五、常見生物除磷工藝

  廢水生物除磷工藝一般由兩個過程組成，即厭氧釋磷和好氧攝磷兩個過程。目前應(yīng)用的生物除磷工藝主要有在生物除磷基本原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的弗斯特利普(Phostrip)除磷工藝、厭氧-好氧(An/O) 工藝等除磷工藝。

  1、弗斯特利普除磷工藝：

  弗斯特利普(Phostrip) 除磷工藝是將生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的一種工藝，即在傳統(tǒng)活性污泥過程的污泥回流管線上增設(shè)厭氧釋磷池和混合反應(yīng)池，采用生物和化學(xué)相結(jié)合的方法提高除磷效果。該工藝以生物除磷為主體，以化學(xué)除磷輔助去除厭氧釋磷后的上清液中的磷酸鹽，可以保證釋磷后的污泥主要用于對進(jìn)水中的磷酸鹽進(jìn)行吸收，因此可以達(dá)到更高的除磷效果。其工藝流程如圖所示。

  該工藝各設(shè)備單元的功能：

  ① 含磷廢水進(jìn)入曝氣池，同步進(jìn)入曝氣池的還有由除磷池回流的脫磷但含有聚磷菌的污泥。曝氣池的功能是：使聚磷菌過量地?cái)z取磷，去除有機(jī)物(BOD或COD)，還可能出現(xiàn)硝化作用。

  ② 從曝氣池流出的混合液(污泥含磷，廢水已經(jīng)除磷)進(jìn)人沉淀池I，在這里進(jìn)行泥水分離，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作為處理水而排放。

  ③ 含磷污泥進(jìn)入除磷池，除磷池應(yīng)保持厭氧狀態(tài)，即DO≈0，NOㄨˉ≈0，含磷污泥在這里釋放磷，并投加沖洗水，使磷充分釋放，已釋放磷的污泥沉于池底，并回流至曝氣池，再次用于吸收廢水中的磷。含磷上清液從上部流出進(jìn)入混合池。

  ④ 含磷上清液進(jìn)入混合池，同步向混合池投加石灰乳，經(jīng)混合后進(jìn)人攪拌反應(yīng)池，使磷與石灰反應(yīng)，形成磷酸鈣[Ca3 (PO4)2]固體物質(zhì)。此系用化學(xué)法除磷。

  ⑤ 沉淀池Ⅱ?yàn)榛炷恋沓兀?jīng)過混凝反應(yīng)形成的磷酸鈣固體物質(zhì)在這里與上清液分離。已除磷的上清液回流進(jìn)人曝氣池，而含有大量Ca3(PO4)2的污泥排出，這種含有高濃度PO3-的污泥宜用作肥料。

  弗斯特利普除磷工藝已有很多應(yīng)用實(shí)例。其主要特征有:

  ① 生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合，除磷效果良好，處理水中含磷量一般都低于1mg/L。

  ② 產(chǎn)生的剩余污泥中含磷量比較高，約為2.1%～7.1%，污泥回流應(yīng)經(jīng)過除磷池。

  ③ 與完全的化學(xué)除磷法相比，所需的石灰用量比較低，一般介于21～31.8mg/[Ca(OH)2·m3]。

  ④ 活性污泥的SVI值<100mL/g，污泥易于沉淀、濃縮、脫水，污泥肥分高，絲狀菌難于增殖，污泥不膨脹，且易于濃縮脫水。

  ⑤ 可以根據(jù)BOD/P的比值來靈活調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥的比例。

  ⑥ 流程復(fù)雜，運(yùn)行管理比較復(fù)雜，由于投加石灰乳，致使運(yùn)行費(fèi)用也有所提高，基建費(fèi)用高。

  ⑦ 沉淀池I的底部可能形成缺氧狀態(tài)而產(chǎn)生釋放磷的現(xiàn)象，因此，應(yīng)當(dāng)及時排泥和回流。

  2、厭氧-好氧活性污泥除磷工藝

  厭氧-好氧活性污泥組合工藝( anaerobic/oxic,An/O)是直接在生物除磷基本原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的，其工藝流程如圖所示。

  前段為厭氧池，城市污水和回流污泥進(jìn)入該池，并借助水下推進(jìn)式攪拌器的作用使其混合。回流污泥中的聚磷酸在厭氧池可吸收去除一部分有機(jī)物，同時釋放出大量磷。然后混合液流人后段好氧池，污水中的有機(jī)物在其中得到氧化分解，同時聚磷菌將變本加厲，超量地?cái)z取污水中的磷，然后通過排放高磷剩余污泥而使污水中的磷得到去除。好氧池在良好的運(yùn)行狀況下，剩余污泥中磷的含量在2.5%以上。

  A/O生物除磷工藝的主要特點(diǎn):

