郭海鵬，周益欽，林 琿，蔡佳青，紀(jì)澤霞，紀(jì)斯棟

(1 汕頭大學(xué)理學(xué)院，廣東 汕頭 515000； 2 廣東聯(lián)泰環(huán)保股份有限公司，廣東 汕頭 515000)

隨著我國社會發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加速，廢水的排放量逐年增加，水資源污染形勢十分嚴(yán)峻。國家對環(huán)保行業(yè)的重視程度和支持力度不斷提升，污水處理行業(yè)也得到了快速發(fā)展。“十二五”和“十三五”期間，國家大力推動建設(shè)污水處理廠，截止到2019年，全國城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量達(dá)到4140座，日處理能力達(dá)到2.14×108m3[1]。隨著生態(tài)文明建設(shè)的持續(xù)深入進(jìn)行，國家對污水處理設(shè)施的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，全國有越來越多的污水處理廠響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，通過工藝改造和工程改擴(kuò)建，將排放標(biāo)準(zhǔn)提高到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中規(guī)定的一級 A 標(biāo)準(zhǔn)或者更嚴(yán)的地方標(biāo)準(zhǔn)[2]。

廣東某城鎮(zhèn)污水處理廠位于沿海城市，主要處理城區(qū)生活污水，處理規(guī)模26×104m3/d，服務(wù)范圍75 km2，采用“A2/O+氯消毒”工藝，污泥經(jīng)濃縮池和離心脫水機(jī)處理至含水率80%以下，泥餅運(yùn)至污泥焚燒廠焚燒處置，工藝流程圖見圖1。原設(shè)計出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)，已長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)國家及廣東省的最新環(huán)保要求，該污水廠出水水質(zhì)須提高至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值，具體指標(biāo)見表1。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

表1 原設(shè)計進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)及新排放標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Original inlet and outlet water standard and new effluent discharge standard (mg/L)

1 提標(biāo)前進(jìn)出水水質(zhì)分析

通過對該廠2019年全年主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)會隨季節(jié)的更替有所波動，總氮、氨氮和總磷存在超過設(shè)計濃度的情況，超標(biāo)率分別為3.3%、8.8%和0.5%，盡管如此，該廠出水水質(zhì)總體平穩(wěn)，能穩(wěn)定達(dá)到原排放標(biāo)準(zhǔn)要求，表明該廠的工藝運(yùn)行效果良好，具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

由表2可知，對比新排放標(biāo)準(zhǔn)要求，主要是總磷和SS存在較大的超標(biāo)可能性，達(dá)標(biāo)率分別只有6%和21%。因此，針對總磷和SS可能超標(biāo)的問題，制定相應(yīng)的技術(shù)方案。

表2 提標(biāo)前的進(jìn)出水水質(zhì)Table 2 Inlet and outlet water quality before upgrading

2 提標(biāo)方法的選擇

目前污水處理除磷技術(shù)主要有生物除磷和化學(xué)除磷兩種。生物除磷主要是利用聚磷菌對溶解性磷的厭氧釋放和好氧吸收作用，最終通過好氧過量吸磷，并隨活性污泥的排放去除總磷?；瘜W(xué)除磷是通過投加化學(xué)藥劑，使磷成為不溶性固體沉淀物，進(jìn)而從污水中分離出去。生物除磷是一種相對經(jīng)濟(jì)的除磷方法，但由于受工藝設(shè)計、污泥濃度、排泥量、氣溫、水質(zhì)等因素影響，去除效果存在波動情況，除磷效率有一定限度[3-4]。從該廠歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，單純通過生物除磷作用，總磷去除率不超過60%，想要再進(jìn)一步去除總磷，達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)，需考慮化學(xué)除磷的方法。

化學(xué)除磷在強(qiáng)化除磷效果時，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行沉析反應(yīng)和絮凝反應(yīng)，沉析反應(yīng)即溶解態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非溶解態(tài)物質(zhì)或顆粒態(tài)物質(zhì)，絮凝反應(yīng)是細(xì)小的非溶解態(tài)或顆粒物質(zhì)相互黏連形成較大絮體，提高沉降速率和顆粒物的去除率，也就是說，化學(xué)除磷不僅能提高總磷的去除率，還有利于進(jìn)一步降低出水SS的濃度[5-6]。

