馬明揚

(沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，遼寧沈陽110168)

我國是世界上水資源短缺較嚴重的國家，這一方面可能是由于可直接利用的水資源本身就不多[1]；另一方面，水體污染也會導致水資源短缺[2]，對大部分河流與湖泊水質的檢測發(fā)現(xiàn)，磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子。同時，隨著社會的迅速發(fā)展以及人口數(shù)量的不斷加大，生活污水和工業(yè)廢水的排放量也持續(xù)升高。若將這些污水直接排入河流中，水體的自凈能力將大大降低，還會引起水體中藻類和水生植物的異常繁殖，藻體死亡將導致更嚴重的水體污染，進一步通過食物鏈影響動植物生長及人體健康[3]。因此，磷的深度去除是污水廠水質進一步改善的關鍵。

目前我國污水廠處理后的出水要求滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準(TP≤0.5 mg/L)或者《地表水質量標準》(GB 3838—2002)Ⅳ類標準(TP≤0.3 mg/L)后排放，對出水進行深度除磷，使總磷濃度降至更低的水平意義重大。傳統(tǒng)的生物法除磷是通過聚磷菌在缺氧、厭氧和好氧環(huán)境中交替運行下實現(xiàn)的。但實踐反饋表明，單單利用生物除磷使出水達標排放并不容易[4]。因此，利用化學法投加混凝劑形成沉淀后并過濾的深度處理加以輔助，使污水中的磷得到進一步去除。然而，相對于沉淀和過濾而言，混凝劑的選擇以及藥劑的投加量對處理效果的影響較大，許多學者針對不同情況對比研究了混凝劑的處理效果。Wang等[5]探究了硫酸鐵、硫酸鋁和聚合氯化鋁對磷的去除效果，出水總磷(TP)濃度分別為0.35，0.12和0.16 mg/L。潘理黎等[6]以太湖流域某污水處理廠尾水為研究對象，通過比較不同混凝劑的除磷效果發(fā)現(xiàn)，PAC和PFS的除磷效果最好，PFS的投加量為15 mg/L時，能將TP為1.46 mg/L的進水處理至出水TP<0.5 mg/L。鋁鹽的除磷效果優(yōu)于鐵鹽，但是出水鋁含量大幅度增加會對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。不少研究者提出了混凝劑復配的觀點，由于其高效性備受社會關注。沈耀良等[7]將鋁鹽混凝劑與聚丙烯酰胺(PAM)聯(lián)用處理污水廠二級出水，當硫酸鋁和PAM的投加量分別為30和5 mg/L時，出水TP在0.06～0.12 mg/L，但是該過程使用的藥劑量大，成本高。傳統(tǒng)混凝劑在混凝效果等方面的不足促進了對新型混凝劑的研究。例如，何江通等[8]通過觀測不同的混凝劑處理污水的效果發(fā)現(xiàn)，n(Al) ∶n(Fe)為1 ∶1的鋁鐵混凝劑處理進水TP為0.96 mg/L的污水廠尾水最好，出水TP可達到0.2 mg/L。

針對國內研究現(xiàn)狀，筆者以東北地區(qū)某城市污水處理廠冬季的進水、二沉池出水以及出廠水為研究對象，對磷的形態(tài)和濃度分布進行了分析。將磷組分劃分為TP、可溶性總磷(STP)、可溶性活性磷酸鹽(SRP)、顆粒態(tài)磷(PP)、其他溶解無機磷和其他溶解有機磷，同時研究不同混凝劑對除磷效果的影響，以期為城市污水處理廠出水總磷的深度處理提供參考。

1 水質條件與分析方法

1.1 實驗水質與處理工藝

該污水廠以城市生活污水和部分工業(yè)廢水為主要處理對象，其中生活污水占70%，工業(yè)廢水占30%，冬季水溫為5～8 ℃。污水廠總設計規(guī)模為50×104m3/d，主要處理構筑物包括雙孔粗格柵、超細格柵、進水泵房、沉砂池、SBR反應池、多模式A2/O生物反應池、沉淀池、混凝—沉淀—過濾深度處理工藝和污泥濃縮池，進、出水水質如表1所示。原水經過處理后，各項水質指標均可以達到排放標準。

