白洋淀流域某污水處理廠深度除磷運行效果分析

＊劉偉 秦春雷 朱樹新 趙洪偉

（保定市排水服務中心魯崗污水處理廠 河北 071000）

2018年10月，河北省地方標準《大清河流域水污染物排放標準》正式施行，其中核心控制區出水TP≤0.2mg/L，重點控制區出水TP≤0.3mg/L，分別與地表水III類和Ⅳ類持平。嚴苛的出水TP排放標準對白洋淀流域污水處理廠除磷運行效果提出了極高的要求。本文以白洋淀流域某污水處理廠的實際運行過程為研究對象，針對城市污水處理廠除磷技術和影響因素，采用實際運行和理論分析相結合的方式，通過長期現場監測污水處理廠不同工藝段TP變化，分析各工藝處理單元的除磷效果以及各種除磷技術的制約因素，總結污水處理廠深度除磷控制條件和影響因素，為深度除磷提供實際工程參考。

1.研究對象及檢測方法

（1）污水處理廠概況。本文研究對象是一座位于白洋淀流域保定市主城區的城市污水處理廠，設計日處理水量8萬噸。該廠現執行《大清河流域水污染物排放標準》重點控制區排放標準即Ⅳ類水標準；在實際運行過程中，出水標準通過強化運行提高到III類水水質即核心控制區排放限值。該廠現采用多級A/O（A2/O+A/O）+磁混凝+反硝化深床濾池+高級氧化（O3/H2O2/UV）工藝。該污水處理廠設計進出水水質和實際進水水質如表1所示，實際進水水質經常超過設計進水水質，其中TP實際進水水質在8～28mg/L之間。

表1 白洋淀流域某污水處理廠設計進出水水質與實際進水（mg/L）

（2）現有除磷工藝及關鍵控制參數。該廠現采用生物除磷和化學除磷相結合的除磷工藝：在生化段，不僅采用生物除磷，而且在生物池末端添加PAC（聚合氯化鋁）實現同步化學除磷。在深度處理階段，在磁混凝投加PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）實現后置化學除磷，作為出水TP達標的保障工藝。

該廠生化段采用A2/O+A/O+二沉池工藝，完全能夠實現聚磷菌厭氧-好氧交替運行，厭氧釋磷好氧吸磷，并通過二沉池排泥將富磷污泥排出，同時回流污泥以保證生物池的微生物濃度。在生化處理階段，厭氧段、好氧段、二沉池和生物池的HRT分別為2.2h、9.3h、4.6h和20h，污泥回流比控制在60%～80%，厭氧段DO＜0.2mg/L，SRT控制在15～20d。該廠生化段采用生物池出水口投加PAC實現同步化學除磷，在二沉池形成沉淀物，與剩余污泥一起排出生化系統。根據進水水質情況，該廠生化段PAC投加量控制在5～10mg/L。

深度處理段的除磷主要由磁混凝實現，投加PAC、PAM和磁粉，實現快速混凝、絮凝和沉淀，通過排除污泥的形式去除TP和SS等。PAC具有除磷和混凝功能，其投加比例控制在8～12mg/L；PAM控制在1.0～1.3mg/L；磁粉補充量控制在3～4mg/L；磁混凝HRT控制在40～50min。

本研究歷時一年，通過現場監測該污水處理廠各工藝單元磷含量，旨在總結各工藝處理單元TP的變化規律和分析各除磷方法的除磷效果及影響因素，尋找深度除磷的關鍵控制條件。

（3）檢測方法。磷素檢測方法：GB 11893—89鉬酸銨分光光度法。

2.結果與討論

（1）預處理段總磷濃度變化及分析。該廠進水成分較為復雜，進水水質經常超標。如圖1所示，根據監測數據，進水TP濃度在6.09～27.9mg/L之間，平均值為14.31mg/L，進水總磷57%超標；經過預處理工藝單元處理后，一沉池出水TP濃度在2.08～9.56mg/L之間，平均值為4.12mg/L；預處理工藝單元階段TP去除率在7%～88%之間，平均比例為67.90%。這表明該廠預處理工藝段除磷效果明顯；該比例的階段總磷去除率與其他污水處理廠基本保持一致[4]。

圖1 預處理段總磷變化情況

該廠預處理段除磷主要由一沉池完成，一沉池為中進周出輻流式，設計HRT為3h。如圖1和表1所示，進水SS濃度高，SS去除比例也高，一般為50%左右；TP去除與SS去除曲線保持一致，說明在初沉池中的絮凝沉淀隨著SS的去除，TP同時有較高的去除率。

（2）生化處理段總磷濃度變化及分析。該廠生化段設有五段式生物池和二沉池，采用生物除磷+PAC同步化學除磷工藝。如圖2所示，生化段進水（一沉池出水）TP濃度在2.08～9.56mg/L之間，平均值4.12mg/L；該段出水（二沉池出水）TP濃度在0.023～0.83mg/L之間，平均值0.36mg/L；該段階段TP去除率在80%～99.36%之間，平均比例90.56%。

