絮体促进了絮凝沉淀反应效率，降低出水色度，减少剩余污泥产量。曹一诺等人[9]使用磁粉50 mg/L及助凝剂PAM为1.0 mg/L处理二沉池出水，处理后的水中TP值为0.09 mg/L。磁粉与化学絮凝剂形成的磁絮体具有良好的处理效果，磁粉不但可以加强化学絮凝剂的沉降作用，同时兼具吸附作用，可作为今后传统工艺的升级优化方向。

吸附法除磷[10]是利用吸附剂孔隙多、比表面积大、对去除对象有亲和力等特点对污水中的磷离子进行吸附，来达到除磷的目的。韩金柱[11]等人利用改性的MgCl/沸石处理原水浓度为80 mg/L的含磷水样，吸附容量达0.76 mg/g。佘健[12]等人利用0.5 g/100 mL的钢渣将15 mg/L的磷酸盐水样处理至0.02 mg/L，磷的去除率达97%。吸附法除磷成本低，但因其吸附效率低、吸附后难以处理等特点难以在大范围内得到应用，寻求高吸附效率及低成本的吸附剂是其未来发展的方向。

离子交换法是利用交换剂中的某些特定离子与磷酸根离子发生交换,置换出磷酸根离子，得到纯水，进而达到除磷的目的。Alicia Sendrowski[13]等人指出离子交换法在处理污水的时候，存在吸附容量、选择性吸收、吸收了非去除对象离子而失效中毒等问题，因此该种方法在实际污水处理中应用较少。

2 城镇生活污水厂除磷技术的发展与研究动向

2.1 利用给水厂污泥处理污水中的磷

我国利用给水厂的污泥来去处理污水中的磷这一研究在当前阶段较热。李一兵等人[14]采用给水厂含铝污泥去除污水中的磷，磷去除率可以高达90.93% .若给水厂和污水厂较近，可以直接将给水厂污泥引入到污水厂中去使用，既能解决给水厂污泥处置的问题，又能降低污水厂购买絮凝剂的成本。而实际工程中，给水厂和污水厂较远，其运输成本较高且运输不便，若运输不当，还会造成污染，所以有人就研究将其制作成固体，方便运输。吴辉等人[15]利用西安市曲江水厂的铝污泥作为基础材料，与膨润土和淀粉制得一种新型颗粒材料，其具有良好吸附性能和强度大等特点，与建筑用料进行混合与加工，制备了具有吸磷功能的水泥/铝污泥、黄土/铝污泥和粉煤灰/铝污泥建筑砖材，其铝污泥比例越大，砖体的磷吸附率越高；马宏林[16]利用给水污泥制得复合填料用于人工湿地,系统对TP的去除率能够保持在90%以上。我国给水厂大多采用铝盐作为混凝剂，而铝污泥又对磷的吸附效果较好，可以获得较高的除磷率的同时，还能够以废治废，符合我国节能减排的要求。

2.2 化学药剂精确投加和混合投加的处理技术

郭玉梅[17]等人污水处理厂三级深度除磷系统为研究对象，利用精确投药系统对其进行升级改造。该污水处理厂进水TP为4.41～10.86 mg/L，平均浓度为7.15mg/L。三级处理 Al2O3实际投药量平均约为4.28mg/L，约为理论投药量的6.3倍。改造完成后使用精确投药系统，污水处理厂三级处理系统投药量相比未使用精确投药系统，PAC 投药量降低10.5%，出水 TP浓度降低约20%，运行成本每年可减少39万元，取得较好的运行效果。侯艳玲[18]对某一示范污水厂的投药系统进行改造，采用时序控制和PID控制策略，均能有效地保证出水磷酸盐稳定低于1.0 mg/L，且优化后的控制方案可节省196～440 万元，这一技术在有效保证出水达标的同时，又兼具降低成本，节约能耗的特点，在未来化学除磷发展方面具有广阔应用前景。

3 结语

综上所述，城市污水处理厂必须根据自身实际情况，如进水水质、运行成本等影响因素，再通过科学的试验方法筛选最合理的除磷技术。传统的生物除磷技术并不能满足现阶段污水厂的处理需求，因此，考虑到提高除磷效率及水质提标的目的，辅加以化学除磷的手段是最为经济、高效的手段，而寻找廉价易得、节能环保、高效的除磷混凝剂是化学法除磷发展的方向。