缓释型除磷药剂在小型污水处理装置中的应用

许春莲，王文君，胡学东，武少伟，戴建坤，近藤宗浩

1.中国环境科学研究院，北京 100012 2.大器环保工程(大连)有限公司，辽宁 大连 116600 3.日化Maintenance株式会社， 东京 113-0034

缓释型除磷药剂在小型污水处理装置中的应用

许春莲1，王文君1，胡学东2，武少伟1，戴建坤1，近藤宗浩3

1.中国环境科学研究院，北京 100012 2.大器环保工程(大连)有限公司，辽宁 大连 116600 3.日化Maintenance株式会社， 东京 113-0034

新型缓释型除磷药剂是一种片剂状铝盐无机化合物絮凝剂，具有在水流的冲刷作用下缓慢溶解,同时保持一定强度和形状的特性。通过新型缓释除磷药剂在AO工艺污水处理装置中的应用，对其特性及处理效果进行了研究。结果表明，该药剂投加设备简单，维护管理方便，适用于小型污水处理装置的除磷。平均药片用量为2片m3污水(200 g片)，出水的TP浓度为0.52～1.80 mgL，去除率为82%～87%。

缓释；除磷药剂；污水处理装置；维护管理

目前，国内外生活污水多采用生物除磷或化学法除磷[1-3]。生物除磷技术经济有效，在集中式污水处理厂中广泛应用。但是由于脱氮除磷之间固有的矛盾等，单纯依靠生物方法总磷很难稳定达到日趋严格的排放标准，化学除磷经常作为污水生物除磷的一种强化措施[4-6]。适用于分散型生活污水的小型污水处理装置，对工艺条件变化更为敏感，生物除磷的稳定性更易受到出水SS、脱氮条件等因素影响。因此，生物除磷技术不大适用于脱氮除磷要求较高的小型污水处理装置[7-11]。小型污水处理装置多采用化学除磷或铁电解除磷。铁电解除磷技术在运行过程中需要耗电，另外国内的铁电解除磷技术在运行稳定性方面尚有待进一步提高。化学法除磷是利用磷酸根与Fe3+、Al3+等阳离子反应，生成不溶于水的沉淀，通过泥水分离达到去除污水中的磷的目的[12-13]。其优点是除磷效果好、效果稳定。缺点是处理费用较高，且产生大量的化学污泥。此外除磷药剂的投加需要溶解、计量、投加装置等设备，需要一定的电力消耗和定期的维护管理[14]。小型分散型污水处理装置多在远离管网系统的农村或城市偏远地区使用，通常在无人值守状态下运行，因此需要开发处理效率高、运行成本低、维护管理方便的化学除磷技术，以应对目前日益严重的水体富营养化问题。

笔者采用的新型缓释除磷药剂技术是日化Maintenance株式会社研发的一种适用于小型污水处理装置的节能、免维护的新型除磷技术。通过在AO工艺污水处理装置中的应用，对新型缓释除磷药剂的特性及处理效果进行了研究。

1 材料与方法

1.1 药剂性能

新型缓释型片剂状除磷药剂是一种铝盐无机化合物絮凝剂，为白色圆柱形片剂，每片质量为200 g，直径60 mm，高45 mm，体积约127 cm3，有轻微刺激性气味。具有在水流的冲刷作用下缓慢溶解，同时保持一定强度和形状的特性(图1)。

图1 缓释型片剂状除磷药剂的缓释特性Fig.1 Sustained-release characteristics of dephosphorization tablets

1.2 装置概况

图2 AO工艺污水处理装置工艺流程Fig.2 Flow diagram of the wastewater treatment plant for AO process

图3 除磷药片投加装置Fig.3 The dosing device of dephosphorization tablets

图4 AO工艺污水处理装置Fig.4 Schematic diagram of the wastewater treatment plant for AO process

