周 姣，林 琿，周益欽，魏曉旋，謝 建，謝澤娜

(廣東聯(lián)泰環(huán)保股份有限公司，廣東 汕頭 515041)

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)普遍具有低碳源的特點(diǎn)，生物處理主流工藝如厭氧-缺氧-好氧工藝(A2/O)、缺氧-好氧工藝(A/O)、序批式反應(yīng)器(SBR)、氧化溝工藝等都具有脫氮除磷功能，但由于進(jìn)水碳源缺乏，污泥處置終端效能不足，導(dǎo)致活性污泥污泥齡較長，生物除磷效果受抑制，生物段除磷效率約30%～50%，不輔助化學(xué)除磷則出水總磷(TP)難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。目前對污水處理廠化學(xué)除磷效果的研究主要關(guān)于藥劑種類、工藝種類選擇、除磷工藝條件控制、化學(xué)除磷劑投加點(diǎn)位等，王琳娜等[1]通過正交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各工藝參數(shù)對TP處理效果影響較大的是混凝劑種類，最佳處理效果的絮凝條件為投加三氯化鐵99 mg/L，投加三氯化鐵1 min，以污泥恰攪起不分層的速度攪拌(約160 r/min)30 min。鄭瀟威等[2]通過在不同工藝段投加混凝劑進(jìn)行除磷，發(fā)現(xiàn)在氧化溝出水口投加硫酸鋁、在二沉池出水口投加聚合硫酸鐵對總磷的去除效果最好。陳博宇等[3]將PAC投加點(diǎn)由二沉池配水井位置調(diào)整到生化池出水口，增加足夠的混合反應(yīng)時(shí)間，能大大提高除磷效率。多種生物處理工藝(如UNITANK、多模式A2/O、倒置A2/O等)+高效沉淀池組合通過生物除磷和化學(xué)除磷結(jié)合的效果能提高出水水質(zhì)，TP<0.5 mg/L，穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。

在城鎮(zhèn)污水處理廠普遍設(shè)置高效沉淀池，通過投加混凝劑進(jìn)行化學(xué)除磷，從而使出水總磷達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。高效沉淀池工藝中可能影響除磷效果的因素主要有pH、污泥回流量(進(jìn)水濁度)、混凝劑種類、混凝劑投加量、助凝劑投加量、混合強(qiáng)度和反應(yīng)時(shí)間等。本文通過研究高效沉淀池不同控制條件下，對應(yīng)除磷效果的差異，篩選出高效沉淀池除磷效果關(guān)鍵影響因素，一方面針對性提高除磷效率，另一方面達(dá)到降低藥劑成本的目標(biāo)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 化學(xué)除磷原理

通過投加金屬鹽與污水中可溶性磷結(jié)合形成沉淀，從而降低污水中磷濃度，常用的金屬鹽有鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽等。鋁鹽沉淀除磷的基本反應(yīng)式如式(1)、式(2)，鋁離子與磷酸鹽形成磷酸鋁沉淀；三價(jià)鋁離子發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鋁。氫氧化鋁對磷酸鹽(尤其是正磷酸鹽)有較強(qiáng)的吸附能力[6]?？偠灾?，除金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀外，鋁鹽、鐵鹽除磷的機(jī)理還包括金屬氫氧化物的共沉淀；聚合金屬氫氧化物的表面絡(luò)合；絮體表面發(fā)生的磷吸附反應(yīng)。

(1)

2Al3++6H2O→2Al(OH)3+6H+

(2)

2 工程概況

廣東省某城鎮(zhèn)污水廠日處理量為6萬噸，污水經(jīng)格柵、沉砂池、改良A2/O、二沉池處理后，進(jìn)入高效沉淀池，通過投加PAC(Al2O3有效量10%)、陰離子PAM實(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷，進(jìn)一步降低SS，而后進(jìn)入紫外消毒渠消毒，出水執(zhí)行《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)及《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)一級標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)值，其中磷酸鹽(以P計(jì))排放限值為0.5 mg/L。高效沉淀池由快速混合區(qū)、絮凝區(qū)、斜板沉淀區(qū)組成，投加PAC至快速混合區(qū)，通過攪拌器不斷攪拌，使污水與PAC充分均勻混合，改變膠體顆粒間的物理性質(zhì)，使其脫穩(wěn)，形成細(xì)小的絮體懸浮物(凝聚階段)；PAM作為絮凝劑投加在絮凝區(qū)、與污水及回流污泥混合致使微絮體及其他顆粒結(jié)合，產(chǎn)生較大較重的絮體集團(tuán)(絮凝階段)；在水力的作用下絮體的緊密性和體積不斷增大；礬花在沉淀區(qū)中泥水分離，質(zhì)量稍大的礬花沉入沉淀區(qū)，細(xì)小漂浮的污泥被蜂窩斜管截留(沉降階段)，上清液從出水槽中流出，沉淀區(qū)化學(xué)污泥一部分回流至絮凝區(qū)，一部分作為剩余污泥排放至濃縮池處理，從而達(dá)到化學(xué)除磷的過程。