表1 污水處理廠進、出水水質Tab.1 Quality of influent and effluent of the wastewater treatment plant

1.2 實驗試劑與設備

1.2.1實驗試劑

(1+1)硫酸。

10%抗壞血酸：溶解10%抗壞血酸于水中，稀釋至100 mL，貯存于棕色瓶中。若顏色變黃，則棄去重配。

鉬酸鹽溶液：溶解13 g鉬酸銨((NH4)6Mo7O24·4H2O)于100 mL水中。溶解0.35 g酒石酸銻氧鉀(K(SbO)C4H4O6·1/2H2O)于100 mL水中。邊攪拌邊徐徐加入鉬酸銨溶液到300 mL(1+1)硫酸中，加入酒石酸銻氧鉀溶液并混合均勻，貯存在棕色的玻璃瓶中于約4 ℃保存。

5%過硫酸鉀：溶解5 g過硫酸鉀于水中，稀釋至100 mL。

磷酸鹽貯備溶液：將優(yōu)級純磷酸二氫鉀(KH2PO4)于110 ℃干燥2 h，在干燥器中放冷。稱取0.219 7 g溶于水，移入1 000 mL容量瓶中。加入5 mL(1+1)硫酸，用水稀釋至標線。此溶液每毫升含50.0 μg磷(以P計)。

磷酸鹽標準溶液：吸取10.00 mL磷酸鹽貯備液于250 mL容量瓶中，用水稀釋至標線。此溶液每毫升含2.00 μg磷。臨用時現(xiàn)配。

濁度補償液：混合2份體積的(1+1)硫酸和1份體積的10%抗壞血酸溶液制得。此溶液當天配制。

1.2.2實驗設備

高壓滅菌器，1～1.5 kg/cm2；50 mL(磨口)具塞刻度管；紫外可見分光光度計。

1.2.3標準曲線繪制

取東北地區(qū)某城市污水廠冬季進水、二沉池出水和出廠水水樣各25 mL，采用過硫酸鉀消解法，同時按照水環(huán)境監(jiān)測國家標準要求進行空白試驗。分別在試驗樣本以及空白樣本中滴入4 mL過硫酸鉀，扎緊后放入高壓滅菌器中加熱，消解完成后取出，加入21 mL水分稀釋至標線；在蒸餾水中加入同體積的試劑對試驗樣本進行代替。

取數(shù)支50 mL比色管，依次滴加0，0.5，1.0，3.0，5.0，8.0，10.0，13.0，15.0，20.0 mL磷酸鹽標準使用液，加水至50 mL。分別滴入1 mL抗壞血酸溶液，混合均勻，放置30 s后再滴加2 ml鉬酸鹽溶液，混合均勻。靜置15 min后，以空白樣做參比，在700 nm波長下測定吸光度，得到濃度與吸光度的標準曲線為y=1.934 3x+0.003，R2=0.999 2。

1.3 分析方法

總磷(TP)：原水直接消解，采用分光光度法測定?？扇苄钥偭?STP)：原水經0.45 μm濾膜過濾后消解，采用分光光度法測得?？扇苄曰钚粤姿猁}(SRP)：原水經0.45 μm濾膜過濾后，不消解，直接采用分光光度法測得。顆粒態(tài)磷(PP)：TP與STP的差值。其他溶解磷含量：STP與SRP的差值[9]。含量測定流程如圖1所示。

圖1 磷的測定流程Fig.1 Flow chart of phosphorus determination

P(溶解有機磷)=P(STP)-P(SRP)-P(其他溶解無機磷)

(1)