  ① 工藝流程簡單。

  ② 厭氧池在前、好氧池在后，有利于抑制絲狀菌的生長。混合液的SVI小于100，污泥易沉淀，不易發(fā)生污泥膨脹，并能減輕好氧池的有機(jī)負(fù)荷。

  ③ 在反應(yīng)池內(nèi)，水力停留時間較短，一般厭氧池的水力停留時間為1～2h，好氧池的水力停留時間為2～4h，總共為3～6h。厭氧池/好氧池的水力停留時間之比一般為1 : (2～3)。

  ④ 剩余活性污泥含磷率高，一般為2.5%以上，故污泥肥效好。

  ⑤ 除磷率難以進(jìn)一步提高。當(dāng)污水BOD濃度不高或含磷量高時，則P/BOD5比值高，剩余污泥產(chǎn)量低，使除磷率難以提高。

  ⑥ 當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時，則聚磷菌會在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生磷的釋放，從而降低該工藝的除磷率，所以應(yīng)注意及時排泥和使污泥回流。

  A/O生物除磷工藝的缺點(diǎn)：

  ① 除磷率難以進(jìn)一步提高，因?yàn)槲⑸飳α椎奈占幢闶沁^量吸收，也是有一定限度的，特別是當(dāng)進(jìn)水BOD值不高或廢水中含磷量較高，即P/BOD值高時，由于污泥的產(chǎn)量低，將更是如此。

  ② 在沉淀池內(nèi)容易產(chǎn)生磷的釋放，特別是當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時更是如此，應(yīng)注意及時排泥和回流。

六、化學(xué)除磷的概念和工藝

  化學(xué)除磷是通過化學(xué)沉淀過程完成的，化學(xué)沉淀是指通過向污水中投加藥劑，其與污水中溶解性的鹽類，如磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，污水中進(jìn)行的不僅僅是沉淀反應(yīng)，同時還進(jìn)行著化學(xué)絮凝反應(yīng)。采用的藥劑一般有鋁鹽、鐵鹽(亞鐵鹽)、石灰、鐵鋁聚合物。

  化學(xué)沉淀工藝是按沉淀藥劑的投加位置來區(qū)分的，實(shí)際中常采用的有:前沉淀、同步沉淀和后沉淀。

  1、前沉淀

  在沉淀池前投加金屬沉淀劑到原水中。其一般需要設(shè)置產(chǎn)生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應(yīng)產(chǎn)生的沉淀產(chǎn)物(大塊狀的絮凝體)則在一次沉淀池中通過沉淀而被分離。如果生物段采用的是生物濾池，則不允許使用Fe2+藥劑，以防止對填料產(chǎn)生危害(產(chǎn)生黃銹)。

  前沉淀工藝特別適合于現(xiàn)有污水處理廠的改建(增加化學(xué)除磷措施)，因?yàn)橥ㄟ^這一工藝步驟不僅可以去除磷，而且可以減少生物處理設(shè)施的負(fù)荷。常用的沉淀藥劑主要是生灰和金屬鹽藥劑。經(jīng)前沉淀后剩余磷酸鹽的含量為1.5～2.5mg/L,完全能滿足后續(xù)生物處理對磷的需要。

  2、同步沉淀

  在生物處理過程中投加金屬沉淀劑。同步沉淀是使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝，其工藝是將沉淀藥劑投加在曝氣池出水或二次沉淀池進(jìn)水中，個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進(jìn)水或回流污泥渠(管)中。目前很多污水廠都采用同步沉淀，加藥對活性污泥的影響比較小。

  3、后沉淀

  將沉淀、絮凝以及被絮凝物質(zhì)的分離在一個與生物設(shè)施相分離的設(shè)施中進(jìn)行，向出水中投加金屬沉淀劑，一般將沉淀藥劑投加到二次沉淀池后的一個混合池中，之后混合沉淀。并在其后設(shè)置絮凝池和沉淀池(或氣浮池)。

  對于要求不嚴(yán)的受納水體，在后沉淀工藝中可采用石灰乳液藥劑，但必須對出水pH值加以控制，比如采用沼氣中的CO2進(jìn)行中和。采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和總磷，但因?yàn)樾韬愣ü?yīng)空氣而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。

七、化學(xué)除磷的幾點(diǎn)規(guī)定

  在室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50014-2006（2014年版）中對于化學(xué)除磷設(shè)計(jì)做了以下幾個規(guī)定：

  1、關(guān)于化學(xué)除磷應(yīng)用范圍的規(guī)定。

 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918規(guī)定的總磷的排放標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)時，在2005年12月31日前建設(shè)的污水廠為1mg/L，2006年1月1日起建設(shè)的污水廠為0.5mg/L。一般城鎮(zhèn)污水經(jīng)生物除磷后，較難達(dá)到后者的標(biāo)準(zhǔn)，故可輔以化學(xué)除磷，以滿足出水水質(zhì)的要求。

  強(qiáng)化一級處理，可去除污水中絕大部分磷。上海白龍港污水廠試驗(yàn)表明，當(dāng)FeCl3投加量為40mg/L～80mg/L，或Al2(SO4)3·18H2O投加量為60mg/L～80mg/L時，進(jìn)出水磷酸鹽磷濃度分別為2mg/L～9mg/L和0.2mg/L～1.1mg/L，去除率為60％～95％。

