我國城鎮生活污水廠除磷技術研究進展

宋曉喬，周 濤，任天龍，馬傳澍，白晉民

(1.西安建筑科技大學華清學院，陜西 西安 710043；2.西安創業水務有限公司，陜西 西安 710086)

隨著經濟的發展，生活污水越來越多，生活污水中的氮和磷等物質如果直接排放的話會使得水體造成富營養化。目前城鎮生活污水廠技術或多或少難以使得氮和磷的去除效率都達標。西安市某污水處理廠就長期存在磷不達標的問題，西安市污水廠面臨2020 年底達到地表水準Ⅳ類水質標準的提標改造要求，提高城市污水處理廠除磷能力勢在必行。分析我國城鎮生活污水廠除磷技術應用現狀，探討除磷前沿技術，為該廠選擇最優方案奠定基礎。

1 城鎮生活污水廠除磷技術應用現狀

1.1 生物除磷

生物除磷技術我國城鎮生活污水廠采用較多的技術，主要利用除磷菌在厭氧、好氧交替的環境下釋磷吸磷，以高磷污泥的形式在二沉池泥水分離后被排放出去。現階段，我國大多數污水處理廠中，常見的除磷工藝有：A/O工藝、A2/O工藝、或其改良方案A1/O-A2/O多級多段工藝、A2/O多級多段工藝以及SBR等。西北地區某污水處理廠采用A2/O多級多段工藝出水水質偶爾出水0.5～1 mg/L之間波動；A2N-SBR(稱短程硝化-反硝化脫氮除磷工藝)在處理生活污水磷的去除率較高[1]；王少坡[2]等人利用A0-SBR工藝在長期低聚磷條件下處理含磷廢水效果良好；韓苗苗[3]利用SBMBBR工藝處理城鎮廢水，其OP去除率為64.6%。目前，生物除磷技術由于其工藝復雜、在工程實際運行中，若二沉池控制不當，則磷易釋放入水中等一些原因，造成其出水水質變差，去除效率低以及去除效果不穩定等特點。

1.2 化學除磷

化學沉淀法除磷機理是向含磷廢水中投加常用的鋁鹽、鐵鹽或者鈣鹽等化學絮凝劑，金屬離子與水中存在的磷酸根離子發生化學反應，生成不溶于水的金屬磷酸鹽，然后通過沉淀的方法實現固液分離，最終達到除磷的目的。化學除磷的優點是可高效除磷，具有簡單的工藝流程，運行起來可靠；缺點主要是高費用且會產生大量污泥[4]。馮錦梅和陸俊晨[5]采用常用的化學混凝劑對二級生化出水的除磷效果，其中硫酸鋁及三氯化鐵除磷效果好，硫酸鋁優于三氯化鐵，可以使得出水TP小于0.5 mg/L以下。

現階段，化學除磷復配混凝劑的應用范圍得到了廣泛的發展，迅速擴展到給水處理、排水處理、工業廢水處理等多個環境保護領域。我國采用化學除磷的絮凝劑存在以下問題：一是除磷效果單一。例如，經鋁鹽處理的污水澄清，色度較好，但其去除率較鐵鹽偏低，余鋁較高，經鐵鹽處理的污水中含磷量顯著降低，但出水色度較高。有研究表明，將鋁鹽、鐵鹽進行復配后的絮凝劑同時具備出水色度低、除磷率高的特點，即鐵鹽與鋁鹽在除磷過程中存在協同強化的作用。二是費用高，某污水處理廠現使用某品牌除磷藥劑，雖然可以使出水磷達到排放標準，但是每日處理費用高達2 萬元，廠工作人員表示成本太高。

1.3 其他除磷技術

電滲析法除磷的原理是通過在陰陽膜之間施加直流電壓，產生電位差，水中帶負電的磷酸根離子通過滲析膜而移動聚集到陰極，從而去除了水中的磷離子。在利用電滲析去除濃度較高的污廢水中的磷時，必須先進行預處理，且電滲析法受電流強度、電極間距、電解時間、原水磷濃度、原水pH 值、電解質等諸多因素影響，處理效果不穩定，存在耗能高，產物難處理等問題[6]。

.結晶法除磷的優勢在于產泥量少且容易控制，產物經回收處理后可作為農田肥料[7]。現階段我國使用結晶法除磷的主要有MAP(磷酸銨鎂)和HAP(羥基磷酸鈣)兩種方法，張蕊等人[8]采用以MgO作為鎂源的MAP結晶法可以將TP為130 mg/L的含磷配水處理至DP<5 mg/L，可以將TP為105 mg/L的大豆蛋白廢水處理至DP在0.23～4.7 mg/之間；采用以HAP法磷去除率可高達95%以上。但是，結晶法處理技術當前仍存在一定的局限性。

