城镇污水处理厂不同化学除磷方式的对比试验研究

2021-03-09

节能与环保 2021年1期

在传统活性污泥工艺中，单纯的生物除磷很难保证出水总磷的稳定达标，因此城镇污水处理厂通常采用生物+化学除磷相结合的方式，确保出水总磷的达标排放。化学除磷按药剂投加位置的不同可分为前置化学除磷、中置（同步）化学除磷和后置化学除磷。国内多采用同步化学除磷，随着污水排放标准的不断提高，后置除磷方式也越来越多地应用到实际生产中。

1 化学除磷的原理

污水厂化学除磷通常使用铝盐或铁盐等金属盐作混凝剂，进行混凝除磷，混凝的过程也是吸附絮凝沉淀的过程。铝盐和铁盐除磷反应包括两个过程：①金属离子与水中的PO43-反应生成磷酸铝和磷酸铁沉淀。②铝盐和铁盐在水中发生水解反应，生成单核和多核羟基络合物，由于羟基络合物的比表面积较大，并且带正电荷，能够与水中的负电荷物质相互吸附，从而降低胶体的ζ电位，加快胶体脱稳，与水中的溶解性磷酸盐进行反应转换成非溶解性磷酸盐沉淀，最后通过絮凝沉淀过程将水和泥分离，达到化学除磷的目的。

2 试验部分

2.1 试验水样

本次试验水样采自太湖流域某城镇污水处理厂倒置A2O 处理工艺的生物池好氧段末端出水。由于活性污泥中的释磷菌在厌氧环境下会释放出磷，影响试验结果，因此所有水样均为试验当天采集。

2.2 仪器和试剂

仪器：紫外分光光度计、磁力搅拌器。

试剂：混凝剂采用聚合铝铁（PAFC），其中Al2O3含量为8%～10%，全铁含量为2%～2.5%；正磷酸盐标准溶液、抗坏血酸、钼酸铵溶液。

2.3 试验方法

为避免试验样品来源差异，均采用同一点位的生物池好氧段出水水样，其中生物池混合液代表同步除磷，生物池混合液经静置沉淀2h 后的上清液代表后置除磷，采用烧杯试验，投入一定量混凝剂，用磁力搅拌机搅拌10min 后，取上清液测定磷浓度。经测定该生物池好氧段末端水样基本为正磷酸盐，因此本文磷浓度均以溶解性正磷酸盐测定浓度表示。

3 结果与讨论

3.1 试验中除磷效果的比较

试验采用初始磷浓度分别为0.5mg/L、1.0mg/L 的两组水样，分别投加含量为37.5mg/L 和62.5mg/L 的混凝剂，进行除磷效率的比较。试验结果显示混合液实验组磷的去除率均高于上清液实验组。由此可见，在低浓度和高浓度的初始正磷酸盐下，混合液中的除磷效率均高于上清液，原因可能有两个，一是混合液中存在生物除磷的作用，二是从侧面验证了化学除磷的机理，颗粒物的存在有利于金属离子水解产生的络合物对磷的吸附。

3.2 不同加药方式下除磷效果的比较

模拟实际生产同步化学除磷和后置化学除磷两种方式，以混合液直接投加混凝剂试验表示同步化学除磷，混合液先反应一段时间后再取上清液投加混凝剂试验表示后置化学除磷，并选取初始磷浓度分别为0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L 的3组水样，投加等量的混凝剂（37.5mg/L）进行比较试验。

实验结果发现，同步和后置加药方式的除磷效果相差不大，投加等量的混凝剂时，初始浓度为0.5mg/L 和1.0mg/L 的两组水样的正磷酸盐浓度均能降至0.1mg/L 左右，由此可见，混凝剂的除磷效率毋庸置疑，但如何充分利用混凝剂进行混凝除磷反应，提高药剂的利用率是化学除磷的主要关注点。

3.3 实际生产数据的比较

由于该厂一、二期工程采用相同的一二级处理工艺和两种不同的深度处理工艺，一期为后置除磷，二期为同步除磷。通过比较一、二期除磷数据，可以分析两种投药方式在实际生产中的除磷效果差异。从图1 可以看出，二期的单位总磷削减量所消耗的药量明显高于一期，一方面因为两者投加点位不同；另一方面，两者药剂和水样的混合方式也不同，一期为机械搅拌，二期为水力搅拌。在药、水的混合上，一期比二期要更均匀，对药剂的利用更为充分。考虑到药剂的充分混合和利用，张亚勤建议药剂投加点选取在好氧池末端附近，距出口的水力停留时间15～20min。

图1 某厂一、二期出水单位总磷削减量的药耗比较

3.4 化学除磷方式的选择

根据试验数据及除磷反应机理，同步和后置加药方式各有利弊，详见表1。

表1 同步和后置化学除磷方式的优缺点比较

结合两者利弊，生产运行中选择化学除磷方式时，应综合考虑深度处理工艺与实际建设情况。如以滤布滤池作为深度处理，建议选用同步化学除磷，但需进一步优化投药方式和投药点，确保药剂的充分利用；如以砂滤池作为深度处理，建议选用后置化学除磷，但需考虑到絮团对滤池可能产生的堵塞问题，可能增加反冲洗频率。如原厂改造建议选用同步化学除磷，工程量较小，基本不涉及土建工程；如新建厂区建议选用后置化学除磷，可在二沉池后设置混凝沉淀单元，既可以精准控制除磷药剂的投加量，也可减少絮团对滤池造成的堵塞影响。