2 結果與討論

2.1 磷的形態(tài)和濃度的變化

表2所示為污水廠進水到二沉池出水、出廠水中各磷組分含量的變化。在進水階段，顆粒態(tài)磷(PP)占總磷含量的60.1%，溶解性總磷占39.9%。分析可得，污水廠進水TP含量較大，通過一系列的生物處理，二沉池出水TP去除率達到74.2%，顆粒態(tài)磷去除效果也較高。此時，二沉池階段溶解性總磷占總磷的58.7%，顆粒態(tài)磷占總磷的41.3%，這與鄭曉英等[9]對磷的形態(tài)及濃度分布進行分析后得出的“SRP 為主要存在形態(tài)占TP濃度的64.16%”這一觀點相似。經過計算可得出兩階段的其他溶解磷含量下降了6.0%。根據式(1)可計算得出進水及二沉池出水階段溶解有機磷含量分別為0.073 5和0.066 2 mg/L。

其他溶解無機磷小幅度的增長，可能是由于污水中有一些不溶解性磷經過生物反應降解為溶解性無機磷。活性磷酸鹽也占污水中總磷的較大部分，在進水階段占34.9%，在二沉池出水階段占40.5%，該結果與邊興玉[12]分析TP 和溶解性磷酸鹽的去除效果后得出的“出水中的 TP 主要是以溶解性磷酸鹽的形式存在”的觀點相吻合。

二沉池出水經過化學法深度處理后，各磷組分含量對比見表2。分析發(fā)現(xiàn)，該污水廠的深度處理效果比較理想，溶解性活性磷酸鹽的去除效果最好?？傮w來看，出水階段溶解性總磷占TP含量的67.5%，顆粒態(tài)磷占32.5%。綜上分析，出廠水各磷組分中溶解性總磷含量最大，占溶解性總磷比例最大的是其他溶解磷中的溶解有機磷且并未得到良好的去除。

表2 污水中磷組分所占含量Tab.2 Content of phosphorous composition in wastewater

2.2 生物除磷與化學除磷的比較分析

通過比較A2/O生物處理和混凝—沉淀—過濾深度處理工藝對各形態(tài)磷的去除效果發(fā)現(xiàn)，深度處理段對SRP的去除效果優(yōu)于生物處理段，這是因為化學法投加的混凝劑水解產生的離子與SRP發(fā)生化學反應生成難溶于水的金屬鹽沉淀。同時，其他溶解無機磷的去除是利用氫氧化物絮體可以吸附一部分溶解態(tài)磷[13]的性質，因此，化學法去除其他溶解無機磷的效果優(yōu)于生物法。污水廠處理后的水可滿足排放標準，但溶解有機磷的去除值得關注，雖然其含量不高，卻僅在生物法的作用下有少量的去除，若想加強其去除效果需要提高生化反應段的處理效率。

3 結論與展望

進水階段，顆粒態(tài)磷占總磷比例較大，溶解性活性磷酸鹽占溶解性總磷較大，可達到87.5%；在二沉池出水階段，溶解性總磷占總磷比例較大，其他溶解磷和溶解有機磷含量較低，并且難以實現(xiàn)有效去除；通過化學法投加混凝劑深度處理后，污水廠出水TP含量降低到0.191 1 mg/L。生物段對溶解有機磷的去除效果比較明顯，SRP在深度處理段的處理效果優(yōu)于生物段。

應考慮水中其他因素對于污水中磷組分的去除是否存在影響，例如SS、COD、NH4-N的含量等，探究污染物的去除和磷的去除是否存在內在聯(lián)系，為磷的深度去除提供更有利的依據。

將復合混凝劑對磷的去除效果與磷組分對除磷的效果相結合，探討混凝劑與磷組分之間的交互影響，明確混凝劑成分對不同磷組分的去除機理及其復合作用效果，不僅有助于提高混凝劑的利用率，還有利于提高除磷效率，并為探討污水廠出水磷的深度處理提供依據。