针对污水厂化学除磷工艺的系统优化

针对污水厂化学除磷工艺的系统优化

陈昱杉

广州市净水有限公司 广东广州 510000

摘要：污水除磷处理方法有物理法、化学法和生物法，化学除磷是使水中的磷转化为不溶性磷酸盐沉淀。当污水中磷含量较高、进水COD浓度较低或进水水质变化较大时，单凭生物除磷法不易达到出水达标的效果，化学除磷作为城镇污水处理厂生物除磷的辅助方式，可以有效规避水质变化的影响，进一步降低出水总磷浓度，达到出水稳定达标的效果。化学法除磷包括化学沉淀法和化学絮凝法。污水中的磷以有机磷、聚磷酸盐和正磷酸盐形式为主，投加金属盐或絮凝剂，可将污水中的磷转移至沉淀中并及时排出，从而实现污水除磷。常用的金属盐包括钙盐、铁盐、铝盐，钙盐主要是氢氧化钙，铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁，铝盐主要是硫酸铝。常用絮凝剂有聚合硫酸铁、聚合氯化铝和聚合氯化铝铁等。

关键词：污水厂；化学除磷工艺；优化

引言

近年来，城镇生活中磷的过量排放是导致水体富营养化的主要诱因之一。随着我国对水体生态环境的日益重视，城镇污水处理厂的排放标准也日益严苛。未来提高污水厂除磷的效率，在生物除磷后增设化学除磷已成为了大部分污水厂的主流选择。但是，化学除磷药剂在高效去除水中磷酸盐的同时，也带来了运行成本变大、产泥量增加等问题。目前，大多数污水处理厂主要通过人工调节的方式控制除磷药剂的投加量。为了保证满足出水水质达标，过量投加除磷药剂是大部分污水处理厂的首选方案，该法虽能提高除磷效率但对除磷药剂造成了浪费，导致运行成本增加；同时，水质水量波动较大时，过量投加除磷药剂将存在出水水质中铝盐超标的风险。因此研究化学除磷的过程控制对于降低污水处理厂的运行成本，防范风险具有重大意义。

1化学除磷反应机理

在污水处理中，化学除磷机理就是在污水处理中投加金属盐类，与水体中的磷反应生成磷酸盐、多聚磷酸盐等不溶物，在沉淀分离处理和过滤处理后，将污水中的磷除去。投加除磷药剂之后，金属离子会与磷酸盐快速结合，并生成溶解度较低的磷酸盐化合物，之后在流速梯度、混合扩散作用下，这些晶体会接触形成絮凝体，再经过沉淀或过滤分离离开水体，从而达到水资源净化，高效除磷的效果。综上，污水处理化学除磷过程主要有四个步骤，即沉析、凝聚、絮凝和固液分离，该过程中磷酸盐从液相向固相转移。且沉析反应、凝聚反应发生快，在絮凝过程中凝聚时形成固态粒子，相互结合成为絮体，这种絮体更大，可以更好地进行沉淀处理和固液分离。因此化学处理效率主要受到沉析过程、絮凝过程影响，使用的化学除磷药剂种类、pH值等会影响到沉析、磷酸盐化合物种类以及除磷效果等，除磷具体工艺形式决定着实际絮凝过程。因此，在除磷方案中，要考虑到化学除磷药剂种类、除磷工艺、PH等对除磷效率的影响。

2污水厂化学除磷工艺的系统优化策略

2.1生物强化除磷效果

2.1.1增加反应时间的除磷效果

生物在低温下活性及反应能力降低，且冬季进水量较稳定，因此当气温为-10℃~30℃时，将CASS池的反应周期由6h延长至8h。污泥浓度为4500mg/L左右。反应6h时进水总磷7mg/L、9mg/L、11mg/L左右时出水总磷在2.1mg/L、3.5mg/L、4.5mg/L左右，反应8小时时进水总磷7mg/L、9mg/L、11mg/L左右时出水总磷在1.8mg/L、3.3mg/L、4.0mg/L左右，可以看出指标下降幅度较小。

