污水廠應用除磷藥劑的比較研究

鄭文昕

（佛山水業集團新之源污水處理有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

化學除磷的主要反應原理是首先在污水處理反應中添加元素鹽類，金屬離子和磷酸鹽迅速融合，生成水溶性較小、晶體極小的金屬磷酸鹽物質，在流速梯度或混合擴散過程作用下相互接觸產生不溶性磷酸鹽或多磷酸鹽沉淀產物，然后再加入絮凝劑，通過沉淀分離或過濾分離等方法去除水體中的磷酸鹽，得到凈化后的污水和化學污泥，從而達到化學除磷的目的［1］。因此，化學除磷工藝包括4 個步驟：沉淀、混凝、絮凝和固液分離，這基本上就是磷酸鹽從液相轉移到固相的過程［2］。從以上分析可以看出，化學除磷的效率與沉淀絮凝過程直接相關，沉淀、混凝和磷酸鹽化合物的類型與化學除磷劑的類型和反應pH值等因素有關。因此，要提高污水廠化學除磷效率必須從化學除磷藥劑的種類、反應環境的pH值及除磷工藝等因素考慮。pH 值和除磷工藝不變的情況下，本次實驗關注的是化學除磷藥劑的種類即硫酸鋁和聚合氯化鋁［3］的區別，二者的主要成分都是三價鋁，反應機理也相似［2］。對聚合氯化鋁及硫酸鋁與Pam、磁粉聯合投加處理后污泥的出水SV、SS、TP進行實驗和分析，確定不同混凝劑的最佳投藥范圍，同時關注加藥過程對最終水質的其他影響，并在此基礎上結合該污水廠特點，進行加藥成本估算。

1 污水廠水質及除磷工藝概況

某污水廠是地埋式污水處理廠，采用了“A2O+MBBR”技術，其設計處理能力超過10 萬m3/d，目前已經成功投產，進水水質基本情況如下：SS 和TP 在2020—2022 年分別為106、113、122 mg/L 和2.83、2.40、2.03 mg/L，SS 升降比為14.76%，TP 升降比為-28.24%（2022 年數據統計到11 月份）。

進水TP 具體數據見圖1，進水TP 與季節關系不大，濃度呈現逐年下降趨勢。

圖1 逐年進水TP 情況

污水廠除磷的工藝原理：在T1 區中投加混凝劑（該污水廠使用的是硫酸鋁）后，再通過快速攪拌混合污水中的懸浮物質，產生的中和作用使污泥顆粒表面的負電荷被中和，讓污泥顆?！懊摲€”形成細小絮凝體；在T2 區加入的磁粉與濃縮的回流污泥在混合池中充分混合絮凝［3］?；炷A段產生的細小絮凝體流入T3 區，同時在T3 區加入絮凝劑（PAM），使得細小的絮凝體在電中和、吸附和架橋作用下形成大的絮凝體，并與磁粉相結合最終形成密度更大、更重的絮凝體網絡［3］。其除磷工藝詳見圖2。

圖2 污水廠除磷工藝

污泥車間現使用硫酸鋁［4］、PAM 和磁粉進行污泥調理，目前實際生產藥耗：硫酸鋁0.084 mg/L，PAM 0.42 mg/L，磁粉3.18 mg/L?，F存在藥耗高、硫酸鋁溶液易結晶堵塞管道的問題，因此考慮尋找聚合氯化鋁替代硫酸鋁，在保證污泥車間產能不變或提高的前提下，實現藥劑成本的降低。

2 過程與設計

2.1 藥劑種類梯度實驗

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，設計2 種除磷藥劑梯度投藥量分別為0.04、0.06、0.08、0.1 mg/L 的4 組實驗組且PAM 投藥量為0.2 mg/L［5］。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時檢測實驗水樣上清液的色度、SS 及TP［6］。

（1）取8 個燒杯，每2 個燒杯分為1 組，每個燒杯加入2000mL（即2L）曝氣池末端水樣；并單獨測此水樣SV，沉降30 min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（2）每組2 個燒杯，其中1 個加入一定量的硫酸鋁，另1 個加入同等量的聚合氯化鋁（第1 組加入0.08 mg；第2 組加入0.12 mg；第3 組加入0.16 mg；第4 組加入0.2 mg），2 個燒杯同時快速攪拌30 s。

（3）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（4）最后以組為單位加入等量的陰離子PAM 0.2 mg/L 慢速攪拌60 s，沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液送檢。

2.2 Pam 梯度實驗

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，根據2.1 節實驗數據設計2 種除磷藥劑投藥量同為0.08 mg/L 且PAM 梯度投藥量分別為0.2、0.3、0.4 mg/L。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時檢測實驗水樣上清液的色度、SS 及TP。

（1）取6 個燒杯，每2 個燒杯分為1 組，每個燒杯加入2000mL（即2L）曝氣池末端水樣；并單獨測此水樣SV，沉降30min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（2）每組2 個燒杯，其中1 個加入0.16 mg 的硫酸鋁和聚合氯化鋁，2 個燒杯同時快速攪拌30 s。

（3）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（4）最后以組為單位加入等量的陰離子PAM 0.2 mg/L 慢速攪拌60 s（第1 組加入0.4 mg；第2 組加入0.6 mg；第3 組加入0.8 mg），沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液送檢。

