白洋淀流域某污水处理厂深度除磷运行效果分析

＊刘伟 秦春雷 朱树新 赵洪伟

（保定市排水服务中心鲁岗污水处理厂 河北 071000）

2018年10月，河北省地方标准《大清河流域水污染物排放标准》正式施行，其中核心控制区出水TP≤0.2mg/L，重点控制区出水TP≤0.3mg/L，分别与地表水III类和Ⅳ类持平。严苛的出水TP排放标准对白洋淀流域污水处理厂除磷运行效果提出了极高的要求。本文以白洋淀流域某污水处理厂的实际运行过程为研究对象，针对城市污水处理厂除磷技术和影响因素，采用实际运行和理论分析相结合的方式，通过长期现场监测污水处理厂不同工艺段TP变化，分析各工艺处理单元的除磷效果以及各种除磷技术的制约因素，总结污水处理厂深度除磷控制条件和影响因素，为深度除磷提供实际工程参考。

1.研究对象及检测方法

（1）污水处理厂概况。本文研究对象是一座位于白洋淀流域保定市主城区的城市污水处理厂，设计日处理水量8万吨。该厂现执行《大清河流域水污染物排放标准》重点控制区排放标准即Ⅳ类水标准；在实际运行过程中，出水标准通过强化运行提高到III类水水质即核心控制区排放限值。该厂现采用多级A/O（A2/O+A/O）+磁混凝+反硝化深床滤池+高级氧化（O3/H2O2/UV）工艺。该污水处理厂设计进出水水质和实际进水水质如表1所示，实际进水水质经常超过设计进水水质，其中TP实际进水水质在8～28mg/L之间。

表1 白洋淀流域某污水处理厂设计进出水水质与实际进水（mg/L）

（2）现有除磷工艺及关键控制参数。该厂现采用生物除磷和化学除磷相结合的除磷工艺：在生化段，不仅采用生物除磷，而且在生物池末端添加PAC（聚合氯化铝）实现同步化学除磷。在深度处理阶段，在磁混凝投加PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）实现后置化学除磷，作为出水TP达标的保障工艺。

该厂生化段采用A2/O+A/O+二沉池工艺，完全能够实现聚磷菌厌氧-好氧交替运行，厌氧释磷好氧吸磷，并通过二沉池排泥将富磷污泥排出，同时回流污泥以保证生物池的微生物浓度。在生化处理阶段，厌氧段、好氧段、二沉池和生物池的HRT分别为2.2h、9.3h、4.6h和20h，污泥回流比控制在60%～80%，厌氧段DO＜0.2mg/L，SRT控制在15～20d。该厂生化段采用生物池出水口投加PAC实现同步化学除磷，在二沉池形成沉淀物，与剩余污泥一起排出生化系统。根据进水水质情况，该厂生化段PAC投加量控制在5～10mg/L。

深度处理段的除磷主要由磁混凝实现，投加PAC、PAM和磁粉，实现快速混凝、絮凝和沉淀，通过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；磁粉补充量控制在3～4mg/L；磁混凝HRT控制在40～50min。

本研究历时一年，通过现场监测该污水处理厂各工艺单元磷含量，旨在总结各工艺处理单元TP的变化规律和分析各除磷方法的除磷效果及影响因素，寻找深度除磷的关键控制条件。

（3）检测方法。磷素检测方法：GB 11893—89钼酸铵分光光度法。

2.结果与讨论

（1）预处理段总磷浓度变化及分析。该厂进水成分较为复杂，进水水质经常超标。如图1所示，根据监测数据，进水TP浓度在6.09～27.9mg/L之间，平均值为14.31mg/L，进水总磷57%超标；经过预处理工艺单元处理后，一沉池出水TP浓度在2.08～9.56mg/L之间，平均值为4.12mg/L；预处理工艺单元阶段TP去除率在7%～88%之间，平均比例为67.90%。这表明该厂预处理工艺段除磷效果明显；该比例的阶段总磷去除率与其他污水处理厂基本保持一致[4]。

图1 预处理段总磷变化情况

该厂预处理段除磷主要由一沉池完成，一沉池为中进周出辐流式，设计HRT为3h。如图1和表1所示，进水SS浓度高，SS去除比例也高，一般为50%左右；TP去除与SS去除曲线保持一致，说明在初沉池中的絮凝沉淀随着SS的去除，TP同时有较高的去除率。

（2）生化处理段总磷浓度变化及分析。该厂生化段设有五段式生物池和二沉池，采用生物除磷+PAC同步化学除磷工艺。如图2所示，生化段进水（一沉池出水）TP浓度在2.08～9.56mg/L之间，平均值4.12mg/L；该段出水（二沉池出水）TP浓度在0.023～0.83mg/L之间，平均值0.36mg/L；该段阶段TP去除率在80%～99.36%之间，平均比例90.56%。