磁絮凝技術指將磁性微粒加入污水中，通過混凝反應生成磁性絮體，將水體中的微小懸浮物、菌膠團等不溶性污染物與微粒磁粉有效結合，形成更大體積和密度的磁性絮體促進了絮凝沉淀反應效率，降低出水色度，減少剩余污泥產量。曹一諾等人[9]使用磁粉50 mg/L及助凝劑PAM為1.0 mg/L處理二沉池出水，處理后的水中TP值為0.09 mg/L。磁粉與化學絮凝劑形成的磁絮體具有良好的處理效果，磁粉不但可以加強化學絮凝劑的沉降作用，同時兼具吸附作用，可作為今后傳統工藝的升級優化方向。

吸附法除磷[10]是利用吸附劑孔隙多、比表面積大、對去除對象有親和力等特點對污水中的磷離子進行吸附，來達到除磷的目的。韓金柱[11]等人利用改性的MgCl/沸石處理原水濃度為80 mg/L的含磷水樣，吸附容量達0.76 mg/g。佘健[12]等人利用0.5 g/100 mL的鋼渣將15 mg/L的磷酸鹽水樣處理至0.02 mg/L，磷的去除率達97%。吸附法除磷成本低，但因其吸附效率低、吸附后難以處理等特點難以在大范圍內得到應用，尋求高吸附效率及低成本的吸附劑是其未來發展的方向。

離子交換法是利用交換劑中的某些特定離子與磷酸根離子發生交換,置換出磷酸根離子，得到純水，進而達到除磷的目的。Alicia Sendrowski[13]等人指出離子交換法在處理污水的時候，存在吸附容量、選擇性吸收、吸收了非去除對象離子而失效中毒等問題，因此該種方法在實際污水處理中應用較少。

2 城鎮生活污水廠除磷技術的發展與研究動向

2.1 利用給水廠污泥處理污水中的磷

我國利用給水廠的污泥來去處理污水中的磷這一研究在當前階段較熱。李一兵等人[14]采用給水廠含鋁污泥去除污水中的磷，磷去除率可以高達90.93% .若給水廠和污水廠較近，可以直接將給水廠污泥引入到污水廠中去使用，既能解決給水廠污泥處置的問題，又能降低污水廠購買絮凝劑的成本。而實際工程中，給水廠和污水廠較遠，其運輸成本較高且運輸不便，若運輸不當，還會造成污染，所以有人就研究將其制作成固體，方便運輸。吳輝等人[15]利用西安市曲江水廠的鋁污泥作為基礎材料，與膨潤土和淀粉制得一種新型顆粒材料，其具有良好吸附性能和強度大等特點，與建筑用料進行混合與加工，制備了具有吸磷功能的水泥/鋁污泥、黃土/鋁污泥和粉煤灰/鋁污泥建筑磚材，其鋁污泥比例越大，磚體的磷吸附率越高；馬宏林[16]利用給水污泥制得復合填料用于人工濕地,系統對TP的去除率能夠保持在90%以上。我國給水廠大多采用鋁鹽作為混凝劑，而鋁污泥又對磷的吸附效果較好，可以獲得較高的除磷率的同時，還能夠以廢治廢，符合我國節能減排的要求。

2.2 化學藥劑精確投加和混合投加的處理技術

郭玉梅[17]等人污水處理廠三級深度除磷系統為研究對象，利用精確投藥系統對其進行升級改造。該污水處理廠進水TP為4.41～10.86 mg/L，平均濃度為7.15mg/L。三級處理 Al2O3實際投藥量平均約為4.28mg/L，約為理論投藥量的6.3倍。改造完成后使用精確投藥系統，污水處理廠三級處理系統投藥量相比未使用精確投藥系統，PAC 投藥量降低10.5%，出水 TP濃度降低約20%，運行成本每年可減少39萬元，取得較好的運行效果。侯艷玲[18]對某一示范污水廠的投藥系統進行改造，采用時序控制和PID控制策略，均能有效地保證出水磷酸鹽穩定低于1.0 mg/L，且優化后的控制方案可節省196～440 萬元，這一技術在有效保證出水達標的同時，又兼具降低成本，節約能耗的特點，在未來化學除磷發展方面具有廣闊應用前景。

3 結語

綜上所述，城市污水處理廠必須根據自身實際情況，如進水水質、運行成本等影響因素，再通過科學的試驗方法篩選最合理的除磷技術。傳統的生物除磷技術并不能滿足現階段污水廠的處理需求，因此，考慮到提高除磷效率及水質提標的目的，輔加以化學除磷的手段是最為經濟、高效的手段，而尋找廉價易得、節能環保、高效的除磷混凝劑是化學法除磷發展的方向。