許 謙，貝德光，陳程程，羅 瑩

(廣西綠城水務(wù)股份有限公司, 廣西南寧 530031)

武鳴污水處理廠是南寧市東盟經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)唯一的污水處理廠，于2010年正式投產(chǎn)，主要收集武鳴縣城和南寧—東盟經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的污水，一期工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為5×104m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(TP<0.5 mg/L)，是南寧市最早要求達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的生活污水處理廠。隨著污水管網(wǎng)的不斷完善，進(jìn)水各污染物濃度的不斷提高，進(jìn)水TP由建成之初的1.5 mg/L增加至4.3 mg/L，需采取措施提高TP的削減率。

1 工藝簡(jiǎn)介

武鳴污水處理廠一級(jí)處理單元主要由進(jìn)水泵房、粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、曝氣沉砂池構(gòu)成， 二級(jí)處理單元需采用改良型SBR工藝(modified sequencing batch reactor，MSBR)，共計(jì)2組，每組污水處理量為2.5×104m3/d；采用ABF濾池為深度處理單元，共2組，每組污水處理量為2.5×104m3/d。MSBR工藝如圖1所示。

圖1 MSBR工藝流程Fig.1 Process Flow of MSBR

2 現(xiàn)狀調(diào)查及數(shù)據(jù)分析

對(duì)進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、除磷藥劑投加情況這三方面進(jìn)行調(diào)查。

2.1 進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)調(diào)查及分析

武鳴污水處理廠進(jìn)水污染物濃度設(shè)計(jì)值及2017年1月—12月進(jìn)出水污染物濃度(平均值，未投加化學(xué)藥劑)如表1所示。

表1 主要進(jìn)水污染物設(shè)計(jì)值及2017年進(jìn)出水污染物濃度Tab.1 Design Values of Main Influent Pollutants and Concentration of Influent and Effluent Pollutants in 2017

2.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)查

污水處理廠日常運(yùn)行的DO、MLSS、SV30如表2所示?；钚晕勰鄥?shù)如表2所示：

表2 活性污泥參數(shù)Tab.2 Parameters of Activated Sludge

2.3 除磷藥劑的投加情況調(diào)查

化學(xué)除磷藥劑主要采用工業(yè)級(jí)PAC(GB/T 22627—2008，固體，溶解稀釋后投加，Al2O3有效含量為24%)，設(shè)計(jì)投加點(diǎn)在MSBR池的1#、7#序批池進(jìn)水端。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，工業(yè)級(jí)PAC溶解后產(chǎn)生大量泥垢，淤堵在溶解池及投加管道中，且效果有限，不適合用作除磷藥劑。淤堵情況如圖2所示。

圖2 工業(yè)級(jí)PAC結(jié)垢圖Fig.2 Diagram of Industrial Grade PAC Scale

此外，原設(shè)計(jì)投加點(diǎn)沒(méi)有很好的水力混合條件，投加的金屬混凝劑不能與污水進(jìn)行急劇、快速的混合，直接影響混凝沉淀效果[4]。

3 試驗(yàn)研究及生產(chǎn)實(shí)踐

從現(xiàn)狀調(diào)查來(lái)看，現(xiàn)階段武鳴污水處理廠主要存在的問(wèn)題有進(jìn)水基質(zhì)偏低、污泥泥齡偏長(zhǎng)、除磷藥劑選擇不當(dāng)、投加點(diǎn)設(shè)置不合理。針對(duì)這些問(wèn)題，主要考慮從提高生化除磷效率和改進(jìn)化學(xué)輔助除磷工藝2個(gè)方面解決。

3.1 提高生化除磷效率

表3 排泥后的生物除磷效果Tab.3 Effect of Biological Removal of Phosphorus after Sludge Discharge

由表3可知，生化除磷效率較排泥前有明顯提高，削減率上升21%，說(shuō)明通過(guò)排出剩余污泥來(lái)降低MLSS濃度，從而達(dá)到縮短活性污泥泥齡的目的，是有明顯效果的。