圖2 生化處理段總磷變化情況

雖然生化處理段總磷去除效果明顯，TP平均濃度0.36mg/L，低于一級A限值（0.5mg/L），但一級A達標率僅82.61%，略低于國內相近工藝條件其他污水處理廠完全達標的情況[2]。一般情況下，該廠運行穩定，SRT、HRT、DO、泥位、硝態氮、回流比等均控制在合理區間內，即使因存在深度處理，該廠生化段藥劑投加比例（一般控制在5～10mg/l）低于其他廠[3]，但是磷素在系統內仍能順利實現厭氧釋磷、好氧吸磷和通過剩余污泥排出，保證TP＜0.5mg/L，生化段除磷發揮作用。超0.5mg/l數據共8個，主要分布在2—5月份，該時段其他指標平穩，即使生物池PAC投加量增加2～8倍，如圖2所示，該時段生化段除磷效果不佳的情況并未改善；經化驗，該時段進水含有生物除磷和PAC除磷所不能處理的溶解態有機磷等特殊磷。

（3）深度處理段總磷濃度變化及分析。該廠深度處理段設有磁混凝、反硝化深床濾池和臭氧高級氧化，在該階段總磷去除主要由磁混凝實現。如圖3所示，磁混凝進水（二沉池出水）TP濃度在0.023～0.83mg/L之間，平均值0.36mg/L；磁混凝出水TP濃度在0.038～0.39mg/L之間，絕大部分穩定在地表水Ⅳ類水TP標準（0.3mg/L）之下，平均值0.14mg/L，遠低于Ⅳ類水TP標準；磁混凝TP濃度消減量在0.01～0.751mg/L之間，平均值0.23mg/L，階段TP去除率在17.24%～90.48%之間，平均比例59.06%。

圖3 深度處理段總磷變化情況

磁混凝通過投加PAC、PAM和磁粉，實現化學沉淀，隨污泥排出處理系統。該廠磁混凝除磷整體水平與其他廠保持一致[4]，階段TP去除率雖然整體較高，但是部分時段TP去除率較低。經分析，一部分時段是因為磁混凝進水TP濃度已經很低TP＜0.1mg/L，因而該段TP去除率較低；一部分時段是因為進水TP中含有難以生化處理部分較高；加之在生化處理階段，已經投加藥劑同步強化生物除磷，因而在磁混凝后置藥劑投加量相對其他污水處理廠較小[4]，控制在8mg/L左右。該廠磁混凝工藝運行良好，總磷Ⅳ類水達標率95.65%，III類水達標率80.44%。

此外，磁混凝出水和總出水的TP濃度仍有一定差值；這部分磷素的去除主要由反硝化深床濾池實現。如圖3所示，濾池進水（磁混凝出水）TP濃度在0.038～0.39mg/L之間，平均值0.14mg/L；總出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，全部在地表水Ⅳ類水TP標準（0.3mg/L）之下，平均值0.069mg/L；濾池階段TP去除率在17.24%～90.48%之間，平均比例59.06%。深床濾池除磷主要依靠微生物同化作用及濾料對懸浮物的截留、吸附作用[8]，磁混凝出水經過濾進一步去除SS中的總磷。該廠深床濾池除磷效果較好，整體上與其他污水處理廠保持一致[8]，但是與磁混凝除磷相似，部分時段除磷效果較差，與進水TP含難以生化處理磷素有關。

（4）部分時段總磷濃度變化及分析。如圖4所示，該廠出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，濃度變化大，但是出水正磷酸鹽濃度在0.01～0.036mg/L之間，濃度相對穩定，這說明該廠部分時段除磷效果不理想是受進水中所含的溶解態有機磷等特殊磷影響。該廠在2022年以前沒有出現過有機磷的問題，通過調查發現上游企業使用含磷緩蝕劑對污水廠出水TP有一定影響。目前，尚無切實有效的工藝去除溶解性有機磷等不能為污水廠所處理的特殊磷。因而，只有控制上游進水水質，才能避免此類含特殊磷廢水大量沖擊污水處理廠，進而造成出水TP超標的情況。

圖4 出水總磷與正磷酸鹽情況

（5）污水處理廠整體除磷效果及分析。如圖1和圖4所示，該廠進水TP濃度在6.09～27.9mg/L之間，平均值14.31mg/l，經常性超標；出水TP濃度在0.011～0.28mg/L之間，平均值0.068mg/L，全部在0.3mg/L之下，穩定達標排放；污水處理廠TP去除率在98.13%～99.92%之間，平均比例99.53%，除磷效果較好。在部分時段進水含大量特殊磷沖擊的情況下，該廠出水TP≤0.2mg/L占比95.65%，TP≤0.1mg/L占比76.08%。這說明，在沒有大量特殊磷廢水沖擊的情況下，該廠可以保證出水TP穩定達到地表水III類標準。

3.結論

（1）預處理段，除磷效果明顯，是除磷比例最高的工藝段。生化段階段TP去除率平均90.56%，是除磷的關鍵工藝段。深度處理段磁混凝是除磷的最后保障；同時，該段的深床濾池與磁混凝協同除磷效果明顯。（2）在無含有機磷等特殊磷廢水的大量沖擊下，該廠按照現有工藝和參數運行良好運轉的情況下，依靠生物池化學強化生物除磷和后置磁混凝化學除磷等工藝耦合除磷，可實現出水TP穩定達到地表水III類標準，達到深度除磷要求。（3）針對有機磷等特殊磷，十分有必要控制上游單位將含磷緩蝕劑等水處理劑、含磷洗滌劑等含有特殊磷的廢水排入城市污水處理廠。