王凱軍，常麗春，遲文濤，柯建明，楊麗萍

（北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，北京 100037）

　　水體富營(yíng)養(yǎng)化、污水回用和磷可持續(xù)利用等問(wèn)題均與污水除磷技術(shù)息息相關(guān)^[1,2]。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的除磷方法主要有化學(xué)除磷法、生物除磷法，以及化學(xué)和生物除磷相結(jié)合的生化除磷法^[1]。生物除磷技術(shù)經(jīng)濟(jì)有效，被廣泛應(yīng)用，但受出水SS、原水水質(zhì)、脫氮條件等多種因素影響，生物除磷系統(tǒng)的出水TP難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需通過(guò)附加化學(xué)沉淀來(lái)改善生物除磷工藝的穩(wěn)定性^[3,4]。

　　隨著我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)N、P的要求日趨嚴(yán)格，我國(guó)面臨著現(xiàn)有污水處理設(shè)施除磷工藝的改造和新建具有除磷脫氮功能的污水處理設(shè)施兩種情況。活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝是具有代表性的兩種污水處理工藝。本研究在小試研究結(jié)果的基礎(chǔ)上^[5]，進(jìn)行了活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝化學(xué)同步除磷中試研究，探討其TP去除效果及相關(guān)特性，為解決我國(guó)污水生物處理工藝的磷達(dá)標(biāo)問(wèn)題提供一些有益的參考。

　　1 試驗(yàn)裝置與方法

　　1.1 試驗(yàn)原水

　　中試試驗(yàn)在北京環(huán)科院中水車(chē)間內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)原水為北京環(huán)科院生活小區(qū)污水。小區(qū)規(guī)模較小，生活污水水質(zhì)波動(dòng)較大，試驗(yàn)期間TP濃度在2.35～17.5 mg/L。

　　1.2 試驗(yàn)裝置與流程

　　活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝化學(xué)同步除磷試驗(yàn)如圖1和圖2所示。

圖1 活性污泥工藝除磷中試流程圖

圖2 接觸氧化工藝除磷中試流程圖

　　活性污泥曝氣池有效容積為2.12 m³，二沉池容積為1.37 m³，進(jìn)水量為300 L/h，水力停留時(shí)間為11.6小時(shí)。接觸氧化工藝接觸氧化池有效容積3.65 m³，二沉池容積1.61 m³，進(jìn)水量350 L/h，水力停留時(shí)間為15小時(shí)。填料采用硬性填料。

　　1.3 除磷藥劑

　　試驗(yàn)藥劑采用FeCl₃固體，純度為96%；聚合氯化鋁固體，純度為27%。投藥量以實(shí)際純度藥劑質(zhì)量計(jì)。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 TP去除效果

　　活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝的化學(xué)同步除磷中試采用相同原水進(jìn)行平行試驗(yàn)。試驗(yàn)分階段進(jìn)行，各階段分別投加不同劑量的三氯化鐵或聚合氯化鋁。兩種工藝各階段試驗(yàn)條件和TP平均去除效果如表1所示，試驗(yàn)TP歷時(shí)去除效果見(jiàn)圖3。

表1 活性污泥工藝與生物接觸氧化工藝中試試驗(yàn)條件和平均除磷效果

圖3  活性污泥工藝與生物接觸氧化工藝中試除磷效果歷時(shí)曲線

　　①由表1和圖3可知，對(duì)于活性污泥工藝化學(xué)同步除磷試驗(yàn)：

　　試驗(yàn)階段Ⅰ投加100 mg/L FeCl₃，進(jìn)水TP在2.35～14.30 mg/L之間，平均為9.10 mg/L，出水TP在0.23～1.30 mg/L之間，平均為0.55 mg/L，除開(kāi)始階段出水TP偏高外，其他出水基本在0.5 mg/L左右，去除率為73.6%～98.0%，平均為90.7%。

　　試驗(yàn)階段Ⅱ投加50 mg/L FeCl₃，進(jìn)水TP在4.55～16.0 mg/L之間，平均為11.8 mg/L，出水TP在0.64～3.90 mg/L之間，平均為2.29 mg/L，出水TP波動(dòng)較大，且總體較高，去除率為65.4%～95.3%，平均為80.4%。

　　試驗(yàn)階段Ⅲ投加75 mg/L FeCl₃，進(jìn)水TP在9.85～13.1 mg/L之間，平均為11.6 mg/L，出水TP在0.34～1.54 mg/L之間，平均為0.76 mg/L，去除率為87.1%～97.2%，平均為93.4%。除試驗(yàn)第一天出水TP濃度偏高外，其余11天的出水除2次為1.07 mg/L、1.10 mg/L外，均低于0.9 mg/L。兩次高于1.0 mg/L的結(jié)果出現(xiàn)在試驗(yàn)第3天、第4天，且進(jìn)水TP濃度升至12 mg/L的情形下。分析原因?yàn)樵囼?yàn)初期剛剛改換運(yùn)行條件，系統(tǒng)尚未穩(wěn)定，所以此時(shí)進(jìn)水TP升高，由于系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致出水效果不好。在試驗(yàn)后期，盡管TP濃度在12～13 mg/L，但出水TP在0.34～0.73 mg/L。

