重庆市渝东水务有限公司 重庆市 430010
摘要：结合重庆市某污水处理厂提标改造目标，针对该厂实际运行情况及达标困难，分析了生物法及化学法联合除磷达到一级A标准的方案，并对除磷原理、除磷药剂、投加量、投药点进行了初步探讨。
关键词：污水处理厂，提标改造，一级A，TP
引 文：重庆市某污水处理厂位于重庆市渝东南，现状规模2万m3/d，污水处理采取Orbal氧化沟工艺，一期出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002一级B标准。目前该厂全年平均进水水量为2.38万m3/d，已超过设计最大负荷19%，污水处理厂长期超负荷运行。
根据国家环保总局2006年第21号公告以及《重庆市创建国家环境保护模范城市规划（2010～2013年）》（重庆市人民政府，2010年6月）精神要求，为保护三峡库区水环境，进一步减少三峡库区流域污染污的排放总量，要求进一步提高三峡库区相关污水厂的出水标准，出水水质需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18948-2002一级A标准。
根据相关会议精神，该厂目前面临二期扩建及一期提标改造双重任务。本文针对该污水处理厂实际运行效果中一级A达标率较低的TP指标，粗浅探讨通过工程措施，使出水TP控制在0.5mg/L以下的方案。
1、一期工程实际运行情况及TP指标分析
一期工程污水处理采用以Orbal氧化沟工艺为主体的二级处理工艺，并辅助化学除磷。氧化沟采用转碟曝气机曝气，共设置DN1400转碟18组306片。
①实际进水水质
该厂实际进水各污染指标不同覆盖率对应浓度见下表：
③一期运行情况分析
从前文可以看出，该厂实际进水水质具有可生化效果较好、部分指标（TN、NH3-N、TP）进水浓度高于一般城市污水水质的特点。
该厂实际出水水质各项指标达标率较高，除TP外所有指标一级B达标率均为100%。部分指标（COD、SS）一级A达标率超过95%，BOD一级A达标率超过80%；部分指标，TN、NH3-N、TP一级A达标率偏低。
综上所述，该厂实际进水TP污染物指标较高，出水一级A达标率较低，是该厂提标改造工作中的重点。
2、现行主流除磷工艺
目前我国现行主流废水除磷的方法有化学沉淀法、电解法、微生物法、水生物法、物理吸附法、膜技术处理法和土壤处理法等，但除磷效果比较较好应用比较多的是化学沉淀法和生物法。
废水中的磷主要来源于洗涤剂、粪便和磷化等工业废水，其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中以正磷酸盐和聚磷酸盐占绝大多数，磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不可溶性磷之间相互转换，但价态不会发生变化。
除磷工艺的目的都是将可溶性磷转化为悬浮性磷，以便将其滞留。现代污水除磷技术是利用磷的循环转化过程，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀，或利用细胞合成，将磷吸收到污泥细胞中。前者称为化学除磷，后者称为生物除磷。
①生物除磷法
生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件时就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸收磷，形成含磷量高的污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。
影响生物除磷的因素是要有厌氧条件（DO=0），同时要有可快速降解的有机物，即BOD5/TP比值恰当。同时，需将含磷污泥尽快排出系统，以免污泥中的磷又返回到液体中。
生物除磷法具有节约能源、运行费用低，不造成二次污染等优点。但该法的缺点在于：一方面对工艺条件的变化较化学除磷工艺较为敏感，另一方面必须保持非常低的出水悬浮物浓度。此外，该工艺要避免重力浓缩，尽管可采取气浮浓缩后迅速脱水或直接脱水，但初沉污泥与剩余污泥最好是分开进行浓缩脱水直到泥处理末端再混在一起。
②化学除磷法
化学除磷的基本原理是通过投加化学药荆形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离从污水中去除.磷的化学沉淀分为4个步骤：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用、固液分离。沉淀反应和凝聚过程在一个混合单元内进行。目的是使沉淀剂在污水中快速有效地混台。凝聚过程中，沉淀所形成的胶体和污水中原已存在的胶体凝聚为主粒子。絮凝过程中主粒子相互结合在一起形成更大的粒子—— 絮体，该过程的意义在于增加沉淀物颗粒的大小，使得这些颗粒能够通过典型的沉淀或气浮加以分离，固液分离可单独进行，也可与初沉污泥和二沉污泥的排放相结合.按工艺流程中药学药剂投加点的不同，磷酸盐沉淀工艺有前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型。
可用于化学除磷的金属盐有三种：钙盐、铁盐和铝盐，最常用的是石灰、硫酸铝、铝酸钠、三氧化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和氯化亚铁。一般认为磷酸盐沉淀是配位基参与竞争的电性中和沉淀。即通过PO43- 与铝离子、铁离子或钙离子的化学沉淀作用加以去除。
化学法的除磷效率高于生物除磷，且稳定可靠。一般情况下，生物除磷出水TP含量可满足Blmg/L的排放要求；当化学法结合后续生物处理时，出水的TP含量可望满足一级A标0.5mg/L的排放要求；在化学法后增加出水过滤，出水TP达到0.2mg/L。
3、该厂TP指标提标分析
①化学除磷必要性分析
BOD5/TP比值是衡量能否生物除磷的重要指标，一般认为该值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明显。本项目进水BOD5/TP =31.7，可以采用生物除磷工艺。