  污泥厭氧處理過程中的上清液、脫水機(jī)的過濾液和濃縮池上清液等，由于在厭氧條件下，有大量含磷物質(zhì)釋放到液體中，若回流入污水處理系統(tǒng)，將造成污水處理系統(tǒng)中磷的惡性循環(huán)，因此應(yīng)先進(jìn)行除磷，一般宜采用化學(xué)除磷。

  2、關(guān)于藥劑投加點(diǎn)的規(guī)定。

  以生物反應(yīng)池為界，在生物反應(yīng)池前投加為前置投加，在生物反應(yīng)池后投加為后置投加，投加在生物反應(yīng)池內(nèi)為同步投加，在生物反應(yīng)池前、后都投加為多點(diǎn)投加。

  前置投加點(diǎn)在原污水處，形成沉淀物與初沉污泥一起排除。前置投加的優(yōu)點(diǎn)是還可去除相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物，因此能減少生物處理的負(fù)荷。后置投加點(diǎn)是在生物處理之后，形成的沉淀物通過另設(shè)的固液分離裝置進(jìn)行分離，這一方法的出水水質(zhì)好，但需增建固液分離設(shè)施。同步投加點(diǎn)為初次沉淀池出水管道或生物反應(yīng)池內(nèi)，形成的沉淀物與剩余污泥一起排除。多點(diǎn)投加點(diǎn)是在沉砂池、生物反應(yīng)池和固液分離設(shè)施等位置投加藥劑，其可以降低投藥總量，增加運(yùn)行的靈活性。由于pH值的影響，不可采用石灰作混凝劑。在需要硝化的場合，要注意鐵、鋁對硝化菌的影響。

  3、關(guān)于藥劑種類、劑量和投加點(diǎn)宜根據(jù)試驗(yàn)確定的規(guī)定。

  由于污水水質(zhì)和環(huán)境條件各異，因而宜根據(jù)試驗(yàn)確定更佳藥劑種類、劑量和投加點(diǎn)。

  4、關(guān)于化學(xué)除磷藥劑的規(guī)定。

  鋁鹽有硫酸鋁、鋁酸鈉和聚合鋁等，其中硫酸鋁較常用。鐵鹽有三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵等，其中三氯化鐵最常用。

  采用鋁鹽或鐵鹽除磷時，主要生成難溶性的磷酸鋁或磷酸鐵，其投加量與污水中總磷量成正比。可用于生物反應(yīng)池的前置、后置和同步投加。采用亞鐵鹽需先氧化成鐵鹽后才能取得更大除磷效果，因此其一般不作為后置投加的混凝劑，在前置投加時，一般投加在曝氣沉砂池中，以使亞鐵鹽迅速氧化成鐵鹽。

  采用石灰除磷時，生成Ca5(PO4)3OH沉淀，其溶解度與pH值有關(guān)，因而所需石灰量取決于污水的堿度，而不是含磷量。石灰作混凝劑不能用于同步除磷，只能用于前置或后置除磷。石灰用于前置除磷后污水pH值較高，進(jìn)生物處理系統(tǒng)前需調(diào)節(jié)pH值；石灰用于后置除磷時，處理后的出水必須調(diào)節(jié)pH值才能滿足排放要求；石灰還可用于污泥厭氧釋磷池或污泥處理過程中產(chǎn)生的富磷上清液的除磷。用石灰除磷，污泥量較鋁鹽或鐵鹽大很多，因而很少采用。加入少量陰離子、陽離子或陰陽離子聚合電解質(zhì)，如聚丙烯酰胺(PAM)，作為助凝劑，有利于分散的游離金屬磷酸鹽絮體混凝和沉淀。

  5、關(guān)于鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時，投加量的規(guī)定。

  理論上，三價鋁和鐵離子與等摩爾磷酸反應(yīng)生成磷酸鋁和磷酸鐵。由于污水中成分極其復(fù)雜，含有大量陰離子，鋁、鐵離子會與它們反應(yīng)，從而消耗混凝劑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)投加時其摩爾比宜為1.5～3。

  6、關(guān)于應(yīng)考慮污泥量的規(guī)定。

  化學(xué)除磷時會產(chǎn)生較多的污泥。采用鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時，前置投加，污泥量增加40％～75％；后置投加，污泥量增加20％～35％；同步投加，污泥量增加15％～50％。采用石灰作混凝劑時，前置投加，污泥量增加150％～500％；后置投加，污泥量增加130％～145％。

  7、規(guī)定了接觸腐蝕性物質(zhì)的設(shè)備應(yīng)采取防腐蝕措施。

  三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵都具有很強(qiáng)的腐蝕性；硫酸鋁固體在干燥條件下沒有腐蝕性，但硫酸鋁液體卻有很強(qiáng)的腐蝕性，故做此規(guī)定。