鄭文昕

（佛山水業(yè)集團(tuán)新之源污水處理有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

化學(xué)除磷的主要反應(yīng)原理是首先在污水處理反應(yīng)中添加元素鹽類，金屬離子和磷酸鹽迅速融合，生成水溶性較小、晶體極小的金屬磷酸鹽物質(zhì)，在流速梯度或混合擴(kuò)散過(guò)程作用下相互接觸產(chǎn)生不溶性磷酸鹽或多磷酸鹽沉淀產(chǎn)物，然后再加入絮凝劑，通過(guò)沉淀分離或過(guò)濾分離等方法去除水體中的磷酸鹽，得到凈化后的污水和化學(xué)污泥，從而達(dá)到化學(xué)除磷的目的［1］。因此，化學(xué)除磷工藝包括4 個(gè)步驟：沉淀、混凝、絮凝和固液分離，這基本上就是磷酸鹽從液相轉(zhuǎn)移到固相的過(guò)程［2］。從以上分析可以看出，化學(xué)除磷的效率與沉淀絮凝過(guò)程直接相關(guān)，沉淀、混凝和磷酸鹽化合物的類型與化學(xué)除磷劑的類型和反應(yīng)pH值等因素有關(guān)。因此，要提高污水廠化學(xué)除磷效率必須從化學(xué)除磷藥劑的種類、反應(yīng)環(huán)境的pH值及除磷工藝等因素考慮。pH 值和除磷工藝不變的情況下，本次實(shí)驗(yàn)關(guān)注的是化學(xué)除磷藥劑的種類即硫酸鋁和聚合氯化鋁［3］的區(qū)別，二者的主要成分都是三價(jià)鋁，反應(yīng)機(jī)理也相似［2］。對(duì)聚合氯化鋁及硫酸鋁與Pam、磁粉聯(lián)合投加處理后污泥的出水SV、SS、TP進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，確定不同混凝劑的最佳投藥范圍，同時(shí)關(guān)注加藥過(guò)程對(duì)最終水質(zhì)的其他影響，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合該污水廠特點(diǎn)，進(jìn)行加藥成本估算。

1 污水廠水質(zhì)及除磷工藝概況

某污水廠是地埋式污水處理廠，采用了“A2O+MBBR”技術(shù)，其設(shè)計(jì)處理能力超過(guò)10 萬(wàn)m3/d，目前已經(jīng)成功投產(chǎn)，進(jìn)水水質(zhì)基本情況如下：SS 和TP 在2020—2022 年分別為106、113、122 mg/L 和2.83、2.40、2.03 mg/L，SS 升降比為14.76%，TP 升降比為-28.24%（2022 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到11 月份）。

進(jìn)水TP 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1，進(jìn)水TP 與季節(jié)關(guān)系不大，濃度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)。

圖1 逐年進(jìn)水TP 情況

污水廠除磷的工藝原理：在T1 區(qū)中投加混凝劑（該污水廠使用的是硫酸鋁）后，再通過(guò)快速攪拌混合污水中的懸浮物質(zhì)，產(chǎn)生的中和作用使污泥顆粒表面的負(fù)電荷被中和，讓污泥顆粒“脫穩(wěn)”形成細(xì)小絮凝體；在T2 區(qū)加入的磁粉與濃縮的回流污泥在混合池中充分混合絮凝［3］?；炷A段產(chǎn)生的細(xì)小絮凝體流入T3 區(qū)，同時(shí)在T3 區(qū)加入絮凝劑（PAM），使得細(xì)小的絮凝體在電中和、吸附和架橋作用下形成大的絮凝體，并與磁粉相結(jié)合最終形成密度更大、更重的絮凝體網(wǎng)絡(luò)［3］。其除磷工藝詳見(jiàn)圖2。

圖2 污水廠除磷工藝

污泥車間現(xiàn)使用硫酸鋁［4］、PAM 和磁粉進(jìn)行污泥調(diào)理，目前實(shí)際生產(chǎn)藥耗：硫酸鋁0.084 mg/L，PAM 0.42 mg/L，磁粉3.18 mg/L?，F(xiàn)存在藥耗高、硫酸鋁溶液易結(jié)晶堵塞管道的問(wèn)題，因此考慮尋找聚合氯化鋁替代硫酸鋁，在保證污泥車間產(chǎn)能不變或提高的前提下，實(shí)現(xiàn)藥劑成本的降低。

2 過(guò)程與設(shè)計(jì)

2.1 藥劑種類梯度實(shí)驗(yàn)

