童 飛 ，周 振 ，陳思維 ，黃忠光 ，程建忠 ，陳 英

（1.上海城投污水處理有限公司，上海201203；2.上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，上海200090）

一體化活性污泥法（Unitank）工藝采用連續(xù)流對(duì)序批式活性污泥法（SBR）工藝進(jìn)行改進(jìn)，具有周期性、交替式、連續(xù)流、恒水位的特點(diǎn)[1,2]。然而，由于Unitank工藝存在厭氧時(shí)間進(jìn)水分配比例低、反硝化干擾釋磷等缺點(diǎn)，一些研究認(rèn)為Unitank工藝很難形成厭氧釋磷環(huán)境，生物除磷效果難以得到保證[3-5]。針對(duì)其生物除磷難題，研究人員提出在前端設(shè)置獨(dú)立厭氧區(qū)[6,7]或者采用化學(xué)除磷[5,8]的方法予以解決。

化學(xué)除磷具有效果穩(wěn)定、反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，可作為生物除磷[9]效果不穩(wěn)定時(shí)的補(bǔ)充或應(yīng)急措施。常用的化學(xué)除磷模式包括前置（進(jìn)水）加藥除磷[10]、同步（混合液）加藥除磷[11]和后置（出水）加藥除磷[12]三種。其中，同步加藥除磷具有設(shè)備要求低、無(wú)需新增構(gòu)筑物等優(yōu)點(diǎn)。本研究將針對(duì)Unitank工藝的特點(diǎn)，進(jìn)行同步化學(xué)除磷藥劑篩選，確定最佳投藥量并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，為Unitank工藝出水總磷（TP）穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

在Unitank工藝中，中間池始終處于曝氣狀態(tài)，邊池則存在攪拌、曝氣和沉淀的交替運(yùn)行過(guò)程，因此該廠的同步加藥除磷擬將加藥點(diǎn)選擇為中間池。本研究用于同步化學(xué)加藥除磷的活性污泥混合液取自石洞口污水處理廠Unitank工藝中間池，以考察不同化學(xué)除磷藥劑的除磷效果。

該混合液懸浮固體濃度和揮發(fā)性懸浮固體濃度分別為5 780 mg／L和3 971 mg／L，混合液pH 和 DO 分別為 7.37 和 2.8 mg／L，濾液 CODCr、氨氮、總氮和 TP 分別為43.5，0.76，9.55 mg ／L 和0.93 mg／L。

1.2 試驗(yàn)方法

取曝氣池懸浮固體混合液3 L，向其中加入一定量的磷酸二氫鉀控制原水 TP 濃度在 1.5～2.2 mg／L，置于恒溫磁力攪拌器上快速攪拌10 min，使污泥與外加磷酸鹽充分混合。充分混合后，分別向活性污泥混合液中投加不同濃度的化學(xué)除磷混凝劑，為模擬曝氣池反應(yīng)條件，曝氣5 min，隨后靜置30 min，取上清液，測(cè)定TP、pH和濁度。反應(yīng)溫度控制20 ℃，溶解氧為 3.0 mg／L。

本研究選用的化學(xué)除磷藥劑包括聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵、復(fù)合鐵鋁和硫酸鋁。TP測(cè)定采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[13]；濁度和pH值分別采用Hach 2100Q型濁度計(jì)和Orion EA940型pH計(jì)測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 三氯化鐵除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業(yè)級(jí)三氯化鐵（有效成分35%～38%，以FeCl3計(jì)），并將其投加量折算為三氯化鐵純?nèi)芤簼舛龋纱丝傻没炷恋沓鏊甌P、pH和濁度的變化分別如圖1(a)和(b)所示。

