城市污水处理厂化学除磷研究

徐锡梅，马凯迪，应琦琰，彭 慧，章文华，任 莹，Max Dohmman，刘洪波

(1.苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021；2.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093；3.亚琛工业大学水和固体废物管理研究所,德国亚琛 52056)

磷污染是目前水体富营养化的关键影响因素。污水处理厂仅依靠生物除磷很难保证出水百分百达标排放，研究新型材料应用于水处理进行脱氮除磷已是一个重要方向[1-4]，但因受进水水质的温度、酸碱度、有机负荷等的影响较大，目前普遍采用生物除磷辅以化学除磷的技术[5-6]。

苏州工业园区第二污水处理厂主要负责处理区内南片工业废水及居民生活污水，该厂采用AAO 除磷脱氮处理工艺，一期工程于2009年投入试运行，现处理能力为15万m3/d。出水指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级B排放标准，同时执行太湖流域标准，其中TP不得高于0.5 mg/L。为保证出水达标排放，该厂设计时选择同步沉析法，在好氧池出水口末端设置药剂投加点，实际生产中恒量投加硫酸铝，严格控制，确保出水达标排放。

提到化学除磷，磷的去除效率与化学药剂的种类、投加量、药剂投加位置、污泥浓度、pH、温度等多种因素有关[7]。其中，药剂的种类、投加量、药剂投加位置对化学除磷效果影响最为显著[8]。长期恒量、过量投加药剂，不仅浪费药剂增加成本，还有可能富集在回流污泥中破坏生物除磷[9]。针对此问题，本文结合该污水厂现有工艺特点，开展了实验室静态试验，进一步提出化学除磷的优化方案。

1 材料及方法

1.1 试验用水及水质

试验原水为该污水处理厂好氧池出水，水质如下:pH值为6.85～7.40,TP为0.350～1.20 mg/L。因厂内恒量投加药剂，好氧池出水TP时常低于0.5 mg/L，为使试验条件基本相同，试验前通过向生物反应池出水中外加磷酸二氢钾溶液的方式，尽量统一原水样TP浓度。

1.2 试验仪器和试剂

主要混凝试剂包括液体硫酸铝(Al2O3质量分数为7.8%)、聚合氯化铝(PAC，Al2O3质量分数为10%)、聚合硫酸铁(PFS，全铁质量分数为11.0%)。

主要试验试剂包括钼酸盐、抗坏血酸、 磷酸二氢钾、磷标准液等。

主要仪器包括ZR4-6型六联混凝试验搅拌机、高压灭菌锅、雷磁pH计、紫外可见分光光度计Thermo EV300。

1.3 试验方法

试验分两个阶段进行：第一阶段，在水样pH为中性偏弱碱性的条件下，比较各试剂不同投加比例下的去除效果；第二阶段，比较试剂最佳投加比，在不同pH及搅拌时间下的去除率变化。具体为：采用 ZR4-6型六联混凝试验搅拌机，取1 L水样置于6个搅拌杯中，先快速搅拌2 min，转速为120 r/min，再慢速搅拌15 min，转速为50 r/min，随后静置30 min，取上清液检测TP浓度。

1.4 分析方法

TP的浓度测定采用《水质总磷的测定》(GB 11893—1989)中的钼酸铵分光光度法；pH采用《水质pH值的测定玻璃电极法》(GB/T 6920—1986)。

2 结果及讨论

2.1 药剂优选试验

通过外加磷酸二氢钾溶液将生物反应池出水TP浓度适当调节后，分别向其中投加0、20、40、60、80 mg/L和100 mg/L的液体硫酸铝、PAC、PFS，根据所述试验方法，分别对三种混凝剂各进行5组小试。试验得到的出水TP浓度如图1～图3所示。

由试验结果可知，三种混凝剂的投加均可以使出水TP降到0.5 mg/L，实现达标排放。相比之下，PAC的除磷效果最好，硫酸铝、PFS次之。要使出水达标排放，PAC投加量为60 mg/L，硫酸铝、PFS需要投加80 mg/L。通过成本核算，硫酸铝、PAC、PFS单位药剂成本分别为800、650、400元/m3，综合考虑TP的去除效果、投加的可操作性及成本，选择PAC为最佳混凝药剂。

2.2 最佳条件试验

按聚合氯化铝的最佳投加量60 mg/L，调节每组烧杯中水样的pH值分别至5、6、7、8、9，一组pH值的水样分别在搅拌时间为10、15、20 min和25 min下进行化学除磷试验，考察pH和搅拌时间对PAC混凝除磷效果的影响，如图4所示。

图1 硫酸铝的除磷效果Fig.1 Phosphorous Removal Efficiency of Al 2(SO4)3

图3 硫酸铁的除磷效果Fig.3 Phosphorous Removal Efficiency of PFS

图2 聚合氯化铝的除磷效果Fig.2 Phosphorous Removal Efficiency of PAC

图4 不同条件下聚合氯化铝的除磷效果Fig.4 Phosphorous Removal Efficiency of PAC under Different Conditions

由图4可知，搅拌时间、pH对PAC除磷效果都有一定的影响。在相同的pH下，搅拌时间越长，除磷效果越好。但是当搅拌时间超过15 min后，随着搅拌时间的延长，除磷效果并没有明显增加。因此，PAC除磷的最佳搅拌时间为15 min。在搅拌时间为15 min、pH值为7～8时，PAC的除磷效果最佳。

3 结论

对硫酸铝、PAC、PFS在同步沉析的投加点水样，分别进行化学除磷药剂最佳投加量试验和条件试验。最佳投加量试验表明，PAC的除磷效果最好，最佳投加量为60 mg/L；条件试验表明，搅拌时间为15 min、pH值为7～8时，PAC的除磷效果最佳。但是，实际生产中好氧段出水基本也是呈现中性或弱碱性，将药剂投加点设置在离出水口15 min的位置，实时关注投加点TP含量，再通过自动控制措施微调投加量，理论上完全能确保出水达标排放。由于实际生产中每批次的药剂有个别差异，应先通过生产性试验验证后再确定。