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，設(shè)計(jì)2 種除磷藥劑梯度投藥量分別為0.04、0.06、0.08、0.1 mg/L 的4 組實(shí)驗(yàn)組且PAM 投藥量為0.2 mg/L［5］。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)水樣上清液的色度、SS 及TP［6］。

（1）取8 個(gè)燒杯，每2 個(gè)燒杯分為1 組，每個(gè)燒杯加入2000mL（即2L）曝氣池末端水樣；并單獨(dú)測(cè)此水樣SV，沉降30 min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（2）每組2 個(gè)燒杯，其中1 個(gè)加入一定量的硫酸鋁，另1 個(gè)加入同等量的聚合氯化鋁（第1 組加入0.08 mg；第2 組加入0.12 mg；第3 組加入0.16 mg；第4 組加入0.2 mg），2 個(gè)燒杯同時(shí)快速攪拌30 s。

（3）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（4）最后以組為單位加入等量的陰離子PAM 0.2 mg/L 慢速攪拌60 s，沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液送檢。

2.2 Pam 梯度實(shí)驗(yàn)

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，根據(jù)2.1 節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)2 種除磷藥劑投藥量同為0.08 mg/L 且PAM 梯度投藥量分別為0.2、0.3、0.4 mg/L。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)水樣上清液的色度、SS 及TP。

（1）取6 個(gè)燒杯，每2 個(gè)燒杯分為1 組，每個(gè)燒杯加入2000mL（即2L）曝氣池末端水樣；并單獨(dú)測(cè)此水樣SV，沉降30min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（2）每組2 個(gè)燒杯，其中1 個(gè)加入0.16 mg 的硫酸鋁和聚合氯化鋁，2 個(gè)燒杯同時(shí)快速攪拌30 s。

（3）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（4）最后以組為單位加入等量的陰離子PAM 0.2 mg/L 慢速攪拌60 s（第1 組加入0.4 mg；第2 組加入0.6 mg；第3 組加入0.8 mg），沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液送檢。

2.3 定量實(shí)驗(yàn)

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，設(shè)計(jì)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L 這12 組控制變量為：硫酸鋁及聚鋁的梯度投藥量（0.04、0.06、0.08、0.1 mg/L）和PAM 梯度投藥量（0.2、0.3、0.4 mg/L）。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)水樣上清液的色度、SS 及TP。

（1）取24 個(gè)燒杯，每2 個(gè)燒杯分為1 組，分別編號(hào)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L 12 組。

（2）每個(gè)燒杯加入2 000 mL（即2 L）曝氣池末端水樣；并單獨(dú)測(cè)此水樣SV，沉降30 min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（3）每組2 個(gè)燒杯，其中1 個(gè)加入一定量的硫酸鋁，另1 個(gè)加入同等量的聚合氯化鋁（A 組、B 組、C組加入0.08 mg；D 組、E 組、F 組加入0.12 mg；G 組、H組、I組加入0.16 mg；J組、K組、L組加入0.2 mg），2 個(gè)燒杯同時(shí)快速攪拌30 s。

（4）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（5）最后以組為單位加入一定量的陰離子PAM（A 組、D 組、G 組、J 組加入0.4 mg；B 組、E 組、H 組、K 組加入0.6 mg；C 組、F 組、I 組、L 組加入0.8 mg）慢速攪拌60 s，沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1 藥劑種類梯度實(shí)驗(yàn)

藥劑種類梯度實(shí)驗(yàn)水樣為生化池末端（2 L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉慢攪30 s，加入PAM 慢攪60s。原水SV為16%，原水SS 為12mg/L，原水TP 為0.83 mg/L，磁粉為6.26 mg，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 藥劑種類梯度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)肉眼可以觀察發(fā)現(xiàn)，在鋁離子藥劑投加量相同的情況下，無(wú)論量為多少，加入硫酸鋁藥劑的上清液浮沫均少于聚鋁上清液浮沫。觀察表1，2 種除磷藥劑投加量為0.08 mg/L 時(shí)出水SV、出水SS 和出水TP 數(shù)值最小，因此在Pam 梯度實(shí)驗(yàn)時(shí)選用0.08 mg/L 的投加量。

