化学药剂对城镇生活污水厂除磷技术的研究进展

2020-02-21宋晓乔任天龙马传澍白晋民林辽军

应用化工 2020年8期

宋晓乔，任天龙，马传澍，白晋民，林辽军

(1.西安建筑科技大学华清学院，陕西西安 710043；2.西安创业水务有限公司，陕西西安 710086)

全国污水处理厂出水总磷达到一级A标准(GB 18918—2002)都不到一半，西部地区污水厂出水总磷平均浓度在1 mg/L左右。西安市政府坚持以生态文明建设为统领，加快推进城镇污水处理厂提标改造，2020年底全面提升水环境质量，达到地表水准Ⅳ类水质标准。但是现有工艺难以达标，提高城市污水处理厂除磷能力势在必行。目前，利用化学法除磷的主要试剂为钙盐、铁盐及其铝盐。分析我国城镇生活污水厂化学除磷技术应用现状，探讨化学药剂深度除磷前沿技术，为西安市打赢污水治理和水质提升攻坚战，实现天更蓝、水更清、山更绿及宜居、宜业、宜游的大西安提供有力支撑。

1 城镇生活污水厂化学除磷技术现状

目前，我国城镇生活污水厂化学除磷药剂主要分为两种：无机化学药剂和有机化学药剂。常用的无机化学药剂主要有：硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁。常用的有机化学药剂主要有：聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)。通过金属离子与磷酸盐凝聚、絮凝形成大的磷酸盐矾花，进行固液分离即中和沉淀随之将磷去除的目的。

1.1 无机化学药剂在城镇生活污水厂中除磷现状

硫酸铝是常见的混凝剂，也是除磷中最常用的药剂之一，我国很早就已经开始使用。廖军敏等[1]采用硫酸铝作为化学沉淀剂处理生产生活污水，出水磷含量<1.0 mg/L，符合国家二级污水处理排放标准。刘旭林等[2]采用硫酸铝前置A2/O进行除磷，出水TP达到了GB 18918—2002的一级 A标准，提高了除磷效果，同时改善了好氧池中的活性污泥沉降性能，并且有利于保持反应池内的稳定性能。冯锦梅[3]采用常用的化学混凝剂对二级生化出水的除磷效果，其中硫酸铝及三氯化铁除磷效果好，硫酸铝优于三氯化铁，可以使得出水TP<0.5 mg/L以下。单一硫酸铝除磷不能达标排放，但是作为二级生化出水不仅基本可以符合国家一级A标准，而且可以改善污泥沉降性能。

硫酸亚铁是一种用于水处理中较廉价的药剂，溶于水后其Fe2+水解生成水合羟基氧化铁(HFO)，HFO可以有效降低或者消除水体中胶体ζ电位，有利于磷酸盐的去除，陈艳莉[4]将工业硫酸亚铁投加于A2/O氧化沟好氧段，提高了除磷效果并且反应器中各段污泥性能不作改变。马玉萍等[5]利用硫酸亚铁对污水厂二沉池出水进行除磷处理效果明显，还得出方程可以对其投加量精确化控制。林进南[6]研究表明，H2O2强化硫酸亚铁对污水中的磷酸盐的去除效果，总磷可以降低到0.5 mg/L以下。

三氯化铁是污水厂常用的混凝剂，在污水厂通常作为液态投加辅助其他工艺进行除磷。王琳娜等[7]利用三氯化铁辅助SBR系统除磷率达90%，但对有机物和氮的去除有不利影响。秦培等[8]利用三氯化铁改性沸石，研究表明，改性后沸石比天然沸石的除磷率提高了6.2～12.8倍。

1.2 有机化学药剂在城镇生活污水厂中除磷现状

聚合氯化铝PAC除磷是化学沉淀、沉淀物吸附、络合物吸附、吸附架桥、网捕等综合作用的结果[9]。赵颖[10]利用PAC解决武汉市沌口地区污水总磷超标时，采用PAC与PAM联用效果显著。陈静等[11]利用PAC对模拟废水深度除磷率达到94.6%。鄂宏和崔鑫[9]利用PAC辅助AO工艺除磷效果显著，成本较低。

聚合硫酸铁PFS是一种高效的除磷剂，李光辉等[12]研究发现，利用聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚合硫酸铝处理模拟废水，其中PFS除磷效果最好。吴晓荣[13]指出单一的PFS除磷时投加药量大且不能达到预期效果。

2 城镇生活污水厂化学除磷技术存在问题

现阶段，我国采用化学除磷的絮凝剂存在以下问题：

(1)除磷效果单一。例如，经铝盐处理的污水澄清，色度较好，但其去除率较铁盐偏低，余铝较高；经铁盐处理的污水中含磷量显著降低，但出水色度较高。

(2)面对提标改造，单一药剂大多数很难达标。目前，我国污水厂出水执行一级A标准(GB 18918—2002)，TP为0.5 mg/L，单一药剂配合生化处理可以满足该标准，而针对西安市提标改造要求出水达到地表水准Ⅳ类水质标准，其TP为0.3 mg/L，却难以满足要求。

(3)费用高，某污水处理厂现使用某品牌除磷药剂，虽然可以使出水磷达到排放标准，但是每日处理费用高达2万元，工厂工作人员表示成本太高。

3 城镇生活污水厂化学除磷技术的发展与研究动向

目前，有研究利用化学除磷药剂改性介孔材料增强除磷效果，夏德强等[14]利用聚合氯化铝复合凹凸棒石絮凝剂除磷效果优于PAC，由于凹凸棒石比表面积大，可以吸附更多的物质，为PAC与磷提供更多的接触机会，对正磷酸盐去除率高达90%，低于0.5 mg/L。有研究表明，将铝盐、铁盐进行复配后的絮凝剂比如聚合硫酸铁铝同时具备出水色度低、除磷率高的特点，即铁盐与铝盐在除磷过程中存在协同强化的作用。金力航等[15]利用聚合氯化铝和壳聚糖复合除磷效果优于单独采用PAC除磷。