黄根发
江门市今古洲污水处理有限公司 529100
摘要：由于城市污水中包含大量的有氮、磷元素的物质，导致水质恶化严重，给渔业等多行业的生产造成了严重的经济损失，也对人体造成严重危害。首先对城市污水除磷现状研究分析，根据分析结果进一步展开研究，最终确定采用化学反应除磷技术对生物技术除磷强化辅助的方案，经研究论证，方案可行，同时对以后的研究发展有借鉴意义。
关键词：水质恶化；除磷；生物技术除磷；强化辅助
就目前的污水处理厂处理技术而言，主要处理技术包括化学反应除磷和生物溶解除磷两种。化学反应除磷是通过向污水中添加相应的化学试剂，使化学试剂与污水处理厂中的磷酸质盐发生化学反应，去除掉水里的磷成分。生物溶解除磷则是在好氧的情况下，利用相应微生物使污水中的磷酸质盐溶解吸收的处理技术。相对来说，生物处理手段除磷的稳定性较低，其根本原因就是这种处理技术会受到进水量、厌氧及好氧时间段、系统BOD承载量、泥沼的形成时间、厌氧时间段内NO3的浓度等基本因素的影响。化学反应除磷的处理方式在去除污水的磷成分方面表现的更为稳定，因为其不易受到进水COD/TP数值的影响。
1.城市污水处理现状
伴随着城市的发展，我国污水量迅速增长，如何科学合理处理污水引起了人们的广泛关注。化学反应除磷是通过化学沉析过程完成的，具体是向城市污水中添加金属盐，将其与污水或污泥中溶解性磷酸盐等充分混合反应，从而形成非溶解性的物质，与污水分离，实现去除污水中的磷成分的目的。生物方式除磷是通过利用微生物增殖中需要消耗含磷物质的原理，将磷转化为有机体，使磷成分转变成为活性污泥的组成部分，将其与活性污泥一起沉降，从而实现污水的去磷。随着城市对于污水处理相关指标要求的提升（TP≤0.5mg/L），现在仅利用生物或化学方式除磷很难达到污水排放的要求。所以，如何将化学反应除磷技术与生物溶解除磷技术结合，技术之间相互加强，提高工作效率和提升除磷标准，降低成本，形成一个新的完整的城市污水除磷系统，成为当前的研究课题。
通过分析研究发达国家污水处理厂的处理数据发现，在污水处理中，选择在一级或者二级处理阶段添加化学试剂，经过化学反应除磷过后的污水含磷量一般为0.2mg/L。为了能够达到更好的除磷效果，除磷系统通常会采用一种除磷技术为主，另一种为辅的方式来去除污水中的磷成分。而现实中多数城市污水处理厂的进水成分中碳源不足，所以最好是利用化学反应除磷技术对生物技术除磷强化辅助。
2.化学反应除磷强化辅助生物溶解除磷的技术基础及其特征
化学反应除磷是通过在污水或者污泥之中投放化学试剂并使其与污水或者污泥中的磷酸质盐发生化学反应产生固体不溶性物质，与污水或者污泥形成隔离，达到降低污水或者污泥中磷、氮成分含量的目的。生物溶解除磷是通过微生物在好氧环境下的快速繁殖增长，来过量吸收污水中的磷成分，从而将磷成分转换成有机物质，形成流动性污泥，与污水形成隔离，达到生物溶解除磷的良好效果。生物溶解除磷技术的实现，主要依托于对高需求磷类微生物的研究与培养，使其在吸收污水或者污泥中磷成分方面效率提升。仅仅利用生物溶解除磷的技术手段处理污水，其水中的磷含量仍然超出《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级标准的A标准或者B标准。所以在进行生物除磷方式的同时，应当合理科学地利用化学反应除磷技术，两种技术手段相互融合，化学反应除磷技术可以在很大程度上辅助强化生物除磷的处理效果。化学反应除磷主要的技术有：前期沉析技术，是在生物溶解除磷开始之前就在进水管道中添加化学试剂的处理方式；同步沉析技术，是在生物溶解除磷系统工作的过程中，在曝气池或者是二沉池投放化学试剂的处理方式；后期沉析技术，是在生物溶解除磷工程完成之后进行化学试剂投放的处理方式。化学方式辅助加强生物除磷的根本目标是使污水处理各项指标达到一级A排放标准，提升除磷的整体效率以及处理效果。
3.材料与方法
3.1污水处理厂概况及试验水质
污水处理厂设计处理水量为4万t/d，其进水水源为市政污水。考虑到污水的氨氮及总磷含量较高，设计处理的主体工艺采用“A20高效率脱氮除磷微曝氧化沟工艺”（图1）。系统的最终出水要排放到附近的河流。根据要求，系统出水要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准（TP≤0.5mg/L）。
图1 污水处理厂工艺流程
3.2试验仪器与试剂
试验仪器：ZR4-6混凝试验搅拌机、分光光度计、高压灭菌锅、pH计等。试验药剂：氯化铁（Fe有效含量38%，不溶物0.5g/mL）、聚合硫酸铁（Fe有效含量11%，密度1.45g/mL）、聚合氯化铝（Al2O3含量10%，密度1.28g/mL）、抗坏血酸、钼酸铵、过硫酸钾试剂等。
3.3试验方法
3.3.1实验室试验