　　試驗(yàn)階段Ⅳ投加100 mg/L聚合氯化鋁試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP在12.0～17.2 mg/L之間，平均為13.6 mg/L，出水TP在0.50～2.71 mg/L之間，平均為1.18 mg/L，去除率為84.2%～96.2%，平均為91.6%。試驗(yàn)初期進(jìn)水TP濃度較高在14.0～17.2 mg/L之間，處理效果較差，出水TP在1.6～2.7 mg/L之間。試驗(yàn)系統(tǒng)適應(yīng)新的運(yùn)行條件后，出水保持在0.5～1.0 mg/L之間，但當(dāng)進(jìn)水TP升高時(shí)，出水TP略高于1.0 mg/L，在1.03～1.07 mg/L之間。

　　試驗(yàn)階段Ⅴ投加150 mg/L聚合氯化鋁試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP在11.8～17.5 mg/L之間，平均為14.7 mg/L，出水TP在0.56～1.08 mg/L之間，平均為0.81 mg/L，去除率為92.9%～96.4%，平均為94.5%。試驗(yàn)初期出水TP在1.05～1.08 mg/L之間。試驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水TP穩(wěn)定低于1.0 mg/L。

　　②對(duì)于生物接觸氧化工藝化學(xué)同步除磷試驗(yàn)：

　　試驗(yàn)階段Ⅰ投加100 mg/L FeCl₃試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP波動(dòng)較大，在2.35～14.30 mg/L之間，平均為9.10 mg/L，出水TP在0.53～1.48 mg/L之間，平均為0.86 mg/L，去除率為56.6%～95.3%，平均為85.4%。試驗(yàn)運(yùn)行初始階段，出水TP較高，在1.2～1.5 mg/L之間。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，出水TP保持在1.0 mg/L以下。

　　試驗(yàn)階段Ⅱ投加50 mg/L FeCl₃試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP波動(dòng)較大，在4.55～16.0 mg/L之間，平均為11.8 mg/L，出水TP在0.66～3.55 mg/L之間，平均為2.30 mg/L，出水TP波動(dòng)較大，且總體較高，去除率為66.5%～95.1%，平均為80.2%。

　　試驗(yàn)階段Ⅲ投加75 mg/L FeCl₃試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP波動(dòng)較大，在9.85～13.1 mg/L之間，平均為11.6 mg/L，出水TP在0.65～1.76 mg/L之間，平均為1.12 mg/L，去除率為85.5%～94.4%，平均為90.4%。

　　試驗(yàn)階段Ⅳ投加100 mg/L聚合氯化鋁試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP在12.0～17.2 mg/L之間，平均為13.6 mg/L，出水TP波動(dòng)較大，在0.71～3.27 mg/L之間，且總體偏高，平均為1.93 mg/L，去除率為76.5%～94.7%，平均為85.8%。

　　試驗(yàn)階段Ⅴ投加150 mg/L聚合氯化鋁試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水TP在11.8～17.5 mg/L之間，平均為14.7 mg/L，出水TP在0.78～2.38 mg/L之間，平均為1.52 mg/L，出水TP波動(dòng)較大，且總體較高，去除率為84.0%～94.2%，平均為89.5%。

　　由表1和圖3可以看出，在各試驗(yàn)階段，活性污泥工藝化學(xué)同步除磷的TP去除效果總體上優(yōu)于生物接觸氧化工藝化學(xué)同步除磷的TP去除效果。這可能是由于化學(xué)除磷是化學(xué)沉析和絮凝作用共同完成的，在活性污泥反應(yīng)器內(nèi)，良好絮凝性活性污泥的存在能促進(jìn)絮凝，且活性污泥工藝中的污泥回流可使原來(lái)投加過(guò)量的藥劑回流到污水中得到充分利用，從而增強(qiáng)除磷效果。而生物接觸氧化工藝污泥相對(duì)比較密實(shí)，絮凝性能較差，所以需要較多的鐵鹽，以達(dá)沉析與絮凝作用。

　　2.2 藥劑投加系數(shù)

　　化學(xué)除磷投藥量計(jì)算較為復(fù)雜，目前還沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表過(guò)技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)描述化學(xué)除磷投藥量的計(jì)算方法，常引入藥劑投加系數(shù)β值，即摩爾Fe或Al/摩爾^[6]。

　　投加系數(shù)β是受多種因素影響的，如投加點(diǎn)、混合條件等，實(shí)際投加時(shí)建議通過(guò)投加試驗(yàn)確定。現(xiàn)對(duì)中試試驗(yàn)中β與TP去除效果進(jìn)行分析，如圖4和圖5。

圖4  不同β值下鐵鹽除磷效率

　　由圖4可知，要達(dá)90%以上的TP去除率，鐵鹽β值應(yīng)在1.6以上。且相同β值情況下，活性污泥工藝的TP去除率優(yōu)于生物接觸氧化的TP去除率。

