污水處理廠化學除磷工藝優化運行研究

黃瓊清

（湛江市廣業環保有限公司，廣東 湛江 524000）

目前，我國污水處理廠的化學除磷工藝已得到廣泛應用，其原理為化學除磷藥劑與污水混合液中的磷酸鹽產生聚合反應，生成絮狀沉淀，再通過過濾沉淀的方式對污水混合液中的磷元素進行有效清除。

1 污水處理廠化學除磷工藝流程

化學除磷工藝根據不同的藥劑投放位置分為前置沉淀、同步沉淀以及后置沉淀。

1.1 前置沉淀

前置沉淀工藝除磷藥物的投加點一般是在初沉池進水口或沉砂池中。在實際應用中，通常需要使用產生渦流的裝置或提供使藥劑和污水混合液充分混合的能量，以此保障化學除磷藥劑和污水混合液可以充分發生反應，將產生的沉淀產物在初沉池中進行分離。需要注意的是，若生物處理單元使用的是生物濾池，則不能使用鐵鹽作為除磷藥劑，避免鐵鹽填料造成危害。現階段的污水處理廠在改造升級后，十分適合前置沉淀工藝，這不僅可以去除污水混合液中的磷酸鹽，還能去除部分SS等物質，降低了后續生物處理單元的工作負荷。

1.2 同步沉淀

同步沉淀通常是將化學除磷藥劑投加在曝氣池的出水口或二次沉淀池的入水口，部分污水處理廠也會將化學除磷藥劑投加在曝氣池的入水口或回流污泥中。同步沉淀中需使用較多的除磷藥劑：鐵鹽和鋁鹽。但通常不會選擇鈣鹽作為除磷藥劑，這是因為用鈣鹽除磷需要較高的pH值環境，而且還會抑制后面生物處理單元中微生物的活性，甚至會破壞微生物的活性。同步沉淀充分利用了化學除磷藥劑的效果，可以改善污泥的沉降性能，避免出現污泥膨脹的情況，且工程量較小。

1.3 后置沉淀

后置沉淀是將污水處理廠經過處理的污水混合液通過化學沉淀、絮凝作用的方式，將絮凝物質和污水混合液之間進行分離沉淀，最后進入生物處理單元的沉淀工藝。在此工藝中，通常會將化學除磷藥劑投加在二沉池后的混合池中，且在后面設置相應的沉淀池和絮凝池。后置沉淀可將磷酸鹽沉淀和生物凈化進行分隔，且根據磷負荷變化情況控制藥劑的投加量，還可將磷酸鹽污泥單獨排放，有利于回收[1]。

2 污水處理廠化學除磷工藝的優化研究

2.1 影響因素

在污水處理廠應用化學除磷工藝的過程中，污水內磷含量的去除效率與以下因素有關：①化學藥劑的種類；②化學藥劑的使用劑量；③化學藥劑的投加位置；④污水的pH值；⑤污泥的濃度和溫度。在這五種影響因素中，化學藥劑的種類、使用劑量、投加位置以及污水的pH值對除磷效率的影響較大。

現階段，污水處理廠在進行化學除磷過程中，化學藥劑種類要選擇經濟適宜且不會對其他的污水處理系統以及構筑物產生危害，其使用劑量也要根據以上兩個方面進行選擇。同時，在選擇化學藥劑的投加位置時，要根據污水處理廠內的相關設施以及構筑物的實際情況來確定。例如，選擇三個污水處理廠常用的化學除磷藥劑進行除磷效果試驗，其化學除磷藥劑種類為聚合鐵鋁、三氯化鐵以及三氯化鋁。通過對化學藥劑的種類、化學藥劑的使用劑量、化學藥劑的投加位置以及污水的pH值對除磷效率的影響情況進行分析，并對比化學藥劑的除磷效 果[2]。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗裝置