通過對該廠2019年的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出，對比新排放標(biāo)準(zhǔn)，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的出水指標(biāo)主要是總磷和SS。因此，針對總磷和SS的進(jìn)一步去除開展化學(xué)藥劑投加試驗(yàn)研究。

3 化學(xué)除磷試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)水樣取自該廠生化池出水，試驗(yàn)采用的除磷藥劑有：復(fù)合除磷劑CL、復(fù)合除磷劑YW和聚合氯化鋁(PAC，有效含量10%)。試驗(yàn)時，藥劑均配制成濃度10%的藥液進(jìn)行投加。試驗(yàn)進(jìn)行兩組小試，每組取9個水樣，每個水樣取500 mL生化池出水，同時分別投加劑量不同的藥液，采用六聯(lián)攪拌器同步進(jìn)行混凝攪拌。先以120 rpm快速攪拌 1 min，再以 50 rpm慢速攪拌15 min；靜沉 30 min后取上清液，采用國標(biāo)鉬酸銨分光光度法檢測總磷指標(biāo)。每組藥液投加量從40 mg/L開始，每個樣依次遞增10 mg/L，總共投加8個樣，另設(shè)一個不投加藥液的空白對照樣。

3.2 結(jié)果與討論

兩組水樣原水總磷濃度分別為3.2 mg/L和1.5 mg/L，由圖2和圖3可知，復(fù)合除磷劑CL在兩組試驗(yàn)中，都能將總磷降至0.5 mg/L以下，另外兩個藥劑只有在原水濃度較低時才能有可能降至0.5 mg/L以下。

圖2 不同藥劑的投加曲線Fig.2 Dosing curve of different chemicals

由兩組小試結(jié)果可知，如將總磷降至0.5 mg/L以下，去除每毫克總磷的復(fù)合除磷劑CL單耗為29～35 mg，而聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW單耗分別為38 mg和50 mg，在原水總磷濃度3.2 mg/L的試驗(yàn)組，聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW在投加范圍內(nèi)，均未能達(dá)到0.5 mg/L以下。

在原水總磷1.5 mg/L的試驗(yàn)組，復(fù)合除磷劑YW投加到60 mg/L后，總磷出現(xiàn)反彈，而復(fù)合除磷劑CL和聚合氯化鋁的投加曲線則趨于穩(wěn)定，表明除磷劑投加到一定程度后，總磷的殘余量將達(dá)到一個極限值，無法通過投加藥劑進(jìn)一步去除，殘余的總磷可能為有機(jī)磷，無法與藥劑反應(yīng)。投加復(fù)合除磷劑YW后總磷出現(xiàn)輕微反彈，可能是由于藥劑的過量投加，導(dǎo)致絮凝沉淀平衡被打破或藥劑含有能被誤檢為總磷的成分。

圖3 不同藥劑的投加曲線Fig.3 Dosing curve of different chemicals

兩組試驗(yàn)中復(fù)合除磷劑CL的總磷去除率可達(dá)到85%左右，復(fù)合除磷劑YW的總磷去除率最高70%，聚合氯化鋁的總磷去除率最高80%。相同投加量的情況下，復(fù)合除磷劑CL的總磷去除率都高于另外兩種藥劑。結(jié)果表明，除磷效果最佳、單耗最低的是復(fù)合除磷劑CL，去除每毫克總磷的單耗為29～35 mg，然后依次是聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW。故選取復(fù)合除磷劑CL作為生產(chǎn)試驗(yàn)的首選除磷藥劑。