3.2 化學(xué)除磷及數(shù)據(jù)分析

一般來(lái)講，出水TP達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，在生物除磷的同時(shí)，需要輔以化學(xué)除磷的手段[5]?？紤]到化學(xué)除磷對(duì)正磷酸鹽的削減率最高，在化學(xué)除磷之前可以對(duì)污水處理廠進(jìn)、出水正磷酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)小試試驗(yàn)確定投加藥劑的種類及投加量，選取具有良好絮凝沉淀效果的工藝段作為投加點(diǎn)。

3.2.1 污水廠進(jìn)水及出水可溶性正磷酸鹽的檢測(cè)

可溶性正磷酸鹽的削減機(jī)理為混凝劑金屬離子與磷酸根生成磷酸鹽沉淀，如式(1)。

(1)

顆粒態(tài)磷的削減機(jī)理為混凝的吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用[5]。因此，在進(jìn)行小試試驗(yàn)前，連續(xù)對(duì)進(jìn)廠及出廠水的溶解性正磷酸鹽占比進(jìn)行分析(未投藥劑)，結(jié)果如表4所示。

表4 武鳴污水處理廠溶解性正磷酸鹽分析Tab.4 Analysis of Dissolved Orthophosphate in Wuming WWTP

由表4可知，武鳴污水處理廠進(jìn)水的溶解性正磷酸鹽占比在70%左右，出水占比更高，在80%左右。因此，采用混凝法進(jìn)行化學(xué)除磷是合適的。

3.2.2 通過(guò)小試試驗(yàn)重新確定混凝除磷藥劑

選取聚合氯化鋁(飲用水級(jí)PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、硫酸鋁這3種常見(jiàn)藥劑作為混凝劑，PAC有效Al2O3≥28%、PFS有效Fe3+含量≥19%、硫酸鋁有效Al2O3≥15%，并選用曝氣池混合液作為試驗(yàn)原水(MLSS=3 100 mg/L)。

(1)投加量計(jì)算及試驗(yàn)方法

混凝劑中金屬離子物質(zhì)的量n(M)與污水中TP物質(zhì)的量n(P)的比值理論上為1。實(shí)際應(yīng)用中，投加的混凝劑并不能完全與磷 反應(yīng)，n(M)/n(P)(即投加系數(shù)β)通常為2～3[5]。參考南寧市其他污水處理廠β取值，本試驗(yàn)取β=2。選用PAC、PFS、硫酸鋁進(jìn)行小試試驗(yàn)，投加量計(jì)算如下：PAC∶Al=2×(2-0.5)× 27/31=2.6 mg/L；換算為Al2O3的量=2.6×102/54=4.9 mg/L，PAC的Al2O3含量為29%，則PAC投加量為17 mg/L；同理，計(jì)算PFS投加量為28.42 mg/L，硫酸鋁投加量為32.6 mg/L。

(2)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 混凝劑除磷效率分析Tab.5 Analysis of Coagulant for Phosphorus Removal Efficiency

由表5可知，3種除磷藥劑的TP削減率分別為56%、57.23%及30.82%，PAC和PFS的TP削減率相當(dāng)，硫酸鋁的TP削減率最低。下一步主要選取PAC及PFS，確定投加至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)所需的大致藥劑量，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，隨著混凝劑投加量的增加，PAC和PFS對(duì)TP的削減率增加，至50 mg/L時(shí)候，TP可以達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，PAC的削減率略高于PFS的削減率。以武鳴污水處理廠日處理量5萬(wàn)t計(jì)，日需PFS粉劑為2.5 t，1 900元/t，則日花費(fèi)為4 750元，折合0.095元/t；PAC粉劑日需也為2.5 t，2 900元/t，則日花費(fèi)為7 250元，折合0.145元/t。從價(jià)格成本上看，PFS優(yōu)于PAC，考慮到鐵鹽混凝劑存在腐蝕設(shè)備的問(wèn)題，長(zhǎng)期投加，對(duì)MBSR位于污水處理構(gòu)筑物中的設(shè)備可能不利，且鐵鹽投加量控制不好，易使水體顯色，造成出水色度超標(biāo)。綜上，選取PAC(飲用水級(jí))作為除磷藥劑，淘汰原使用的PAC(工業(yè)級(jí)，有效Al2O3≥23%，易結(jié)垢，圖2)，相較于工業(yè)級(jí)PAC，飲用水級(jí)PAC溶解度好，不結(jié)垢，可以徹底解決管道結(jié)垢、淤堵及溶解池沉積的問(wèn)題，且Al2O3含量高(有效Al2O3≥29%)，比較符合實(shí)際需求。