图2 生化处理段总磷变化情况

虽然生化处理段总磷去除效果明显，TP平均浓度0.36mg/L，低于一级A限值（0.5mg/L），但一级A达标率仅82.61%，略低于国内相近工艺条件其他污水处理厂完全达标的情况[2]。一般情况下，该厂运行稳定，SRT、HRT、DO、泥位、硝态氮、回流比等均控制在合理区间内，即使因存在深度处理，该厂生化段药剂投加比例（一般控制在5～10mg/l）低于其他厂[3]，但是磷素在系统内仍能顺利实现厌氧释磷、好氧吸磷和通过剩余污泥排出，保证TP＜0.5mg/L，生化段除磷发挥作用。超0.5mg/l数据共8个，主要分布在2—5月份，该时段其他指标平稳，即使生物池PAC投加量增加2～8倍，如图2所示，该时段生化段除磷效果不佳的情况并未改善；经化验，该时段进水含有生物除磷和PAC除磷所不能处理的溶解态有机磷等特殊磷。

（3）深度处理段总磷浓度变化及分析。该厂深度处理段设有磁混凝、反硝化深床滤池和臭氧高级氧化，在该阶段总磷去除主要由磁混凝实现。如图3所示，磁混凝进水（二沉池出水）TP浓度在0.023～0.83mg/L之间，平均值0.36mg/L；磁混凝出水TP浓度在0.038～0.39mg/L之间，绝大部分稳定在地表水Ⅳ类水TP标准（0.3mg/L）之下，平均值0.14mg/L，远低于Ⅳ类水TP标准；磁混凝TP浓度消减量在0.01～0.751mg/L之间，平均值0.23mg/L，阶段TP去除率在17.24%～90.48%之间，平均比例59.06%。

图3 深度处理段总磷变化情况

磁混凝通过投加PAC、PAM和磁粉，实现化学沉淀，随污泥排出处理系统。该厂磁混凝除磷整体水平与其他厂保持一致[4]，阶段TP去除率虽然整体较高，但是部分时段TP去除率较低。经分析，一部分时段是因为磁混凝进水TP浓度已经很低TP＜0.1mg/L，因而该段TP去除率较低；一部分时段是因为进水TP中含有难以生化处理部分较高；加之在生化处理阶段，已经投加药剂同步强化生物除磷，因而在磁混凝后置药剂投加量相对其他污水处理厂较小[4]，控制在8mg/L左右。该厂磁混凝工艺运行良好，总磷Ⅳ类水达标率95.65%，III类水达标率80.44%。

此外，磁混凝出水和总出水的TP浓度仍有一定差值；这部分磷素的去除主要由反硝化深床滤池实现。如图3所示，滤池进水（磁混凝出水）TP浓度在0.038～0.39mg/L之间，平均值0.14mg/L；总出水TP浓度在0.011～0.28mg/L之间，全部在地表水Ⅳ类水TP标准（0.3mg/L）之下，平均值0.069mg/L；滤池阶段TP去除率在17.24%～90.48%之间，平均比例59.06%。深床滤池除磷主要依靠微生物同化作用及滤料对悬浮物的截留、吸附作用[8]，磁混凝出水经过滤进一步去除SS中的总磷。该厂深床滤池除磷效果较好，整体上与其他污水处理厂保持一致[8]，但是与磁混凝除磷相似，部分时段除磷效果较差，与进水TP含难以生化处理磷素有关。

（4）部分时段总磷浓度变化及分析。如图4所示，该厂出水TP浓度在0.011～0.28mg/L之间，浓度变化大，但是出水正磷酸盐浓度在0.01～0.036mg/L之间，浓度相对稳定，这说明该厂部分时段除磷效果不理想是受进水中所含的溶解态有机磷等特殊磷影响。该厂在2022年以前没有出现过有机磷的问题，通过调查发现上游企业使用含磷缓蚀剂对污水厂出水TP有一定影响。目前，尚无切实有效的工艺去除溶解性有机磷等不能为污水厂所处理的特殊磷。因而，只有控制上游进水水质，才能避免此类含特殊磷废水大量冲击污水处理厂，进而造成出水TP超标的情况。

图4 出水总磷与正磷酸盐情况

（5）污水处理厂整体除磷效果及分析。如图1和图4所示，该厂进水TP浓度在6.09～27.9mg/L之间，平均值14.31mg/l，经常性超标；出水TP浓度在0.011～0.28mg/L之间，平均值0.068mg/L，全部在0.3mg/L之下，稳定达标排放；污水处理厂TP去除率在98.13%～99.92%之间，平均比例99.53%，除磷效果较好。在部分时段进水含大量特殊磷冲击的情况下，该厂出水TP≤0.2mg/L占比95.65%，TP≤0.1mg/L占比76.08%。这说明，在没有大量特殊磷废水冲击的情况下，该厂可以保证出水TP稳定达到地表水III类标准。

3.结论

（1）预处理段，除磷效果明显，是除磷比例最高的工艺段。生化段阶段TP去除率平均90.56%，是除磷的关键工艺段。深度处理段磁混凝是除磷的最后保障；同时，该段的深床滤池与磁混凝协同除磷效果明显。（2）在无含有机磷等特殊磷废水的大量冲击下，该厂按照现有工艺和参数运行良好运转的情况下，依靠生物池化学强化生物除磷和后置磁混凝化学除磷等工艺耦合除磷，可实现出水TP稳定达到地表水III类标准，达到深度除磷要求。（3）针对有机磷等特殊磷，十分有必要控制上游单位将含磷缓蚀剂等水处理剂、含磷洗涤剂等含有特殊磷的废水排入城市污水处理厂。