某污水处理厂总磷去除的技术方案

袁 莉

(上海友联竹园第一污水处理投资发展有限公司，上海 200137)

1 概况

某污水处理厂采用的是技术先进、自动化程度较高、操作管理方便、运行成本低廉、处理效果稳定的CAST工艺(循环式活性污泥法工艺)。试运行阶段污水处理量约为 2 500 m3，设计进水 TP为5．5 mg/L。但在试运行阶段，实际进水 TP约为15 mg/L以上，致使出水TP难以达标，如何去除总磷则成为首要问题。另，该污水处理厂曝气池曝气时间为2～4 h。在观察曝气池污泥时发现，污泥絮体很小，没有形成大的菌胶团。

2 方案的选择

城市污水处理厂除磷一般有两种方法:生物除磷和化学除磷，目前主要采用生物除磷。由于该污水处理厂面临在规定时期内需达标排放并通过环保验收，而生物除磷虽有很多优点，但其对工艺条件的变化(如pH、温度和泥龄等)较化学除磷工艺更为敏感。因此，为了更加高效达到除磷目的，选取生物除磷为主、化学除磷为辅作为本次技术方案。

3 生物除磷

3．1 生物除磷原理

生物除磷由污水中的聚磷菌(PAOs)完成，首先厌氧放磷，在后续好氧环境中过量吸磷，然后通过排除含磷污泥达到除磷目的。在厌氧条件下，聚磷菌分解细胞内的聚磷酸盐，产生的能量将污水中的脂肪酸等有机物摄入细胞内，并以PHB的形式储存。在好氧条件下，聚磷菌利用氧化分解PHB获得的能量，过量吸收污水中的溶解性磷，以聚磷酸盐的形式积累于体内。

3．2 DO 的影响

该污水厂CAST工艺的生物选择器为厌氧选择器。生物选择器内缺/厌氧环境促进了聚磷菌的有效放磷，同时吸收或吸附大量易降解溶解性有机物，为主曝气区吸磷提供了动力和营养物质。沉淀结束后通过排泥使磷得以最终去除。一般通过控制DO浓度，使系统内ORP在-150～100 mV变化时，就可获得良好的除磷结果。由于在线监测系统无ORP装置，故在调试时仅参考DO浓度。

在该污水厂现场监测可知3号池中DO浓度高达6～7 mg/L，远远高出正常运行DO所需，这就造成在污泥回流过程中有可能将高浓度DO带入厌氧选择器，从而导致厌氧区放磷不完全，进而导致曝气区无法正常吸磷，除磷效果不佳。因此，在6月7日左右，运行时间不变的情况下，将DO浓度控制在4 mg/L以下(最好是2 mg/L左右)，同时进行适当排泥。并且污泥回流时间由刚曝完气开始回流改为沉淀半小时后回流，避免回流污泥中DO浓度过高影响厌氧选择器的运行。

3．3 运行结果

运行结果如表1所示。

表1 进出水TP化验数据Tab．1 TP of Influent and Effluent

从表1的数据可得出，5月23日～6月6日之间，TP的平均去除率在23%，TP最高去除率为65%左右;经工艺调整后，6月7日～6月23日之间，TP平均去除率在65%左右，最高去除率为92．5%。处理前与处理后的TP平均去除率相差约40%，说明DO的降低对除磷有较大作用，当然进水TP浓度的降低也是一个不可忽视的因素。

因此，在CAST工艺中，要提高生物除磷效率，需确保DO浓度不能过高，一定在4 mg/L以下，同时需调整污泥回流时间并定期排泥。

4 化学除磷

化学除磷的药剂有聚铝、聚铁等，由于该污水厂的水质pH一般在7左右，较适合用聚铝进行除磷。化学除磷反应式如下:pH为6～7。

4．1 试验目的

进行此试验的目的主要是确定聚合氯化铝(PAC)的沉淀性能，PAC的溶解度以及最佳投加量以达到一定的除磷效率。

4．2 材料

试验水样采自金山某6月2日瞬时进水，进水TP为17．2 mg/L。聚合氯化铝PAC中Al2O3的含量为30%。

4．3 试验步骤

每份水样取300 mL，则水中含磷3．6 mg，现欲将水样的总磷浓度降至5．5 mg/L以下，每份水样分别加 3．2 mg、6．4 mg、9．6 mg、12．8 mg、16 mg 的PAC。其中3．2 mg是将水样TP降至5．5 mg/L的理论量。实验室用的混凝设备为六联混凝试验搅拌器，搅拌过程先以300 r/min快速搅拌1 min后，再以50 r/min慢速搅拌10 min，然后静沉30 min，取上清液测定P含量。