某城鎮(zhèn)污水處理廠高效沉淀池工藝設(shè)計(jì)參數(shù)和主要設(shè)備分別如表1、表2所示。

表1 高效沉淀池工藝設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of high density sedimentation tank

表2 高效沉淀池主要設(shè)備Table 2 Main equipments of high density sedimentation tank

3 試驗(yàn)方法

由于城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量較為穩(wěn)定。高效沉淀池進(jìn)水pH范圍為6～9之間，變化幅度較小，處理水量穩(wěn)定，則高效沉淀池反應(yīng)時(shí)間無顯著變化；且PAC適應(yīng)pH范圍大，一般投加量≤13 mg/L不會顯著降低水的pH[7]，因此不考慮pH、反應(yīng)時(shí)間對除磷效果的影響。本文主要采用單因素控制變量法，研究工藝控制條件：污泥回流比(進(jìn)水濁度)、PAC投加量及PAM投加量、混合強(qiáng)度等對高效沉淀池工藝段除磷效果的影響。

聚合氯化鋁(PAC)是常用的無機(jī)高分子混凝劑，液態(tài)成品PAC顏色呈淡黃色，試驗(yàn)中使用的為成品PAC，用自來水稀釋后投加至混合區(qū)。陰離子PAM為固體粉末，經(jīng)一體化PAM制備機(jī)溶解、熟化后投加至高效池絮凝區(qū)。

總磷測定方法依據(jù)《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB11893-1989)，正磷酸鹽測定依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)[8]。

4 結(jié)果與討論

4.1 污泥回流比的影響

二沉池出水至高效沉淀池，經(jīng)生物處理后，污水SS下降至5 mg/L左右，高效沉淀池進(jìn)水濁度較低。缺少凝聚核心，則混凝劑與正磷酸鹽絡(luò)合后，難以形成礬花沉降，因此需通過污泥回流增加進(jìn)水濁度，目的在于加速礬花的生長以及增加礬花的密度。另外，污泥回流使絮凝體循環(huán)利用，可節(jié)約10%～30%藥劑[9]。圖1為污泥回流比對除磷效果的影響。

圖1 污泥回流比對除磷效果的影響Fig.1 Effect of sludge reflux ratio on phosphorus removal efficiency

由圖1可知，當(dāng)污泥回流比為3.0%時(shí)，除磷率為68%；污泥回流比為3.5%時(shí)，除磷率為66%，除磷效果隨著污泥回流比的增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，回流污泥濃度不變情況下，污泥回流比低則無法起到增強(qiáng)絮凝效果和提高沉降性能的作用，絮體集團(tuán)細(xì)小，難以進(jìn)行泥水分離，嚴(yán)重時(shí)將造成沉淀區(qū)跑泥[10]。當(dāng)污泥回流比繼續(xù)增加至3.5%、4.0%，TP去除效果沒有明顯的提升，造成這種現(xiàn)象的原因可能有以下幾點(diǎn)：污泥回流量大，將形成的大礬花沖散，降低污泥絮凝效果；沉淀區(qū)固體負(fù)荷升高，增加刮泥機(jī)負(fù)擔(dān)，造成蜂窩狀斜板積泥和跑泥，反而引起出水總磷濃度升高[11]。有研究認(rèn)為隨著化學(xué)污泥量的增加，回流污泥與OP之間的反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，因此繼續(xù)增加污泥回流量并不會使OP去除率繼續(xù)升高[12]。高效沉淀池能保持最優(yōu)運(yùn)行區(qū)間的污泥回流比通常為2%～6%[13]，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，建議總結(jié)污水廠處理量、進(jìn)水濁度、回流污泥濃度等變化規(guī)律，得到污泥回流比經(jīng)驗(yàn)值范圍，隨著進(jìn)水條件因素的改變，及時(shí)調(diào)整絮凝區(qū)污泥回流比，保障高效沉淀池除磷效果。