3.2 Pam 梯度實(shí)驗(yàn)

Pam 梯度實(shí)驗(yàn)水樣為生化池末端（2 L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉慢攪30 s，加入PAM慢攪60 s。原水SV 為19.5%，原水SS 為18 mg/L，原水TP 為0.87 mg/L，磁粉為6.26 mg，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 Pam 梯度實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)肉眼可以觀察發(fā)現(xiàn)，在鋁離子藥劑投加量相同但改變Pam 投加量的情況下，加入2 種藥劑的上清液浮沫隨著投加量上升而下降。觀察表2，Pam 投加量為0.2 mg/L 時(shí)出水SV、出水SS數(shù)值最小，出水TP 在0.3 mg/L 時(shí)數(shù)值最小。確定了最佳投加范圍之后進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)。

3.3 定量實(shí)驗(yàn)

定量實(shí)驗(yàn)水樣為生化池末端（2L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉6.26 mg 慢攪30 s，加入PAM慢攪60 s。原水SV 為16%，原水SS 為12 mg/L，原水TP為0.83mg/L，A、B、C組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，A、B、C組平行樣1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，A、B、C 組平行樣2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，D、E、F組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，D、E、F組平行樣1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7，D、E、F組平行樣2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

表3 A、B、C 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 A、B、C 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣1）

表5 A、B、C 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣2）

表6 D、E、F 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 D、E、F 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣1）

表8 D、E、F 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣2）

原水SV 為19.5%，原水SS 為18 mg/L，原水TP為0.91mg/L，磁粉為6.26 mg，G、H、J 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9，G、H、J組平行樣1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表10，G、H、J組平行樣2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表11，J、K、L 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表12，J、K、L組平行樣1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表13，J、K、L組平行樣2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表14。

表9 G、H、J 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 G、H、J 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣1）

表11 G、H、J 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣2）

表12 J、K、L 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表13 J、K、L 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣1）

表14 J、K、L 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（平行樣2）

由表3—表14 可知，在保持磁粉投加量一定的情況下，所有樣品出水SS數(shù)值都是4 L，除磷效果隨著藥劑投加量的增大而提升，如圖3 所示。最理想的是H 組但是SV 最大，污泥SV 隨著聚合氯化鋁和PAM 的加藥量的變化一直在20%到42.5%之間波動(dòng)，其中A、C、G 組2 個(gè)樣品SV 在20%左右，其余SV在30%左右，SV最小的一組是G組，同時(shí)其除磷效果較好，且A、C 組除磷效果相對(duì)G 組較差，所以最佳投加量選擇了G 組［7］。

圖3 硫酸鋁對(duì)比聚鋁出水SS 和TP

因?yàn)榇欧郾仨毎赐睹可勰嗉?.13 mg的藥劑，在此統(tǒng)計(jì)投加成本變化的時(shí)候?qū)⑺鼤簳r(shí)排除在外。目前污水廠陰離子PAM 為15 900 元/t，現(xiàn)使用量為配比濃度1‰（0.4 mg/L），即千噸水處理費(fèi)6.36 元；10%硫酸鋁540 元/t，現(xiàn)使用量為0.084 mg/L，即千噸水處理費(fèi)45.36 元；8%聚合氯化鋁519 元/t，參考使用量0.084 mg/L，即千噸水處理費(fèi)43.596 元。組合為0.08 mg/L 硫酸鋁+0.2mg/L 陰離子PAM 可使上清液TP 為0.23 mg/L，5 min SV 為23%，此時(shí)千噸水藥劑費(fèi)用為48.54 元；組合為0.08 mg/L 聚鋁+ 0.2 mg/L 陰離子PAM 可使上清液TP 為0.33mg/L，5min SV 為21%，此時(shí)千噸水藥劑費(fèi)用為46.76 元。

4 結(jié)論

針對(duì)某污水廠進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，選取硫酸鋁、聚合氯化鋁作為除磷藥劑，控制投加PAM和磁粉的量，實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：該污水廠現(xiàn)有硫酸鋁藥劑在混凝澄清效果上具有一定優(yōu)勢(shì)，形成片狀礬花理論上更易被活性砂濾池截留等優(yōu)勢(shì)。但由于硫酸鋁溶液易結(jié)晶易堵塞管道，使用該藥劑帶來(lái)的人工成本巨大。同時(shí)綜合除磷能力，投加后污泥的SV，聚合氯化鋁可以替代硫酸鋁，且對(duì)于預(yù)估更換的藥劑費(fèi)用，聚合氯化鋁比硫酸鋁花費(fèi)更小，具有較明顯的成本優(yōu)勢(shì)。建議在除磷藥劑選擇及投加量（0.08 mg/L 鋁離子和0.2 mg/L PAM）上，結(jié)合該水廠自身水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。