2.1.2增加反应池污泥浓度的除磷效果

生物反应主要是依靠污泥中的微生物进行消化分解，污泥浓度越高参与反应的微生物越多，因此考虑在不影响其他出水指标的前提下提高污泥浓度以提高系统生物处理能力。在进水总磷为7mg/L、9mg/L、11mg/L左右时分别取1-4号CASS池，各池浓度分别控制在5500mg/L、6500mg/L、7500mg/L、8500mg/L左右时纯曝气60min后的泥水混合物，沉淀60min后的上清液总磷，COD、SS和总氮。结果发现污泥浓度在7500mg/L左右时出水总磷在1.3mg/L~3mg/L，且总氮指标也有所减少。污泥浓度到8500mg/L左右时，出水总磷反而升高，且出水COD值接近临界值。在对CASS池的生物反应时间和反应浓度进行调整到最优状态（8小时运行周期，污泥浓度7500mg/L左右）时，出水总磷在1.3mg/L~3mg/L，生物除磷能力有限且出水总磷浓度达不到排放标准（1.0mg/L）。

2.2化学除磷工艺

根据化学药剂的投加地点，可以将除磷工艺划分为三种，即前置除磷、同步除磷和后置除磷。第一是前置除磷，该工艺方法中药剂的投加地点为沉砂池、初沉池进水渠等，需在水体中设置涡流装置，或者进行能量供给，以保证实际水药均匀混合。在初沉池中，通过沉淀将产生的沉析产物分离，要注意在生物段采取生物滤池的情况下不可采用铁盐除磷药剂，否则会对填料造成一定程度的损坏，使其出现黄锈。该工艺适合在现有污水处理厂的提标改造中采用，在现有工艺前端设置除磷措施即可，在实现除磷的同时还可使生物处理设施的负荷有效降低。其不足之处就在于会增加污泥产量，不利于改善污泥指数。第二是同步除磷，这种化学除磷的工艺应用比较常见，投加地点是曝气池出水端、二沉池出水端，一些情况下也会在曝气池出水和回流污泥区中投加。当前主要在主流污水处理工艺如：活性污泥法、生物转盘工艺中应用。该工艺的优点一是其除磷药剂可以通过污泥回流得到充分的循环利用，二是在选择曝气池为投加地点的情况下，可以选择使用二价铁盐作为除磷药剂，其运行成本会更低。但该方法也同样会增加污泥产量，并且絮凝体可能对回流泵可造成堵塞等影响。第三是后置除磷，该工艺也被称为“二段法”工艺，在生物处理后端的独立设施中完成沉析、絮凝和絮凝物质的分离，一般其投加地点为二沉池后混合池中，还需设置好絮凝池、气浮池。受纳水体要求不严格的情况下，为控制药剂成本，可在此工艺中使用石灰乳液作为除磷药剂，但同时需严格控制出水pH值。使用气浮池可以取得更好的去除效果，但其建设成本也会相应增大。该方法实施中由于分离开了除磷沉淀与生物处理，因此两者不存在相互影响。处理过程中需根据磷负荷的变化，来控制好投加的药剂。缺点就在于建设成本高、管理运营费用大。

2.3智能控制加药

为了控制人工投加除磷药剂的浪费情况，拟将智能投加控制系统与人工控制加药进行在线运行对比。智能控制输出加药频率信号没有输出到加药泵上，加药频率由手动控制。智能控制的二沉池出水正磷设定值为0.2mg/L，考虑到现场加药泵的实际情况，加药频率下限为25Hz。智能控制加药频率变化曲线平稳，且长时间内能够跟随入水流量变化而变化。由于二沉池出水总磷值低于0.15mg/L，比广州市城镇污水排放一级A标准值0.3mg/L低，对比手动加药频率在30-35Hz,而智能控制输出加药频率为26-28Hz之间，说明智能控制输出的加药频率更加合理，能够有效节省化学除磷药剂的使用量。

结语

综上所述，在我国当前污水处理中，常用的就是生物除磷方法，但其实际效果受到进水水质影响较大。要进一步提高除磷处理效果，需要借助化学除磷方式来实现，实施过程中结合各项限制因素和污水进水特性，科学合理选择使用的化学除磷药剂和除磷工艺。未来也可将其与生物除磷进行联合应用，加强对新型除磷药剂的开发，达到更良好、更高效的除磷效果。

参考文献

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