六聯電動攪拌器、便攜式分光光度計、便攜式pH計；化學除磷藥劑：聚合鐵鋁、三氯化鐵、三氯化鋁。

2.2.2 實驗步驟

①在污水處理廠現場采集污水混合液樣本時，要對未處理的污水混合液的初始含磷濃度進行測定；

②選擇4 L未處理的污水混合液，將其分為4份，每份1 L，分別加入等量的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁鐵、三氯化鐵和三氯化鋁。再選擇1 L未處理的污水混合液加入等量的蒸餾水作為空白處理樣品；

③使用六聯電動攪拌器，首先進行1 min速度為300 r/min的快速攪拌，之后再進行5 min的速度為50 r/min的慢速攪拌，最后將攪拌好的污水混合液靜置沉淀30 min。

④在化學除磷藥劑和污水混合液反應結束后，取污水混合液上層的清液進行殘留磷濃度的測定。測定標準依據國家規定標準，測定儀器為便攜式分光光度計。

2.2.3 實驗效果

2.2.3.1 不同化學除磷藥劑效果

通過對污水混合液上層清液進行殘留磷濃度測定的結果分析，三氯化鐵化學除磷藥劑以及三氯化鋁化學除磷藥劑屬于純化學除磷試劑，而聚合鐵鋁化學除磷藥劑是污水處理廠實際使用的除磷藥劑。

由圖1可以看出，測得未處理的污水混合物上清液初始總磷濃度為1.583（圖中1.56）mg/L，在其他變量相同的情況下，未投加除磷劑的空白組總磷基本無變化，四種除磷劑在定量投加的條件下聚合硫酸鋁鐵的除磷效果最佳，聚合氯化鋁次之，三氯化鐵和三氯化鋁的除磷效果一般。

圖1 不同類型除磷劑投加后的上清液總磷濃度

由圖2可以看出，在實驗變量范圍內，聚合硫酸鋁鐵的除磷效率為90%，聚合氯化鋁的除磷效率為86%，而三氯化鋁和三氯化鐵的除磷效率較差，分別為65%和63%。由此分析，高分子無機除磷劑對于污水處理廠的總磷的去除效果較佳，主要是由于高分子無機除磷劑與污水混合物的污泥形成架橋吸附和混凝沉淀，對磷酸鹽的吸附效果較好。

圖2 不同類型除磷劑投加后的總磷去除率

2.2.3.2 除磷劑最佳投加濃度的確定

試驗中為了對除磷劑投加系數的最佳標準進行確定，需取同一污水處理廠內同一位置的污水混合液32 L，分成每份1 L的未處理污水混合液，使用不同濃度的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁鐵、三氯化鐵和三氯化鋁進行批次試驗。在試驗步驟相同的情況下，對比分析四種除磷劑的最佳投加濃度。以湛江某污水處理廠的好氧池末端混合液（總磷：1～3 mg/L）為例，現測得試驗所用的污水混合液的初始總磷濃度為1.538 mg/L；四種除磷劑分別設置不同的投加濃度梯度，分別為0、20、40、60、80、100、120、200 ppm。

由圖3和圖4可以看出，在其他變量相同的情況下，四種除磷劑的除磷效果均隨著除磷劑投加濃度的增加而升高（進水磷酸鹽濃度1～2 mg/L）；其中聚合硫酸鋁鐵在投加濃度為80 ppm時，總磷去除效率達到了最高值為95%，聚合氯化鋁在投加濃度為100 ppm時總磷去除率達到了峰值，而三氯化鐵和三氯化鋁總磷去除效率最高為85%；但當除磷劑投加濃度達到一定闕值時，污水混合液中的磷酸鹽去除率反而出現了下降的趨勢，原因可能是由于過量投加除磷劑時會破壞混凝沉淀的環境導致一部分磷酸鹽釋放；在相同劑量的四種除磷劑的除磷效果中，聚合硫酸鋁鐵的除磷效果最佳，聚合氯化鋁除磷效果次之，三氯化鋁和三氯化鐵除磷效果最差。此現象出現的主要原因為三氯化鐵化學除磷藥劑和三氯化鋁化學除磷藥劑的水合反應速度較快，而水和三氧化物性質為：剛形成時密度最小，表面積最大，形成時間越長，則密度越大，表面積越小，其對磷酸鹽的吸附能力下降[3]。