圖1 三氯化鐵投藥量對(duì)除磷效果、pH及濁度的影響Fig.1 Effect of Ferric Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由圖1(a)可知，三氯化鐵投藥量從0 mg／L升高到57 mg／L時(shí)，出水TP濃度由1.48 mg／L迅速下降至 0.35 mg／L；投藥量超過(guò) 57 mg／L 后，出水 TP 隨投藥量的增加下降趨勢(shì)趨緩，當(dāng)投藥量達(dá)到107 mg／L，出水TP為0.22 mg／L。因此，三氯化鐵的最佳投藥量為57 mg／L，折算為工業(yè)級(jí)三氯化鐵為155 mg／L，該投藥量下TP去除率為74.4%。

由圖1(b)可知，隨著三氯化鐵加藥量的增加，出水濁度由6.87 NTU逐漸下降至107 mg／L時(shí)的1.37 NTU。其中，投藥量由 0 增加至 10.7 mg／L 時(shí)，濁度下降最快，由6.87 NTU下降至3.84 NTU。出水pH隨投藥量增大也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，當(dāng)投藥量由 71.5 mg／L 增加至 85.8 mg／L 時(shí)，pH 由 7.86 突降至7.57，但在整個(gè)加藥過(guò)程中pH均穩(wěn)定在7.6～8.0 之間。

2.2 硫酸鋁除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加分析純級(jí)硫酸鋁，由此可得出水TP、pH和濁度的變化分別如圖2(a)和(b)所示。

由圖2(a)可知，當(dāng)硫酸鋁投藥量增至80 mg／L時(shí)，出水 TP 濃度由 1.84 mg／L 快速下降至 0.36 mg／L，此后緩慢下降至 233 mg／L時(shí)的 0.09 mg／L。因此，硫酸鋁的最佳投藥量為80 mg／L，該投藥量下TP去除率為 79.6%。

由圖 2(b)可知，當(dāng)投藥量增加至 33.3 mg／L 時(shí)，出水濁度由6.82 NTU快速下降至2.31 NTU，此后基本趨于穩(wěn)定。當(dāng)投藥量由200 mg／L增加至233 mg／L時(shí)，出水濁度由1.69 NTU突然降低至0.99 NTU。出水pH隨投藥量的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，并在20～33.3 mg／L 和 200～233 mg／L 時(shí)出現(xiàn)兩次突降，pH 分別由 7.90 下降至 7.66 和由 7.58 下降至 7.28。

2.3 PAC除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業(yè)級(jí)PAC（有效成分為28%，以Al2O3計(jì)），可得混凝沉淀出水TP、pH和濁度的變化分別如圖3(a)和(b)所示。

圖2 硫酸鋁投藥量對(duì)除磷效果、pH及濁度的影響Fig.2 Effect of Aluminum Sulfate Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

圖3 PAC投藥量對(duì)除磷效果、pH及濁度的影響Fig.3 Effect of Polyaluminum Chloride Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

由圖3(a)可知，隨著PAC投加量的增大，出水TP呈現(xiàn)快速下降、慢速下降和穩(wěn)定3個(gè)階段，兩個(gè)折點(diǎn)的投藥量分別為 66.7 mg／L 和 140 mg／L，出水TP 濃度則由 1.57 mg／L 分別下降為 0.64 mg／L 和0.26 mg／L。如果考慮出水達(dá)到 GB 18918—2002 一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，則PAC最佳投藥量為123 mg／L，此時(shí)出水 TP 濃度為 0.36 mg／L，TP 去除率為 74.1%。

PAC對(duì)出水濁度的影響與三氯化鐵類似。當(dāng)投藥量由0增加至10.0 mg／L時(shí)，出水濁度下降最快，由5.45 NTU 下降至 3.45 NTU；隨著 PAC加藥量的增加，出水濁度進(jìn)一步降低至66.7 mg／L時(shí)的0.65 NTU，此后出水濁度趨于穩(wěn)定。出水pH隨投藥量的增加在7.6～7.9之間波動(dòng)，無(wú)明顯的規(guī)律性，如圖4所示。