除磷装置由若干组下部开孔的絮凝剂圆筒及水槽构成(图3)。絮凝剂圆筒的数量和水槽的宽度根据磷的进出水浓度要求进行设计。运行中使用的水槽宽度410 cm，与水流接触的高度为20～30 cm，槽内水流速度为40～45 mh。将片剂状固型絮凝剂置于下部开孔的φ80 mm×300 mm的絮凝剂圆筒(PVC材质)中。使用中根据原水浓度、出水水质要求等，调整所需药筒数量或冲刷强度，达到所需的除磷效果。

化学除磷可采用生物反应池的前置投加、后置投加和同步投加，也可采用多点投加[15-16]。该装置采用的投加方式为同步投加，优点是装置紧凑，设备简单。使用过程中，通过小型气提泵将沉淀槽上清液提升至除磷设备的水槽入口，在水槽中形成的水流在流经水槽的过程中对絮凝剂圆筒中的片状絮凝剂形成冲刷，在水流冲刷下缓慢溶解的絮凝剂溶液，通过自流流入好氧槽中，与污水中的磷发生絮凝反应，在此过程中好氧槽同时起到混凝槽的作用，好氧槽中的生物污泥与化学污泥在随后的沉淀槽中一同沉淀，起到除磷作用。

1.3 试验用水

采用未经化粪池的北京某小区的实际生活污水，原水水质见表1。与集中式污水处理厂的原水水质相比，有机物、氨氮、总氮浓度较高，可生化性好。

表1 原水水质

1.4 分析项目及方法

评价试验过程中的水质分析方法见表2[17]。

1.5 运行条件

药剂性能测试期间原水水温为28～29.4 ℃。除磷药剂投加前工艺系统运行稳定，缺氧槽和好氧槽的MLSS为3 000～3 500 mgL。活性污泥镜检中观察到大量的原生动物与后生动物，优势种群有累枝虫、楯纤虫、草履虫、轮虫等，形成了稳定的生态体系[18-19]。试验开始前活性污泥中的微生物数量为6 000～10 000个mL。系统污泥回流比为150%左右，硝化液回流比为400%左右。

投加药剂1～2 d后出水基本稳定，正式开始系统测试。测试持续时间共计22 d，期间调整不同的药剂用量，以考察不同药剂用量下的去除效果。停止投加药剂后，观察持续了14 d，以确认后续效果及进行对比。

表2 水质指标分析测试方法

2 结果与讨论

药剂性能测试期间，系统BOD5的平均去除率为97.8%；CODCr的平均去除率为94.9%；氨氮的平均去除率为89.1%；TN的平均去除率为75.4%，出水效果较稳定。

2.1 不同药剂用量下的TP去除效果

测试期间原水浓度及不同药剂使用情况下的处理效果见图5及表3。

图5 TP的去除效果Fig.5 Removal effect of TP

表3 药剂的使用量变化对去除效果的影响

注：好氧槽出水的测试中，为了防止活性污泥的干扰，测试前将静置15 min后，取上清液进行测定。括号内为平均值。

从表3可以看出，随着药剂筒使用数量的增加，除磷效果随之提高。当药筒使用数为9个，平均药片用量为12.1片d时，好氧槽出水上清液的TP浓度达到1 mgL以下，最终出水的TP浓度为0.5～1.8 mgL，平均去除率为82.4%～87.0%。从表3可以看出，在不同药剂用量情况下，均出现好氧槽出水上清液的TP去除率比沉淀池出水磷去除率高4%～7%的现象，表明沉淀池内有磷的释放现象发生，这与沉淀池污泥回流系统的不稳定，有污泥上浮的现象有关。从表3可以看出，使用15个药筒与使用12个药筒相比，处理效果没有明显提升。药剂的用量与处理效果的数据显示该系统的化学除磷药剂最佳用量为12.1片d，相当于2片m3污水。