表6 PAC及PFS投加量分析Tab.6 Analysis of PAC and PFS Dosages

3.2.3 投加點(diǎn)及投加效果

化學(xué)藥劑投加方式主要有3種，為前置投加、同步投加及后置投加。前置投加的投加點(diǎn)一般設(shè)置在沉砂池或初沉池的進(jìn)水渠(管)；同步投加的投加點(diǎn)一般設(shè)置在曝氣池的進(jìn)水端、出水端或二次沉淀池進(jìn)水端；后置投加的投加點(diǎn)一般設(shè)置在二次沉淀池出水端或之后的絮凝沉淀池、氣浮池或增設(shè)的三級(jí)處理設(shè)施[6]。前置投加在除磷的過(guò)程中可能會(huì)削減相當(dāng)量的有機(jī)物，造成進(jìn)水碳源的流失，從而影響后續(xù)工藝對(duì)氮、磷的削減[6]，因此，主要考慮同步投加及后置投加的方式，并在此基礎(chǔ)上研究采用同步投加與后置投加相結(jié)合的多點(diǎn)投加方式。

(1)同步投加。同步投加主要選取曝氣池的進(jìn)水端、出水端進(jìn)行投加實(shí)踐，曝氣池進(jìn)水端投加效果如表7所示。

表7 曝氣池進(jìn)水端投加PAC效果Tab.7 Effect of PAC Dosing on Water Inlet of Aeration Tank

在曝氣池進(jìn)水端進(jìn)行投加PAC實(shí)踐，除磷效果較差。主要原因?yàn)?#曝氣池進(jìn)水端雖然有利于混凝劑與水體的混合，但在曝氣池的水力停留時(shí)間較長(zhǎng)(約6.5 h)，絮體不易形成，甚至形成后破碎難以重組[4]，從而影響TP的削減效果。

在曝氣池出水端投加PAC的效果如表8所示。

表8 曝氣池出水端投加PAC效果Tab.8 Effect of PAC Dosing on Water Outlet of Aeration Tank

在曝氣池出水端投加PAC的效果良好，可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)。在該點(diǎn)投加，藥劑與污水經(jīng)過(guò)短時(shí)間混合后，進(jìn)入后續(xù)的序批池，序批池有良好的沉淀效果，為T(mén)P的削減創(chuàng)造了較好的條件。

總的來(lái)說(shuō)，在曝氣池投加PAC可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但同步投加會(huì)受到MLSS濃度的明顯影響[6]，MLSS越高，除磷藥劑的消耗量越大。主要原因：一是污水中的高M(jìn)LSS不利于生物除磷；二是較高的MLSS濃度會(huì)消耗掉一部分的除磷藥劑，高藥耗對(duì)污水處理廠的運(yùn)行是不利的。

(2)后置投加。由于濾池前未單獨(dú)設(shè)置絮凝沉淀單元，考慮到MSBR出水為跌落式出水，跌落高度約0.5 m，具有較好的水力混合效果，將投加點(diǎn)設(shè)置于出水堰處。投加效果如表9所示。

表9 MSBR出水端投加PAC效果Tab.9 Effect of PAC Dosing on Water Outlet of MSBR

采用后置投加的方式，出水TP只能降至0.55 mg/L左右，增加投藥量效果也不明顯。經(jīng)過(guò)研究分析，其主要原因是出水堰至濾池進(jìn)水端距離較短，絮凝時(shí)間僅為2 min，達(dá)不到形成較大絮體需要的時(shí)間，且濾砂較薄(15 cm)，截留絮體能力不強(qiáng)，較小的絮體可以穿透濾砂，從而影響除磷效果。取出濾后水水樣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間靜置后，燒杯底層仍能發(fā)現(xiàn)細(xì)小絮體不斷形成(圖3)。因此，后置投加效果有限，后置投加投藥量在5～10 mg/L時(shí)發(fā)生絮體穿透的情況較少。