4 藥劑投加系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)廠區(qū)構(gòu)筑物平面布置及工藝流程情況，鑒于該廠沒有深度處理工段，將藥劑投加點(diǎn)分別設(shè)置在一期工程兩組生化池出水口和二期工程一組生化池出水井，每個投藥點(diǎn)配置一套藥液投加系統(tǒng)，包含隔膜計量泵(加藥泵)、儲藥罐、管路、控制箱等，每套投加系統(tǒng)配置兩臺加藥泵和兩個儲藥罐，一用一備。藥劑投加系統(tǒng)流程見圖4。

圖4 藥劑投加系統(tǒng)流程圖Fig.4 Flow chart of chemical dosing system

5 應(yīng)急提標(biāo)后的處理效果

由表3可知，在進(jìn)水水質(zhì)相似的情況下，提標(biāo)后部分出水指標(biāo)有明顯改善，特別是總磷和SS。出水總磷均值0.29 mg/L，去除率90%，出水SS均值6 mg/L，去除率90%，兩者相比提標(biāo)前的56%和85%均有所提升。CODCr、BOD5、總氮、氨氮等去除率略微提升，但不顯著。因此，除磷劑主要對去除總磷和SS有顯著作用，對其他指標(biāo)沒有明顯促進(jìn)作用。整體出水可穩(wěn)定達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)。該藥劑屬鐵鹽復(fù)合劑，溶液呈赤褐色，藥劑投加后會使生化池中的污泥混合液呈現(xiàn)一定的赤褐色，但對出水色度基本沒有影響。

去除總磷主要是通過除磷劑與溶解性磷酸鹽反應(yīng)生成沉淀物，在污泥沉淀階段隨排泥一并去除。而SS的去除主要是通過除磷劑水解絮凝作用，網(wǎng)捕懸浮顆粒物，同樣可隨污泥一并沉降和排除。由于SS中含有一定的活性污泥分散顆粒，在總磷檢測時會被消解成為總磷的一部分，故活性污泥分散顆粒的沉降對出水總磷的降低也起到的重要的作用。

表3 提標(biāo)后的進(jìn)出水水質(zhì)Table 3 Inlet and outlet water quality after upgrading

除磷劑呈酸性，對比投加除磷劑前后的進(jìn)出水pH值，投加除磷劑前，進(jìn)水pH在6.59～7.22之間波動，均值6.96，出水pH在6.50～6.87之間波動，均值6.63。投加除磷劑后，進(jìn)水pH在6.33～7.34之間波動，均值7.00，出水pH在6.27～6.80之間波動，均值6.43?？梢钥闯鲈谶M(jìn)水pH值變化不大的情況下，投加除磷劑后，出水pH值略微下降，均值降幅約3%。pH值的波動范圍仍在生化系統(tǒng)適宜的6～9的范圍，對生化系統(tǒng)的影響可以忽略不計。

提標(biāo)后對生化池中活性污泥進(jìn)行鏡檢觀察(見圖7和圖8)，菌膠團(tuán)邊緣清晰，結(jié)構(gòu)緊密，微生物的種類、大小、數(shù)量及活性較提標(biāo)前沒有明顯的變化。

投加除磷藥劑后，可達(dá)到預(yù)期處理效果，從主要指標(biāo)的處理情況看，活性污泥的污染物降解能力沒有降低，藥劑的投加沒有出現(xiàn)文獻(xiàn)報道的對生化系統(tǒng)造成的不利影響[7-8]。

圖5 提標(biāo)后活性污泥中的累枝蟲和鐘蟲Fig.5 Epistylis in activated sludge after upgrading

6 結(jié) 論

針對該廠原工藝和新排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)要求進(jìn)行分析，開展藥劑試驗(yàn)，制定提標(biāo)方案，并予以實(shí)施。結(jié)果表明，出水總磷和SS有明顯改善，平均濃度分別是0.29 mg/L和6 mg/L，去除率均達(dá)到90%，其他指標(biāo)改善的程度不顯著。藥劑復(fù)合除磷劑CL的投加會使活性污泥呈現(xiàn)一定的赤褐色，但對出水感觀沒有明顯影響。藥劑的投加對活性污泥中的主要微生物也沒有顯著影響。整體出水可穩(wěn)定達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)期處理效果。