4．4 试验结果

图1为PAC投加量对除磷效果的影响。

图1 PAC投加量对除磷效果的影响Fig．1 Effect of Different PAC Dosage on TP Removal

由图1可知除磷效果随着PAC投加量的增加而增加，当除磷率达70%时，水样的 TP可降至5．5 mg/L左右，也即PAC的最佳投加量应是理论投加量的2倍(β=2)。整理化学除磷的计算公式如下:

式中M为所需PAC的质量，kg;

C0为处理前水样总磷浓度，mg/L;

C为处理后水样的总磷浓度，mg/L;

V为处理体积，L;

β为投加系数;

P为Al2O3在PAC中所占百分比，%。

公式(1)中 β 可取为2、3、4或5，PAC 化学除磷效率分别为69%、83%、90%、95%。此值可根据实际需要而定。在该污水处理厂，β为2。

4．5 PAM 的影响

在加入PAC 2 min后，再加入2‰的PAM，处理后的TP与未投加PAM时相同，但沉降效果好于未投加PAM的水样。

4．6 搅拌对混凝效果的影响

将加PAC处理过的水样搅拌12 h后静置30 min，30 min内，水样中的絮体很快沉降，水样中的TP与未搅拌12 h的相差不显著，说明搅拌时间在12 h内对PAC的混凝效果影响不大。

4．7 化学除磷投加点选择

建议先将PAC溶解于自来水中，PAC的溶解度为20%，如PAC投加量为27．4 kg，则需将PAC溶解于137 L水中(预估)。投加地点有三种选择:进水泵房、沉砂池、曝气池。

(1)在进水泵房或沉砂池投加药剂

进水泵房和沉砂池由于水一直处于流动的状态，若将PAC加入两池中，沉淀效果不好，但若投加PAC，使得生物除磷前就已将TP降至一定程度，从某种程度上来说，也降低了生物除磷的负荷，满足生物处理的要求，但所需的量较大，按进水TP 17 mg/L、水量为3 000 t/d来计算，投加PAC的量应在395 kg/d，PAC按每吨2 000元计算，则每天投加费用约790元。

(2)在曝气池投加药剂

在曝气池投加可分为两种投加方式:一种是在曝气刚开始时就投加PAC，据了解，经过曝气后的水TP在6～8 mg/L左右，假设在这里定为8 mg/L，若出水需达到3 mg/L以下，则必须去除TP约5 mg/L。在曝气池，有化学除磷和生物除磷的协同作用，且曝气对PAC来说也有混合均匀的作用，曝气后有1 h的沉淀，故所加的量较小，约每天165 kg，合计成本为370元/d;另一种是在曝气结束20 min前投加PAC，投加的量与前者相同，但需进行现场操作，对比后确定加药时间段。按照此投加量，理想状况下，除磷效率应该在70%左右。

(3)现场运行投加PAC

项目组化学除磷情况如表2所示。

表2 廊下项目组化学除磷情况Tab．2 TP Removal Result in Langxia Project

由表2可知要降低出水中的TP，若进水TP高，则需投加PAC辅助除磷。且投加PAC的地点也非常重要，在该污水处理厂建议在进水时直接加入曝气池效果比较显著。

5 结论

为提高总磷的去除率，建议该污水处理厂在与有关部门的沟通协调下，一是严格控制进水TP的浓度，避免进水TP严重超出设计指标;二是适当调整工艺:在运行时间不变的情况下，将DO浓度控制在4 mg/L以下(最好是2 mg/L左右)，同时进行适当排泥，并且污泥回流时间由刚曝完气开始回流改为沉淀半小时后回流，避免回流污泥中DO浓度过高影响厌氧选择器的运行;三是利用投加适量PAC将生物除磷的起始浓度降低，使出水TP浓度达标排放。