圖3 濾后水的絮體Fig.3 Flocs of Filtered Water

(3)多點(diǎn)投加。針對(duì)同步投加藥耗較高及后置投加不能完全滿足TP削減的要求，考慮采用同步投加與后置投加結(jié)合起來(lái)的多點(diǎn)投加方式進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐。多點(diǎn)投加效果如表10所示。

由表10可知，在采用多點(diǎn)投加方式后，總耗藥量有了明顯的降低，同時(shí)保證了出水TP的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?？梢哉J(rèn)為，多點(diǎn)投加是比較適合武鳴污水處理廠現(xiàn)階段除磷要求的投加方式，總投加量在10～20 mg/L。

4 總結(jié)和建議

(1)污水處理廠采用化學(xué)輔助除磷前，應(yīng)先考慮提高生物除磷的效率，最大程度地利用生物除磷，在不投加碳源的前提下，可以通過(guò)多排泥減少M(fèi)LSS濃度來(lái)降低污泥泥齡，從而提高TP的削減率。

表10 多點(diǎn)投加效果Tab.10 Effect of Multipoint Dosing

(2)在選用除磷藥劑時(shí)，應(yīng)選用易采購(gòu)到的混凝劑進(jìn)行小試試驗(yàn)，優(yōu)選出除磷效率高的藥劑。小試試驗(yàn)不能確定投加量，主要是因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中的MLSS和生物除磷效率是不斷變化的。小試試驗(yàn)的目的主要是確定一個(gè)投加的基準(zhǔn)值作為參考。

(3)當(dāng)選擇采用同步投加的方式時(shí)，應(yīng)在保證其他污染物達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，盡量減少M(fèi)LSS濃度，以提高生物除磷效率與降低藥耗。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的投加，藥耗量會(huì)有所下降(MLSS及進(jìn)水污染物濃度均無(wú)較大變化)，原因是活性污泥在不斷回流的過(guò)程中，將沒(méi)有反應(yīng)完全的藥劑回流到工藝前端進(jìn)一步反應(yīng)，提高了藥劑的利用率。同步投加對(duì)生化系統(tǒng)的污染物削減率有一定的影響，產(chǎn)泥量是幾種除磷方式中最多的[6]。在單獨(dú)采用同步投加時(shí)，未采用同步投加前，月產(chǎn)泥量約在490 t/月，采用同步投加后，月產(chǎn)泥量增至627～693 t/月，增加了20%～30%。此外，含PAC的剩余污泥對(duì)好氧堆肥會(huì)產(chǎn)生一定的影響，采用好氧堆肥為污泥處理手段的地區(qū)應(yīng)引起重視。

(4)混凝沉淀的效果是影響后置除磷的關(guān)鍵。后置除磷應(yīng)有合適的混合強(qiáng)度和足夠的絮凝沉淀時(shí)間才能高效地將TP削減，如后置除磷構(gòu)筑物只設(shè)置濾池，一般不宜投加PAM[5]。

(5)新建或提標(biāo)改造的污水處理廠，要求出水TP濃度達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，建議在在二級(jí)處理工藝的基礎(chǔ)上，增設(shè)除磷的三級(jí)處理設(shè)施，除磷方式應(yīng)以后置投加為主[7]。

(6)不少污水處理廠選擇PAC粉劑作為除磷藥劑，雖然粉劑具有有效成分高、運(yùn)輸成本低的特點(diǎn)，但使用效果會(huì)受到溶解方式、溶解度的影響。不同濃度溶液的除磷效果不同，且不耐存放。一般污水處理廠除磷藥劑的投加量較大，人工成本較液體PAC自動(dòng)投加要高。因此，在有條件的污水處理廠，建議采用液體除磷藥劑。