城市污水處理廠化學除磷研究

徐錫梅，馬凱迪，應琦琰，彭 慧，章文華，任 瑩，Max Dohmman，劉洪波

(1.蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093；3.亞琛工業大學水和固體廢物管理研究所,德國亞琛 52056)

磷污染是目前水體富營養化的關鍵影響因素。污水處理廠僅依靠生物除磷很難保證出水百分百達標排放，研究新型材料應用于水處理進行脫氮除磷已是一個重要方向[1-4]，但因受進水水質的溫度、酸堿度、有機負荷等的影響較大，目前普遍采用生物除磷輔以化學除磷的技術[5-6]。

蘇州工業園區第二污水處理廠主要負責處理區內南片工業廢水及居民生活污水，該廠采用AAO 除磷脫氮處理工藝，一期工程于2009年投入試運行，現處理能力為15萬m3/d。出水指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級B排放標準，同時執行太湖流域標準，其中TP不得高于0.5 mg/L。為保證出水達標排放，該廠設計時選擇同步沉析法，在好氧池出水口末端設置藥劑投加點，實際生產中恒量投加硫酸鋁，嚴格控制，確保出水達標排放。

提到化學除磷，磷的去除效率與化學藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置、污泥濃度、pH、溫度等多種因素有關[7]。其中，藥劑的種類、投加量、藥劑投加位置對化學除磷效果影響最為顯著[8]。長期恒量、過量投加藥劑，不僅浪費藥劑增加成本，還有可能富集在回流污泥中破壞生物除磷[9]。針對此問題，本文結合該污水廠現有工藝特點，開展了實驗室靜態試驗，進一步提出化學除磷的優化方案。

1 材料及方法

1.1 試驗用水及水質

試驗原水為該污水處理廠好氧池出水，水質如下:pH值為6.85～7.40,TP為0.350～1.20 mg/L。因廠內恒量投加藥劑，好氧池出水TP時常低于0.5 mg/L，為使試驗條件基本相同，試驗前通過向生物反應池出水中外加磷酸二氫鉀溶液的方式，盡量統一原水樣TP濃度。

1.2 試驗儀器和試劑

主要混凝試劑包括液體硫酸鋁(Al2O3質量分數為7.8%)、聚合氯化鋁(PAC，Al2O3質量分數為10%)、聚合硫酸鐵(PFS，全鐵質量分數為11.0%)。

主要試驗試劑包括鉬酸鹽、抗壞血酸、 磷酸二氫鉀、磷標準液等。

主要儀器包括ZR4-6型六聯混凝試驗攪拌機、高壓滅菌鍋、雷磁pH計、紫外可見分光光度計Thermo EV300。

1.3 試驗方法

試驗分兩個階段進行：第一階段，在水樣pH為中性偏弱堿性的條件下，比較各試劑不同投加比例下的去除效果；第二階段，比較試劑最佳投加比，在不同pH及攪拌時間下的去除率變化。具體為：采用 ZR4-6型六聯混凝試驗攪拌機，取1 L水樣置于6個攪拌杯中，先快速攪拌2 min，轉速為120 r/min，再慢速攪拌15 min，轉速為50 r/min，隨后靜置30 min，取上清液檢測TP濃度。

1.4 分析方法

TP的濃度測定采用《水質總磷的測定》(GB 11893—1989)中的鉬酸銨分光光度法；pH采用《水質pH值的測定玻璃電極法》(GB/T 6920—1986)。

2 結果及討論

2.1 藥劑優選試驗

通過外加磷酸二氫鉀溶液將生物反應池出水TP濃度適當調節后，分別向其中投加0、20、40、60、80 mg/L和100 mg/L的液體硫酸鋁、PAC、PFS，根據所述試驗方法，分別對三種混凝劑各進行5組小試。試驗得到的出水TP濃度如圖1～圖3所示。

由試驗結果可知，三種混凝劑的投加均可以使出水TP降到0.5 mg/L，實現達標排放。相比之下，PAC的除磷效果最好，硫酸鋁、PFS次之。要使出水達標排放，PAC投加量為60 mg/L，硫酸鋁、PFS需要投加80 mg/L。通過成本核算，硫酸鋁、PAC、PFS單位藥劑成本分別為800、650、400元/m3，綜合考慮TP的去除效果、投加的可操作性及成本，選擇PAC為最佳混凝藥劑。

2.2 最佳條件試驗

按聚合氯化鋁的最佳投加量60 mg/L，調節每組燒杯中水樣的pH值分別至5、6、7、8、9，一組pH值的水樣分別在攪拌時間為10、15、20 min和25 min下進行化學除磷試驗，考察pH和攪拌時間對PAC混凝除磷效果的影響，如圖4所示。

圖1 硫酸鋁的除磷效果Fig.1 Phosphorous Removal Efficiency of Al 2(SO4)3

圖3 硫酸鐵的除磷效果Fig.3 Phosphorous Removal Efficiency of PFS

圖2 聚合氯化鋁的除磷效果Fig.2 Phosphorous Removal Efficiency of PAC

圖4 不同條件下聚合氯化鋁的除磷效果Fig.4 Phosphorous Removal Efficiency of PAC under Different Conditions

由圖4可知，攪拌時間、pH對PAC除磷效果都有一定的影響。在相同的pH下，攪拌時間越長，除磷效果越好。但是當攪拌時間超過15 min后，隨著攪拌時間的延長，除磷效果并沒有明顯增加。因此，PAC除磷的最佳攪拌時間為15 min。在攪拌時間為15 min、pH值為7～8時，PAC的除磷效果最佳。

3 結論

對硫酸鋁、PAC、PFS在同步沉析的投加點水樣，分別進行化學除磷藥劑最佳投加量試驗和條件試驗。最佳投加量試驗表明，PAC的除磷效果最好，最佳投加量為60 mg/L；條件試驗表明，攪拌時間為15 min、pH值為7～8時，PAC的除磷效果最佳。但是，實際生產中好氧段出水基本也是呈現中性或弱堿性，將藥劑投加點設置在離出水口15 min的位置，實時關注投加點TP含量，再通過自動控制措施微調投加量，理論上完全能確保出水達標排放。由于實際生產中每批次的藥劑有個別差異，應先通過生產性試驗驗證后再確定。