4.2 PAC投加量的影響

污水中磷基本上以磷酸鹽形式存在，分為正磷酸鹽(OP)、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽，OP為直接與混凝劑發(fā)生反應(yīng)的磷[14]。高效沉淀池進(jìn)水OP/TP范圍處于0.83～0.99之間，均值為0.91。PAC投加量對高效沉淀池除磷效果的影響見圖2。

圖2 PAC投加量對除磷效果的影響Fig.2 Effect of PAC dosage on phosphorus removal efficiency

隨著PAC投加量的增加，TP去除率越高，當(dāng)PAC投加量大于6 mg/L時(shí)，繼續(xù)增加投加量，發(fā)現(xiàn)TP去除率提升幅度變緩。實(shí)際工程中，并非PAC投加量越大，總磷去除率越高；過量投加PAC使化學(xué)污泥產(chǎn)量增大，若排泥不及時(shí)，則出水TP濃度反而較高。這可能是由于壓縮雙電層原理，當(dāng)PAC投加量過多時(shí)，凝聚效果反而下降，或使膠體粒子重新穩(wěn)定。有研究表明PAC投加量為1.0～2.0 mmol/L時(shí)，隨著混凝劑的增加，TP去除率幾乎不再隨著投加量增加而增加[15]，另外，PAC除磷效率受總磷濃度影響較大，初始總磷濃度高，磷去除率較高。因此在滿足出水TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，應(yīng)綜合考慮藥劑投加成本，除磷當(dāng)量，合理控制PAC投加量。污水廠可通過在線監(jiān)測系統(tǒng)TP檢測儀實(shí)時(shí)監(jiān)測值，計(jì)算需化學(xué)除磷量，科學(xué)設(shè)置PAC投加單耗。

4.3 PAM投加量的影響

PAM主要作為助凝劑，促進(jìn)絮體形成較大的集團(tuán)，從而提高泥水分離效果。PAC投加量為3 mg/L時(shí)，調(diào)整PAM投加量為0.5 mg/L、0.6 mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.2 mg/L，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PAM投加量由0.5 mg/L提高至0.8 mg/L，高效沉淀池磷去除率逐漸增大，投加量處于0.8～1.2之間時(shí)，TP去除率無明顯差異。增大PAM投加量對OP去除率無明顯作用，但PAM可通過吸附架橋作用，去除水中微小懸浮物的方式提高TP的去除率。

4.4 混合強(qiáng)度的影響

快速混合區(qū)攪拌器額定轉(zhuǎn)速為1445 r/min，絮凝區(qū)攪拌器額定轉(zhuǎn)速為1400 r/min，攪拌器均為變頻控制。當(dāng)PAC、PAM投加量分別為6 mg/L、0.8 mg/L時(shí)，混合區(qū)攪拌器頻率在30～45 Hz之間變化，絮凝區(qū)攪拌器在25～40 Hz之間變化，出水TP濃度均低于0.4 mg/L，且不同轉(zhuǎn)速下出水總磷濃度差異較小?；旌蠌?qiáng)度低時(shí)，可在預(yù)沉淀區(qū)觀察到礬花分布不均勻，長時(shí)間運(yùn)行可能使沉淀區(qū)局部負(fù)荷增大。試驗(yàn)表明，快速混合區(qū)攪拌器頻率不低于在35 Hz，絮凝區(qū)攪拌器頻率不低于25 Hz情況下，混合強(qiáng)度對總磷去除率影響有限。

5 結(jié) 論

(1)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高效沉淀池工藝控制中，通過合理調(diào)控污泥回流比、PAC投加量能有效提高化學(xué)除磷效率，一定程度上節(jié)約藥劑，節(jié)約化學(xué)除磷成本；污泥回流比及PAC投加量是影響高效沉淀池除磷效果的關(guān)鍵因素。

(2)陰離子PAM投加量對水中細(xì)小懸浮物的去除效果較好，對TP去除有一定貢獻(xiàn)，但對OP的去除效果不顯著。

(3)基于混合均勻的前提下，高效沉淀池快速混合區(qū)、絮凝區(qū)的污水及藥劑混合強(qiáng)度對除磷效果影響有限。