圖5  不同β值下鋁鹽除磷效率

　　由圖5可知，要達(dá)90%以上的TP去除率，活性污泥工藝的鋁鹽β值應(yīng)在1.2以上，生物接觸氧化工藝的鋁鹽β值應(yīng)在2.0以上。相同β值情況下，活性污泥工藝的TP去除率優(yōu)于生物接觸氧化的TP去除率，且程度高于投加鐵鹽的效果。

　　由以上分析可知，相同β值情況下，活性污泥工藝的TP去除率優(yōu)于生物接觸氧化的TP去除率，或達(dá)相同的去除效果，生物接觸氧化工藝的β值較活性污泥工藝高。分析原因，仍為活性污泥工藝污泥絮體絮凝效果好，且污泥回流可以充分利用沉析藥劑。而生物接觸氧化工藝污泥相對(duì)密實(shí)，絮凝性能較差，無(wú)污泥回流。

　　2.3 污泥性質(zhì)比較

　　為考察投加化學(xué)藥劑對(duì)污泥性質(zhì)的影響，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)活性污泥工藝和生物接觸氧化工藝試驗(yàn)裝置中的污泥性質(zhì)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)兩工藝試驗(yàn)裝置分別取污泥樣品10次，測(cè)定了污泥樣品的SS、VSS和VSS/SS，結(jié)果如圖6和圖7。

　　由圖6可知，活性污泥工藝SS在3340～5180 mg/L之間，平均為4278 mg/L，VSS在1780～3600 mg/L之間，平均為2820 mg/L，VSS/SS在0.53～0.74之間，平均為0.66；由圖7可知，生物接觸氧化工藝SS在6120～22 700 mg/L之間，平均為13 746 mg/L，VSS在3360～14 850 mg/L之間，平均為8500 mg/L，VSS/SS在0.55～0.65之間，平均為0.61。

圖6活性污泥工藝試驗(yàn)污泥濃度曲線 

圖7生物接觸氧化工藝試驗(yàn)污泥濃度曲線

　　兩工藝的污泥指標(biāo)均有一定變化，但變化范圍與單一生化工藝的結(jié)果基本一致。且比較兩工藝的污泥指標(biāo)數(shù)值，活性污泥工藝的污泥濃度較生物接觸氧化工藝穩(wěn)定，活性污泥工藝的污泥活性與生物接觸氧化工藝相比變化略大，這也與單一生化工藝的結(jié)果一致。說(shuō)明化學(xué)藥劑的投加，對(duì)活性污泥反應(yīng)器內(nèi)污泥性質(zhì)無(wú)明顯影響。

　　3 結(jié)論

　　①活性污泥工藝化學(xué)同步除磷和生物接觸氧化化學(xué)同步除磷均有良好的TP去除效果。

　　對(duì)于活性污泥化學(xué)同步除磷工藝，投加100 mg/L FeCl₃，當(dāng)進(jìn)水TP為2.35～14.30 mg/L時(shí)，可獲得0.5 mg/L左右的出水TP，可穩(wěn)定滿足1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。投加75 mg/L FeCl₃，當(dāng)進(jìn)水TP為9.85～13.1 mg/L時(shí)，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水TP可滿足1.0 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。投加150 mg/L聚合氯化鋁，當(dāng)進(jìn)水TP為11.8～17.5 mg/L時(shí)，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水TP能穩(wěn)定滿足1.0 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　對(duì)于生物接觸氧化化學(xué)同步除磷工藝，投加100 mg/L FeCl₃，當(dāng)進(jìn)水TP為2.35～14.30 mg/L時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，出水TP保持在1.0 mg/L以下。投加75 mg/L FeCl₃，當(dāng)進(jìn)水TP為9.85～13.1 mg/L時(shí)，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水TP低于1.5 mg/L。投加150 mg/L聚合氯化鋁，當(dāng)進(jìn)水TP在11.8～17.5 mg/L之間，出水TP在0.78～2.38 mg/L之間，平均為1.52 mg/L，出水TP波動(dòng)較大，且總體較高，去除率為84.0%～94.2%，平均為89.5%。

　　②在相同試驗(yàn)條件下，活性污泥工藝化學(xué)同步除磷的TP去除效果總體上優(yōu)于生物接觸氧化工藝化學(xué)同步除磷的TP去除效果。

　　③要達(dá)90%以上的TP去除率，兩種工藝投加鐵鹽β值應(yīng)在1.6以上，投加鋁鹽β值，對(duì)于活性污泥工藝應(yīng)在1.2以上，對(duì)于生物接觸氧化工藝應(yīng)在2.0以上。

　　④化學(xué)藥劑的投加，對(duì)生化處理反應(yīng)器內(nèi)污泥性質(zhì)無(wú)明顯影響。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 郝曉地, 甘一萍. 排水研究新熱點(diǎn)—從污水處理過(guò)程中回收磷. 給水排水, 2003, 29(1): 20-25.

　　[3] 邱慎初, 丁堂堂. 探討城市污水生物處理出水的總磷達(dá)標(biāo)問(wèn)題. 中國(guó)給水排水. 2002. 18(9): 23-25.

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　　[5] 生物處理化學(xué)除磷技術(shù)研究報(bào)告. 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院. 北京. 2004

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