圖4 復(fù)合鐵鋁混凝劑投藥量對(duì)除磷效果、pH及濁度的影響Fig.4 Effect of Polymeric Ferric-Aluminum Dose on Phosphorus Removal,pH and Turbidity

2.4 復(fù)合鐵鋁除磷效果分析

向Unitank工藝中間池活性污泥混合液投加工業(yè)級(jí)復(fù)合鐵鋁混凝劑（有效鋁為8%，有效鐵為3%），可得混凝沉淀出水TP、pH和濁度的變化分別如圖4(a)和(b)所示。

由圖4(a)可知，復(fù)合鐵鋁投藥量從0 mg／L升高到 87 mg／L 時(shí)，出水 TP 由 2.13 mg／L 迅速下降至0.79 mg／L；投藥量超過(guò) 87 mg／L 后，出水 TP 隨投藥量的增加下降趨勢(shì)趨緩，當(dāng)投藥量達(dá)到217 mg／L，出水TP為0.26 mg／L。因此，復(fù)合鐵鋁的最佳投藥量為 87 mg／L，該濃度下 TP去除率為 60.5%；如果出水 TP 要低于 0.5 mg／L，則其投藥量為 173.3 mg／L，此時(shí)出水 TP 為 0.37 mg／L，去除率為 80.1%。

復(fù)合鐵鋁投藥量對(duì)出水pH和濁度的影響如圖4(b)所示。當(dāng)投藥量由0 mg／L增加至43 mg／L時(shí)，出水濁度由3.95 NTU緩慢下降至3.51 NTU，當(dāng)投藥量增加至87 mg／L時(shí)，濁度快速下降至1.73 NTU，此后趨于穩(wěn)定。出水pH隨投藥量的增加在7.3～7.8之間波動(dòng)，無(wú)明顯規(guī)律性。

2.5 同步加藥除磷的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

表1為同步加藥除磷混凝劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。在進(jìn)行運(yùn)行成本分析時(shí)，表1中4種藥劑均采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品價(jià)格核算。由表1可知，在出水TP為0.35～0.37 mg／L 時(shí)，四種藥劑成本排序?yàn)?PAC＞三氯化鐵＞硫酸鋁＞復(fù)合鐵鋁。其中，復(fù)合鐵鋁運(yùn)行成本最低，噸水處理成本為0.118元，比次低的硫酸鋁低22.3%。當(dāng)然，如果考慮到復(fù)合鐵鋁混凝劑的TP去除量最高，該藥劑去除每g磷的成本為0.067元，較硫酸鋁低38.0%。因此，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本，建議Unitank工藝選用復(fù)合鐵鋁作為同步加藥除磷藥劑。在張健[14]對(duì)杭州七格污水處理廠的曝氣池末端同步除磷研究中，也建議選擇復(fù)合鐵鋁混凝劑。

表1 同步加藥除磷混凝劑的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析Tab.1 Technical and Economic Comparison of Coagulants for Simultaneous CPR

3 結(jié)論

（1）在同步化學(xué)除磷過(guò)程中，隨著投藥量增加，出水TP和濁度均呈明顯的下降趨勢(shì)。在本試驗(yàn)條件下，三氯化鐵、硫酸鋁、PAC和復(fù)合鐵鋁的最佳投藥濃度分別為 155,80,123 mg／L 和173 mg／L。

（2）當(dāng)投加三氯化鐵和硫酸鋁時(shí)，出水pH隨著投加量的增大在投加量較低和較高的濃度水平出現(xiàn)了兩次明顯的突降點(diǎn)；而高分子混凝劑對(duì)pH的影響則無(wú)明顯規(guī)律性。

（3）技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可知，復(fù)合鐵鋁是Unitank工藝同步化學(xué)除磷最經(jīng)濟(jì)有效的藥劑，其最佳投藥量為 173.3 mg／L，TP 去除率為 80.1%，出水 TP 為0.37 mg／L，處理成本約為 0.067 元/gP。

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