聚合铝铁化学强化法除磷概况及对曝气池微生物的影响

＊李淑辉 胡晓蕾

（保定市排水服务中心 河北 071000）

近年来，我国生活水平日益改善的同时也产生了大量的含磷废水，增大了污水处理厂的运行负担，随着我国污水排放标准要求的不断提高，国内很多污水处理厂处理工艺已经难以满足新标准规定的磷排放限值，因此需要在对污水处理工艺升级改造的同时提升总磷的去除能力。而采用这种工艺主要是为了单纯去除污水中的磷物质，但是氧化沟工艺的生物除磷能力不够理想。这种供应虽然能够在短时间内实现同步的脱磷除碳，但是存在的弊端仍然值得注意。第一点是一些反硝化菌和聚磷菌对于碳源的竞争，会使得彼此之间在处理的过程中处于相互抑制的状态，第二点是由于硝化细菌需要较长的年龄，但是反硝化细菌以及除磷则需要较短的年龄，彼此之间相互矛盾。通过上述分析研究中发现，所涉及到的一系列除磷工艺都会存在着技术手段方面的影响，无法在短期内取得良好的处理效果。对此，许多污水处理厂在技术升级改造的过程中都务必要采用化学除磷的方法。有研究分析[1]：通过在好氧池末端分别投加聚合铝铁或聚铝、聚铁来强化生物除磷系统，对总磷的去除率会有很大提高。

1.化学强化生物除磷概况

（1）化学强化除磷涵义。基于化学药剂出现的化学反应在不同的处理流程中所加的成分也有所不同。需要进行严格的区分。其中会包括前置沉淀、协同沉淀、后置沉淀等一系列的内容。其中同步沉淀是目前最为广泛的工艺，以除磷为主，该工艺更多是指利用同步金属离子，使在水中的正磷酸盐形成一种不溶解的沉淀，而这种沉淀的状态若是不易溶解，则可以及时排除淤泥处理干净，也能够达到除磷的目的。因此，这种方法十分稳定且简单。一方面能够避免过量投入化学药剂造成的成本高昂。在减少不必要支出的同时，也能够减少大量剩余的淤泥，有着环保高效等一系列的作用。在具体施工的过程中在爆气池的末端加入一定程度的化学除磷的药剂，能够再充分利用生物除磷，同时更能有着十分理想的化学效果。因此，这种方法能够降低化学剂量的投入，省时省力且节约成本[2]。

（2）化学除磷原理。由于采用一系列化学反应的方法除磷，是指在反应器中增加一定的化学药剂，在形成不溶性的磷酸盐沉淀物以后，通过排除剩余的污泥来达到最终除磷的效果。因此，采用化学反应方法除磷会包括四个步骤。分别为沉淀反应、聚集反应、絮凝反应以及固液分离。而常见的药剂有钙盐、铝盐等等。其中钙盐中最为常见的是石灰，是指通过提高水中的pH值来达到祛除磷的目的。目前这种方法的应用相对较少，但是应用到铝盐和铁盐除磷的作用较为广泛。通过大量的生产实践工序得知，采用化学除磷的方法一般要高于生物除磷的效率，有着更为广泛的应用空间和前景。

（3）普通生物除磷原理。化学强化法除磷的应用是建立在生物除磷为主的前提下[2]。一个是聚合磷酸盐累积微生物——聚磷菌（简称“PAOs”）；另一个是好氧反硝化吸磷理论。聚磷菌（PAOs）的摄/放原理是在厌氧条件下聚磷菌吸收水解产生的挥发酸用以合成PHB/PHV，通过剩余污泥的排放，达到系统中除磷的效果。此理论的形成打破了传统理念，实现了脱氮和除磷过程由一种微生物来完成，为同步生物除磷新工艺的发展提供了理论指导。据报道：与传统的生物脱氮除磷工艺相比，好养反硝化吸磷不仅氧气消耗量降低30%，CODCR消耗量可节省50%，污泥产量也可减少50%。