目前，该污水处理厂按一级B标运行。TP全年出水均值0.76 mg/L，一级B达标率83.3％，一级A达标率仅为23.0%。同时，SS全年平均出水均值5.12 mg/L。
如前文所述，生物除磷法必须保持非常低的出水悬浮物浓度。富集磷的活性污泥磷含量可达6％，而一般活性污泥中的含磷量仅为2％。当生化除磷工艺的出水悬浮物浓度为5.12mg/L，这就意味着悬浮物已带出0.3g/L的磷，而溶解性磷通常很难降到0.7mg/L以下，正常情况出水磷浓度一般要达到1.0mg/L，难以满足一级A运行需要。
综上所述，该厂在提标改造的过程中，采用化学除磷法是非常必要的。
②混凝剂的选择
如前文所述，化学除磷的药剂主要有铁盐、铝盐和石灰。
向污水中投加石灰，污水碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的石灰量大几个数量级，因此石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取决于污水的碱度，而不是污水的含磷量。满足除磷要求的石灰投加量大致为总碳酸钙碱度的1.5倍。
石灰法除磷的pH值通常控制在10以上，由于高的pH会抑制和破坏微生物的增殖和活性，所以石灰法不能用于协同沉淀，只能用于前置沉淀和后置沉淀法除磷。
铁盐和铝盐均能与磷酸根离子（PO43-）作用生成难溶性的沉淀物，通过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷。
硫酸铝分为精制和粗制产品，适用水温要求较高，通常为20～40℃，粗制硫酸铝含有20～30％不溶物。聚合碱式氯化铝为无机高分子化合物，净化效率高，成本高，腐蚀性小，劳动条件好。铁盐用量较少，矾花较大，成本低，不受水温和季节影响，但是腐蚀性较高，在处理、储存和投加过程中需要特别小心，避免人身伤害及对钢铁和混凝土的腐蚀，另外铁盐还会加重水的色度，影响感观。
结合污水处理厂运行情况，该厂可考虑采用铝盐作为化学除磷药剂。
③投加量分析
根据原水水质计算，实际进水BOD=190mg/L，生物除磷可去除1.9mg/L的TP，设计进水TP=6mg/L，随出水悬浮物带走的磷为0.3mg/L（按出水SS均值计算）。出水TP要求低于0.5mg/L，鉴于进水TP个别月份平均值达到6.9mg/L，该厂需化学法去除的磷均值3.9 mg/L，最高去除值4.8mg/L。
投加铝盐作混凝剂时，其投加混凝剂与污水中的总磷的摩尔比宜为1.5～3.0，设计取1.5。
二期工程需投加硫酸铝量为77.4mg/L，则二期每天所增加的硫酸铝投加量约1160kg/d。当污水处理厂全厂按TP一级A运行时，每天所需硫酸铝约2666kg/d（按远期3.5万m3/d计）。
按去除1kgP产生7.20kgTDS计算，该厂终期规模时化学干污泥284kgTDS/d。
根据该厂实际情况，可采取建设原液池及溶液池、增加隔膜式计量泵投加硫酸铝的形式，完成化学除磷。
④药剂投加点确定
化学除磷主要是向污水中投加药剂，使药剂与水中溶解性磷酸盐形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中去除。固液分离可单独进行，也可与初沉污泥和二沉污泥的排出相结合。按工艺流程中化学药剂投加点的不同，化学沉淀除磷工艺可分为前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三种类型。
前置沉淀：在初沉池前投加药剂时，要求具有良好的混合和絮凝作用以保证最佳处理效果。通过混合和絮凝系统的合理设计，一级处理可获得70～90%的除磷率。投加药剂还可明显提高BOD和SS的去除率。对此种方法，设置独立的快速混合池是必要的。
同步沉淀：将铝盐或铁盐直接投加到生物池内或生物池与终沉池之间是相当普遍的化学除磷方法。这种选择充分体现了药剂投加点的灵活性，允许改变加药点确保最佳混凝条件。由于最佳药剂投加位置依化学药剂的选择、生物池与沉淀池之间渠道的水流速度梯度及污水的水质特性而变化，因此对加药点的生产性试验是非常必要。
后置沉淀：在二沉池后投加药剂除磷，需增加混合、反应和固液分离设备和构筑物。
结合该厂实际情况，运行过程总反硝化效果不好，反硝化碳源不足。前置沉淀能够协同去处非溶解性的碳化合物，不能为反硝化反应提供足够的碳化合物；同步沉淀会增加污泥量，增加回流污泥中的无机磷酸盐类物质，影响污泥的活性，但针对该厂有利于沉淀效果；后置沉淀药剂的投加可根据磷负荷的变化控制药剂投加量。
为减少后续絮凝沉淀污泥在滤池中积累，影响提标改造时深度处理过滤工艺，建议该厂采用同步沉淀。硫酸铝投加点为氧化沟出水井。药剂投加根据二级出水TP的含量控制。
4、结语
本文结合重庆市某污水处理厂实际运行情况和提标改造目标，针对该厂出水达标率最低的TP污染物指标进行分析。通过分析和计算，该厂在出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002一级A标准时，单纯依靠生物处理难以达标，化学除磷不可替代。将来仍需结合污水厂实际生产运行情况，加强化学除磷机理及开发应用新除磷药剂的研究，采取有效工程手段改善除磷效果，减少污泥的产生和妥善处置污泥，为生产创造有利条件。
参考文献
[1]方俊华.重庆某污水处理厂提标工艺调控效果分析［J］给水排水，2013（11）48-51
[2]郑兴灿，尚巍，孙永利．城镇污水处理厂一级Ａ 稳定达标的工艺流程分析与建议．给水排水，2009，35（5）24-28
[3]《重庆市某污水处理厂二期扩建工程可行性研究报告》
论文作者:袁航
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/29
标签：污泥论文; 化学论文; 药剂论文; 污水处理论文; 污水论文; 磷酸盐论文; 生物论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;