磷是水体富营养化的关键控制指标之一, 最终影响鱼类等水生生物的生存, 因此针对污水排放中磷去除的研究是十分必要的^[1]。

　　 在天然水体中, 磷一般以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐的形式存在^[2]。目前, 国内外污水除磷技术主要为生物法、化学法。生物法一般为A²/O、SBR、氧化沟等工艺, 通过活性污泥中聚磷菌的作用, 最终将磷去除, 适用于处理低浓度含磷废水, 化学法主要是通过投加铝盐、钙盐、铁盐及其聚合物使磷离子絮凝沉淀的技术^[3]。

　　 生物除磷是一种较为经济的除磷技术, 但是运行期间稳定性较差, 去除效果受季节和水质变化影响大, 在出水水质监测中, 经常出现TP超标。而化学除磷则具有高效、廉价、运行稳定的特点。随着国家“水十条”的颁布, 污水处理厂出水要求满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A排放标准, 因此污水处理厂通常用生物法与化学法相结合的方式来处理含磷污水。

　　 目前污水处理厂除磷剂的种类主要集中于聚氯化铝、氯化铁、PAM等^[4], 这些药剂不同程度存在除磷效果差、成本高或者对构筑物有腐蚀等问题, 为了解决新疆某污水处理厂TP不达标问题, 经过对各地污水处理厂的调研, 发现有一些污水处理厂使用“益维磷”^[5]作为除磷剂, 因此本次研究通过小试、中试研究该除磷剂的除磷效能, 以便应用到实际工程中。

　　 本次试验所在地为新疆某污水处理厂, 采用工艺为简易A²/O工艺。设计处理量为4万m³/d, 实际处理量为2万m³/d。进水水质氨氮:30mg/L左右, COD:300~350mg/L, TP:2~26mg/L, 进水磷含量波动较大。

　　 本试验前污水处理厂采用聚氯化铝 (PAC) 除磷, 投加量为20mg/L, 但出水TP为1.0mg/L左右, 且波动较大, 不能达到排放标准要求, 即使增大PAC的投加量, 也不能解决TP超标的问题。

　　 小试:搅拌器, 容量瓶, 移液管, 烧杯等。中试:计量泵, 钢丝软管等。药品为除磷剂“益维磷”, 其有效成分为铝盐、铁盐络合物, pH 2~5。

　　 在污水除磷的循环转化过程中, 使污水中的可溶性磷转化为不溶性磷酸盐沉淀, 达到除磷的目的。试验水样取自污水处理厂实际污水, TP测定采用国标《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》 (GB11893-89) 进行测定。

　　 小试:在实验室内进行, 现场取水样中试:在污水处理厂实际投加药剂。

　　 按TP浓度的高低, 分为两组试验。先将除磷剂“益维磷”稀释至1‰水溶液。当TP>10 mg/L时, “益维磷”投加量分别为100 mL、200 mL、300mL、400mL、500 mL、600 mL。并测定TP含量, 分析试验结果, 确定投加量。

　　 在TP含量<10 mg/L时, “益维磷”投加量分别为50 mL、70 mL、90 mL、110 mL、130 mL、150mL。测定TP含量, 分析试验结果。水样取自好氧池末端, 污泥浓度:8 000mg/L左右, 将水样混匀放置于1L的烧杯中, 投加除磷剂后进行匀速搅拌, 搅拌1 min, 静置沉淀30 min后, 取样测定TP含量。

　　 为了考察实际应用的可能性, 我们在小试基础上进行中试试验, 中试试验在总结之前工艺投加点选取的基础上, 对此工艺各段出水TP浓度分析后, 选择好氧池出水作为投加点, 投加药剂时水体温度为20℃, pH为7左右, 在污水处理厂运行过程中连续投加药剂, 并且每隔2~3h取样, 取样点分别为总进水、好氧段进水及出水, 测定TP含量, 分析除磷效果。

　　 在进水TP为25.32 mg/L时水样中TP的去除效果如图1所示。

　　 由图1可以看出随着高效除磷剂投加量的增加, 水体中TP的含量迅速降低, 当投加量为500mg/L, 由原来的25.32mg/L降至0.33mg/L, 去除率达到98.01%。当继续增大投加量至600mg/L时, 去除率依然保持稳定。

　　 这说明在投加药剂后, 水中含磷化合物的浓度迅速降低, 这是由于“益维磷”药剂与水中溶解性含磷化合物生成不溶性细小颗粒, 通过架桥吸附作用凝聚为较大颗粒迅速沉淀, 在试验期间, 投加药剂后的上清液较原水上清液明显清澈, 这说明在降低TP含量的同时, 对悬浮物也有一定程度的去除作用。

　　 由图2可以看出, 当水样TP浓度为0.77mg/L时, 投加除磷剂后TP的去除效果也很明显。在投加量为40mg/L时, 去除率可达到55.84%, TP浓度为0.34mg/L, 可以达到GB 18918-2002一级A标准。同时, 随着投加量的增加, 水样中TP含量缓慢降低, 这是因为当水中TP含量过低时, 药剂与磷酸盐的接触几率变小, 影响了架桥吸附过程的进行, 导致其浓度没有进一步的降低。

　　 通过小试可以看出, 除磷剂“益维磷”的除磷效果显著, 并且除磷范围广泛, 水中TP的浓度对“益维磷”的除磷效果并没有太大的影响。小试为中试药剂的投加提供了依据。

　　 图3为好氧池出水投加点中试结果。由图3可以看出起初投加量定为100mg/L, 目的是尽快缩短药剂的置换时间, 使出水TP达到标准以下, 图3显示此阶段出水TP一直稳定在0.2mg/L左右, 随后将投加量调至80mg/L, 观察出水TP的变化, 由图3可以看出出水TP浓度依然保持稳定, 此后每隔24h调整投加量, 分别将投加量降至60 mg/L、50mg/L、40mg/L、30mg/L, 最终将投加量确定为30mg/L, 目的是使出水水质在达标排放的基础上, 降低污水处理厂除磷的成本。

　　 同时由图3可以看出, 在中试过程中, 进水TP波动较大, 为2.1~16.99 mg/L, 在投加药剂后, 出水总磷浓度一直维持在0.3mg/L左右, 说明由于水中的药剂一方面与磷酸根反应形成难溶的盐, 另一方面溶解和吸附发生水解反应生成长线性多核羟基络合物, 通过电中和、吸附架桥和絮凝体的卷扫使胶体凝聚, 再通过沉淀分离去除^[6~8]。最终随着活性污泥的自然沉淀沉入池底, 进而使TP浓度降低。

　　 在药剂用量方面, 中试过程明显优于实验室小试, 这说明在除磷的过程中, 微生物和药剂是有协同作用的, 可相互促进。中试期间, 在加入药剂后, 污水处理厂其他出水指标没有发生变化, 说明药剂的加入并没有影响微生物本身的作用。

　　 在中试结束后长期用药期间, 投加量继续降至25mg/L, 出水TP依然稳定达标。中试是在污水处理厂内进行的, 解决污水处理厂出水TP波动以及不达标的问题, 为以后的实际应用提供药制投加依据及相关操作经验。

　　 (1) 小试结果表明, “益维磷”在高浓度TP、低浓度TP均表现出了较好的去除效果。去除率分别为98.01%、63.64%, 出厂水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

　　 (2) 中试结果表明, 整个过程中, 出水TP含量一直稳定在0.34 mg/L左右, 最终药剂投加量为30mg/L。