（4）化学强化生物除磷。化学强化生物除磷就是在生物除磷工艺基础上加入化学除磷管路系统，通过向生物除磷工艺不同点位投加适合的化学药剂进一步加强除磷效果的过程。通常污水处理厂运行管理人员采用同步沉析的方法直接将铝盐或者铁盐投入到曝气池中，这样兼有生物除磷与化学除磷的优点，能够达到很好的除磷效果，还能减少单纯化学除磷药剂的投加量。通过实验研究和工作实践发现：化学强化除磷药剂在曝气池末端投加最为理想，由于此处好氧吸磷的过程已基本完成，即使有部分药剂通过回流和内回流到达曝气池前端，也基于回流中药剂量较小，对生物除磷影响不大。而相同聚合铝铁的投加量下，在曝气池前端投加聚合铝铁强化A2/O系统，聚磷菌的生物除磷作用则会受到一定干扰。

（5）聚铝、聚铁盐反应过程[3]及聚合铝铁应用优势。在水质pH=6～7并且稳定的条件下，通过彼此之间相互碰撞、融合等一系列的反应以后，这些联络物本身的表面积较大，相比于其他表面积较小的联络物而言，有着更强的吸附功能，且正电荷较高可以在规定的时间内吸收到更多污水中的杂质和负电荷的胶体，使得负电荷的电位与以往相比有明显的下降趋势，整个胶体处于更为平稳的状态，随时再次进行后续的沉淀以后，能够达到减少含磷总量的最终目的。除此之外，铝盐也通过聚集反应可以再次生成网状，考虑到铁盐的处理原理和铝盐处于基本相同的状态，主要是因为两者之间在发生化学反应以后能够生成磷酸盐沉淀，再加上铁盐水解生成大量的单核络合物，在彼此之间相互碰撞结合以后，更能够形成多核的状态，表面积较大以及具有较高正电荷的情况下，能够吸附水中更多带有负电荷的胶体。促进了胶体的絮凝作用使水中的颗粒有机磷得到去除。聚合铝铁兼具了铝盐及铁盐的性能，糅合了经济价位和颜色干扰等因素达到了更佳的配比处理效果。课题研究员王东升[4]在研究聚合铝铁强化A2/O工艺除磷中，实验分析了投药后活性污泥EPS及PHB等含量和组成的变化。这点在银定庄污水处理厂运行应用中也有突出表现。

2.银定庄污水厂A2/O工艺及升级改造工艺者简

A2/O工艺是20世纪70年代由美国一些专家在A/O法的基础上开发的。具体来讲，该工艺是指当污水提前进入到厌氧区，沉池的淤泥也会回流到这一区域，而该区域所涉及到的主要功能是通过化学反应的方式进行。按华丹混合液从厌氧区流出并流入到缺氧区以后，再次进行反硝化的化学反应，将混合物交替以后产生全新的化学反应，需要再次进行有机物的氧化和暗淡的消化，从而去除磷。因此，上述工艺存在的目的是为了更为广泛的同步脱氮除磷的工艺。考虑到许多微生物在不同的交替环境下共同生长，一方面能够脱氮除磷，另一方面又能够抑制细菌的大肆生长，因此这种工艺状态并不会出现严重的淤泥堵塞和膨胀。保定市银定庄污水处理厂于1996年8月开始运行，从开始的带前置厌氧段活性污泥法A2/O工艺经过一级B、一级A两个阶段的升级改造，成为A2/O+A/O污水处理工艺，使出水水质达到国标GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，同时将化学强化除磷法提到日程。随着华北明珠白洋淀水环境标准的再次提高，加强大清河流域水污染物的监督管理，减少污染物排放，河北省地方标准大清河流域水污染物排放标准DB 13/2795-2018发布实施。保定市银定庄污水处理厂继而执行大清河流域重点控制区标准，运行压力进一步加大，化学强化法除磷和生物除磷相结合成为行之有效的运行模式。经过不断实践，聚合铝铁最后成为银定庄污水处理厂化学强化除磷首选药剂。

3.活性污泥在污水处理中的地位

由于活性淤泥的虚体更多都是由细菌和胞外聚合物、阳离子等一系列的物质在通过物理或者化学的共同作用下一起组成的一种微生物实体。再加上这类污泥的主要特点是指即便在污水处理的过程中会包括本身的一些特性，同时也会对于系统的处理有着较大的效果。这说明活性污泥在污水处理中将会影响甚至决定着二沉池实现泥水分离是否真正成功的关键因素所在。其中菌胶团作为十分复杂的生物车集体，会带负电荷。这种生物的絮凝作用中游阳离子的状态将具有至关重要的地位。