圖3 除磷劑在不同濃度投加后上清液的總磷濃度

圖4 除磷劑在不同濃度下的總磷去除率

2.2.3.3 不同投藥位置的除磷效果比較

試驗中為了對不同投藥點的除磷效果進行比較，取同一污水處理廠內不同位置的污水混合液，每個位置的污水混合液取1 L，共計3個位置，分成每份1 L的未處理污水混合液，在投加80 ppm的聚合硫酸鋁鐵進行除磷效果試驗，試驗步驟相同，對比分析除磷劑在不同投藥帶點的除磷效果情況。

由圖5可以看出，同一污水處理廠中除磷劑（以聚合硫酸鋁鐵為例）在不同位置使用除磷劑的效果。在其他變量相同的條件下，在厭氧區末端使用化學除磷藥劑的除磷效果最佳，曝氣池末端投加的除磷效果次之，二沉池出水端使用化學除磷藥劑的除磷效果最差。以出水磷酸鹽濃度低于0.5 mg/L為判斷標準，主要原因為厭氧池末端的總磷濃度最高，較大促進了混凝沉淀的反應程度，且污水混合物含有較高濃度的污泥，使得污水混合液中的磷元素大量吸附于污泥表面，而在二沉池出水端由于總磷濃度較低，不含有污泥等，故除磷劑對總磷的吸附去除能力較差。

圖5 除磷劑在不同投加位置的總磷去除率

2.2.3.4 污水pH值對除磷藥劑效果的影響比較

聚合鐵鋁化學除磷藥劑、三氯化鐵化學除磷藥劑以及三氯化鋁化學除磷藥劑在進行污水混合液除磷試驗中，以聚合硫酸鋁鐵為例，污水的pH值會對混凝反應的效果產生影響，導致聚合硫酸鋁鐵和污水混合液中的磷進行的水解聚合反應效果以及鹽類水解產物的存在狀態出現影響。因此，取同一污水處理廠內曝氣池末端不同pH值的污水混合液8 L，分成每份1 L的未處理污水混合液，投加濃度為80 ppm，設置污水混合液的pH為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、9.0、10.0、11.0[4]。

由圖6和圖7可以看出，以聚合硫酸鋁鐵為例，投加濃度為80 ppm。結果顯示，在混凝反應pH為7～9時總磷效果最佳，總磷去除率為90%，混合液pH低于7和高于10時總磷去除效果一般；當污水混合液pH值大于10時，總磷去除效率降低，主要原因可能為污水混合液的堿度較高，導致混凝反應效果變差和部分磷酸鹽釋放。隨著除磷劑投加量的增加，降低了污水混合液的pH值，使得析出的溶解性硅酸鹽重新溶解于污水混合液中，導致化學除磷藥劑效果的降低。由此可知，除磷劑投加時應控制污水混合液pH為7～9之間總磷去除效果為最佳。

圖6 除磷劑投加前后的pH變化情況

圖7 除磷劑在不同pH下總磷的去除率

3 結語

綜上所述，本文通過試驗研究的方式，對現階段污水處理廠化學除磷工藝優化運行進行了分析并得出以下優化運行結論：①在其他變量相應的情況下，聚合硫酸鋁鐵的除磷效率最高；②除磷劑最佳投加濃度為進水磷酸鹽濃度為1～3 mg/L范圍，當除磷劑投加濃度達到一定闕值時，污水混合液中的磷酸鹽去除率反而出現了下降的趨勢，所以在實際運行時要注意最佳投加濃度，避免過量投加；③厭氧區末端使用化學除磷藥劑的除磷效果最佳；而實際運行時可考慮投加在曝氣池末端，降低除磷劑對生物系統的影響；④在污水混合液pH值不大于10的前提下，其對化學除磷藥劑的除磷效率影響不大。