分别配制聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁药剂不同浓度梯度的溶液：10，20，30，40，50，60，70mg/L.取1L污水（取自污水厂好氧池出水，其TP浓度范围为1~3.5mg/L左右）分别加入各烧杯中，然后在每个烧杯中投加上述不同浓度药剂。投加药剂后进行搅拌混合，搅拌装置为ZR4-6混凝试验搅拌机。搅拌过程控制分为2个阶段：快速搅拌2min，转速200r/min，速度梯度G为37.6~38.0/s；慢速搅拌15min，转速为50r/min，速度梯度G为5.8~6.0/s。
而后水样静置沉淀30min，取上清液检测分析。根据最终试验结果，分析不同浓度梯度下，各试剂的除磷效果及最终的投加成本，为下一步生产性试验选取适宜的投加药剂及最佳投加量。
3.3.2生产性试验
药剂投加点的选择应该从系统的实际处理工艺及投加后可能对后续处理带来的影响等方面综合考虑。化学除磷根据药剂投加点的不同可分为：前沉析、同步沉析、后沉析等。
结合本工艺实际情况考虑，当采用前沉析时，污水中的多种物质可能与药剂反应，药剂投加量会变大，产泥也会增多，而且最主要的是会降低进水中的有机碳含量，不利于后续脱氮除磷的进行；当采用后沉析时，需单独设置混凝、沉淀所需的设备及构筑物，增大了投资成本。对本脱氮除磷工艺而言，采用同步沉析时，即在好氧池出口端添加药剂，其优点是污水中的磷先经生物反应被过量吸收，去除了一大部分，因此加药量较前沉析小很多，化学污泥产量少，而且无需单独设置相应的混凝、沉淀所需的装置，本工艺生物处理后端有沉淀池，反应形成的产物可在此沉淀分离，而后通过定期排泥去除。另外，有学者通过研究提出，城镇污水处理厂采用化学方法辅助除磷时，建议药剂投加点选取在好氧池出口附近，距出口的水力停留时间为15~20min。
4.结果与讨论
4.1化学法除磷
在反应器中分别投加不同剂量的混凝剂后上清液中ρ（TP）的变化如图2所示。由图2可见，随着混凝剂投加量的增加，出水ρ（TP）均呈下降趋势，并表现为开始快、后期慢的趋势。当PFS投加量超过0.20mL/L时，出水ρ（TP）已低于0.20mg/L；当PAS投加量超过1.00mL/L时，出水ρ（TP）低于0.50mg/L，并且出水ρ（TP）基本保持不变．这说明在达到相同除磷效果的情况下，PFS投加量小于PAS，在单独化学除磷时，可首选PFS作为混凝药剂。
图2 化学除磷效果
图3 PFS投加量与出水ρ（TP）的关系
4.2PFS+生物除磷
在试验过程中，混凝剂投加量依照上一周期出水的情况而定。当出水ρ（TP）大于0.50mg/L时，增大投加量，反之，则减少投加量．当投加量控制在0.25mL/L时，持续20d出水ρ（TP）均低于0.50mg/L即认为反应器运行稳定。图3为反应器运行稳定后连续20d的试验结果。
由图3可见，反应前10d，当投加量控制在0.10～0.20mL/L时，其出水ρ（TP）高于0.50mg/L，后10dPFS投加量逐渐增至0.25mL/L，出水ρ（TP）均低于0.50mg/L．投加PFS的Ⅰ号反应器出水ρ（TP）明显低于对照组（Ⅲ号反应器），说明在生物反应器中投加PFS强化了系统对TP的去除效果。而由图2、3对比可知，除磷效果相同时，Ⅰ号反应器中PFS投加量的平均值为0.25mL/L，而在单独化学除磷反应器中PFS的最低投加量仅为0.18mL/L，说明单独投加PFS的化学反应器除磷效果好于投加PFS的生物反应器。究其原因：①投加的PFS一部分被微生物所利用，导致用于除磷的PFS量减少；②反应器内污泥絮体紧密，通过镜检发现微生物外部紧紧包裹着一层黑色物质，由于颗粒密实使得反应器内的微环境不利于微生物利用DO吸收磷；③积聚的铁对微生物也可能产生毒害作用，使生物除磷受到一定影响，最终导致整体除磷效果下降。
4.3污水处理化学试剂的投放量设计
化学反应除磷中采用的化学试剂为金属类盐，常采用的有钙质盐、铁质盐和铝质盐类等。现实工程中常用的化学除磷试剂为石灰、聚合氯化铝、三氯化铁、硫酸铝等。具体的投放量应依据待处理城市污水中上清液的含量和自身特点以及化学反应试剂自身的特性决定。化学试剂在工程应用投放之前，释磷量设定为0.015kg磷/kgVSS，经计算得，所投放的化学试剂中应当包含30%的FeCl3。按照摩尔比具体计算，应将对比参数设置为1∶2，从而能够得出化学强化辅助需要添加的试剂总量。
结论
在我国经济和社会不断发展的过程中，产生了很多因人为原因而造成的污染问题，为了能够对这些污染问题进行清除，使生态环境与社会经济同步发展，我们就要大力发展环保产业，因此我们要针对环保产业当前的发展现状进行研究，探索使环保产业更加优化、完善的发展对策。
参考文献：
[1]赵云皓，孙宁，辛璐，陈旭，马春晖.环保产业发展不同阶段环境政策制度作用力研究[J].中国人口.资源与环境，2014，24（S1）：34-37.[2017-08-24].
[2]高明，洪晨.美国环保产业发展政策对我国的启示[J].中国环保产业，2014，（03）：51-56.[2017-08-24].
论文作者:黄根发
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/10
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