4.聚合铝铁在银定庄污水厂运行管理中的应用

研究员王东升[4]在研究聚合铝铁强化A2/O工艺除磷中通过实验也肯定了这一点。银定庄污水处理厂投加聚合铝铁后，脱氮除磷效果明显提高，同时活性污泥的形态也产生了变化。投加聚合铝铁后，A2/O脱氮除磷系统污泥产量增加，污泥絮体颗粒有明显的增大，泥龄缩短。有文献报道[1-2]：一些工厂若想更好地进行除磷的实验，会让工作人员向污水二级的生物处理厂中增加一定比例的铁盐或是铝盐经过大量的实验研究发现，当出水磷的浓度达到每升一毫克以后，相应的淤泥总量和体积也会随之增长。大概会增长32%或36%左右，再加上淤泥投药之前的十二天也会缩短到投药后的八天，在投药以后的淤泥颗粒与以往相比会明显增加，有利于泥水分离，降低了出水浊度。在实验室小试得出：分别取1mL、0.5mL、0.15mL和0.05mL聚铝滴加到银定庄厂好氧段曝气池100mL的混合液中，结果显示：0.15mL的效果最佳。0.5mL的试验管沉降性、泥水分离好于1mL的实验现象。这也说明当聚合铝铁投加量超过一定浓度时，也会影响活性污泥的絮凝性能[5]。

5.聚合铝铁应用对曝气池的影响

(1)聚合铝铁对曝气池微生物的影响

通过对银定庄污水处理厂曝气池镜检和污泥浓度MLSS的分析发现：银定庄污水厂在投加聚合铝铁前，A2/O系统中微生物群落丰富，群落结构稳定。投加聚合铝铁后在合理投加范围内保证出水水质满足国家一级A排放标准前提下，曝气池沉降比减小，污泥浓度降低，曝气池菌胶团絮体从最初的球状、分枝状、片状演变成很多针状、梭状。菌胶团、絮体颜色偏向棕红色（铁盐的作用），菌胶团总量减少，但是部分生物菌（累枝虫等）的数量占整个生物群落的比例却在增加。微生物优势种属正常，但数量减少比较明显，尤其是楯纤虫和钟虫数量明显减少。后生动物种类增加，变形虫数量明显增多，铁盐占比增大时变形虫数量增加更显著。

(2)聚合铝铁对曝气池混合液浓度的影响

通过对银定庄厂曝气池的相关参数做了阶段性投药前后的分析观察得出：投药前银定庄厂曝气池污泥浓度MLSS多数时间在5000～7000mg/L左右，投加聚合铝铁后MLSS大多在3500～5000mg/L，同时泥水分离状况较好。此外，对硝化菌的活性有一定影响。这是因为投加聚合铝铁后系统中剩余污泥量增加，泥龄减少，对聚磷菌和反硝化菌短泥龄微生物有利，对硝化细菌的污泥龄不利。

6.聚合铝铁对水质个别指标的影响

有研究试验证明[8-9]：聚合铝铁对CODCR有一定的去除作用，这一点在银定庄污水处理厂运行中也有发现：投药前出水CODCR值一般在25～40mg/L，投药后出水CODCR一般在10～25mg/L之间，有时会低于10mg/L。

7.结束语

通过对银定庄污水处理厂在一级A升级改造后投加聚合铝铁的前后分析得出：聚合铝铁强化生物除磷对磷的去除效果显著，能够持续满足国家对总磷的一级A排放标准，加强工艺管理，能够达到大清河流域水污染物排放标准中核心控制区（0.2mg/L）除磷标准。投药点选在曝气池末端比较合理，对曝气池生物相负影响较小，对脱氮影响不大。聚合铝铁能提高改善曝气池沉降性能，增大泥水分离，对COD的去除有积极作用。虽然曝气池末端投加的聚合铝铁回流到曝气池厌氧区的药量不多，但对微生物结构仍有影响：污泥微生物群落的总生物量与投加前相比减少较多，系统中微生物数量会减少，部分菌种菌量大幅增加，单位体积污泥的活性降低；絮状体形态发生改变，针状、梭状絮体结构占比明显增多；原后生动物数量减少，后生动物种类和数量增加。因此，利用化学强化法除磷，仍要以生物除磷为主，即能降低运行成本，更能保护曝气池生物系统的良性发展。