第23天起停止投加除磷药剂，但是磷的去除效果直到一周之后恢复到原来的没加药时段的状态。在无药剂作用下的系统出水TP浓度为4.40～6.00 mgL，平均值为4.90 mgL，去除率约为40%。这部分磷的去除主要是好氧微生物在进行有机物降解时作为无机营养盐被利用以及部分生物除磷的作用。

2.2 剩余污泥的产生

化学除磷药剂的使用会增加剩余污泥量[20]。除磷药剂投加期间各阶段的污泥浓度及平均污泥增加速度见表4。系统开始投加除磷药剂后污泥浓度平均增长速度为136.5～163.6 mg(L·d)〔平均为150.0 mg(L·d)〕。除磷药剂的性能评价试验于第22天结束，之后系统的活性污泥的增长速度随之下降，第23～36天活性污泥增长速度为32.0 mg(L·d)。化学除磷药剂使用期间，由于系统内的污泥浓度增长速度较快，在此期间系统共排泥2次，分别为第11天和第22天。使用除磷药剂后活性污泥浓度升高，活性污泥的黏度也较使用前有所增加，由于回流管道偏细，导致污泥回流出现不稳定现象。

表4 好氧槽污泥浓度增长速度

2.3 对微生物等的影响

系统投加新型缓释型除磷药剂后，定期进行微生物镜检，观察好氧槽活性污泥中的微生物，测试期间系统中的微生物数量为6 000～10 000个mL，种类主要包括累枝虫、楯纤虫、轮虫等，与投加药剂之前相比没有发生明显变化。槽体为FRP材质，PVC管道，工艺运行期间未发生曝气管路堵塞，管壁、槽壁结垢等现象。

3 结论

(1)新型缓释型除磷药剂技术的特点是设备简单，维护管理方便，使用中除了定期添加药剂外，基本不需要任何维护管理，适用于小型分散型污水处理装置的除磷。

(2)在污水处理装置的工程化应用中，当药剂用量为每m3污水2片(200 g片)的情况下，可以达到82%～87%的处理效果。改善系统的污泥回流效果，去除率有望进一步提高。

(3)系统开始投加除磷药剂后污泥浓度平均增长速度为150.0 mg(L·d)，测试期间除磷药剂的使用过程中，好氧槽内的微生物数量、种类未见明显变化。

(4)工程化应用中在根据污水水质等对化学药剂的投加量进行试验的基础上，确定最佳投加量，以实现最优化的除磷效果。

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TheApplicationofSustained-releaseDephosphorizationTabletstoaSmallWastewaterTreatmentPlant

XU Chun-lian1, WANG Wen-jun1, HU Xue-dong2, WU Shao-wei1, DAI Jian-kun1, KONDOU Munehiro3

1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.DAQI Environmental Protection Engineering (Dalian) Co., Ltd., Dalian 116600, China 3.Nikka Maintenance Co., Tokyo 113-0034, Japan

Sustained-release dephosphorization tablet is a new type of aluminum salt inorganic compound flocculent, which can be slowly dissolved under the effect of scouring water while maintaining a certain intensity and shape. The characteristic and treatment effect of sustained-release dephosphorization tablets were studied through the application of sustained-release dephosphorization tablets to the wastewater treatment plant for the AO process. Results show that the dosing equipment of sustained-release dephosphorization tablets is simple to use and easy to maintain. The tablets are suitable to phosphorus removal of small wastewater treatment plants. Under the condition of an average tablets dosage of 2 pieces per cubic meter in wastewater, the final effluent concentration of TP is 0.52-1.80 mgL and the removal rate is 82%-87%.

sustained-release; dephosphorization agent; wastewater treatment plant; maintenance

1674-991X(2013)06-0527-05

2013-05-14

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07529-007)；中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2011YSKY04)

许春莲(1971—)，女，研究员，博士，主要从事水污染控制与治理技术、环境技术评估等方面的研究，xucl@craes.org.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.082