2.3 定量實驗

保證磁粉投加量3.13 mg/L不變的情況下，改變硫酸鋁、聚合氯化鋁及陰離子PAM 的投加量，設計A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L 這12 組控制變量為：硫酸鋁及聚鋁的梯度投藥量（0.04、0.06、0.08、0.1 mg/L）和PAM 梯度投藥量（0.2、0.3、0.4 mg/L）。觀察上清液及液面的混濁情況并記錄污泥SV，同時檢測實驗水樣上清液的色度、SS 及TP。

（1）取24 個燒杯，每2 個燒杯分為1 組，分別編號A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L 12 組。

（2）每個燒杯加入2 000 mL（即2 L）曝氣池末端水樣；并單獨測此水樣SV，沉降30 min 后隔開表面浮沫取上清液送檢。

（3）每組2 個燒杯，其中1 個加入一定量的硫酸鋁，另1 個加入同等量的聚合氯化鋁（A 組、B 組、C組加入0.08 mg；D 組、E 組、F 組加入0.12 mg；G 組、H組、I組加入0.16 mg；J組、K組、L組加入0.2 mg），2 個燒杯同時快速攪拌30 s。

（4）再加入3.18 mg/L 的磁粉慢速攪拌30 s。

（5）最后以組為單位加入一定量的陰離子PAM（A 組、D 組、G 組、J 組加入0.4 mg；B 組、E 組、H 組、K 組加入0.6 mg；C 組、F 組、I 組、L 組加入0.8 mg）慢速攪拌60 s，沉淀5 min，觀察其沉降性記錄SV，并隔開表面浮沫取上清液。

3 實驗數據及分析

3.1 藥劑種類梯度實驗

藥劑種類梯度實驗水樣為生化池末端（2 L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉慢攪30 s，加入PAM 慢攪60s。原水SV為16%，原水SS 為12mg/L，原水TP 為0.83 mg/L，磁粉為6.26 mg，實驗數據見表1。

表1 藥劑種類梯度實驗數據

實驗過程中通過肉眼可以觀察發現，在鋁離子藥劑投加量相同的情況下，無論量為多少，加入硫酸鋁藥劑的上清液浮沫均少于聚鋁上清液浮沫。觀察表1，2 種除磷藥劑投加量為0.08 mg/L 時出水SV、出水SS 和出水TP 數值最小，因此在Pam 梯度實驗時選用0.08 mg/L 的投加量。

3.2 Pam 梯度實驗

Pam 梯度實驗水樣為生化池末端（2 L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉慢攪30 s，加入PAM慢攪60 s。原水SV 為19.5%，原水SS 為18 mg/L，原水TP 為0.87 mg/L，磁粉為6.26 mg，實驗數據見表2。

表2 Pam 梯度實驗

實驗過程中通過肉眼可以觀察發現，在鋁離子藥劑投加量相同但改變Pam 投加量的情況下，加入2 種藥劑的上清液浮沫隨著投加量上升而下降。觀察表2，Pam 投加量為0.2 mg/L 時出水SV、出水SS數值最小，出水TP 在0.3 mg/L 時數值最小。確定了最佳投加范圍之后進行定量實驗。

3.3 定量實驗

定量實驗水樣為生化池末端（2L），加入聚鋁或硫酸鋁快攪30 s，加入磁粉6.26 mg 慢攪30 s，加入PAM慢攪60 s。原水SV 為16%，原水SS 為12 mg/L，原水TP為0.83mg/L，A、B、C組實驗數據見表3，A、B、C組平行樣1 實驗數據見表4，A、B、C 組平行樣2 實驗數據見表5，D、E、F組實驗數據見表6，D、E、F組平行樣1實驗數據見表7，D、E、F組平行樣2實驗數據見表8。

表3 A、B、C 組實驗數據

表4 A、B、C 組實驗數據（平行樣1）

表5 A、B、C 組實驗數據（平行樣2）

表6 D、E、F 組實驗數據

表7 D、E、F 組實驗數據（平行樣1）

表8 D、E、F 組實驗數據（平行樣2）

原水SV 為19.5%，原水SS 為18 mg/L，原水TP為0.91mg/L，磁粉為6.26 mg，G、H、J 組實驗數據見表9，G、H、J組平行樣1 實驗數據見表10，G、H、J組平行樣2 實驗數據見表11，J、K、L 組實驗數據見表12，J、K、L組平行樣1 實驗數據見表13，J、K、L組平行樣2 實驗數據見表14。

表9 G、H、J 組實驗數據

表10 G、H、J 組實驗數據（平行樣1）

表11 G、H、J 組實驗數據（平行樣2）

表12 J、K、L 組實驗數據

表13 J、K、L 組實驗數據（平行樣1）

表14 J、K、L 組實驗數據（平行樣2）

由表3—表14 可知，在保持磁粉投加量一定的情況下，所有樣品出水SS數值都是4 L，除磷效果隨著藥劑投加量的增大而提升，如圖3 所示。最理想的是H 組但是SV 最大，污泥SV 隨著聚合氯化鋁和PAM 的加藥量的變化一直在20%到42.5%之間波動，其中A、C、G 組2 個樣品SV 在20%左右，其余SV在30%左右，SV最小的一組是G組，同時其除磷效果較好，且A、C 組除磷效果相對G 組較差，所以最佳投加量選擇了G 組［7］。

圖3 硫酸鋁對比聚鋁出水SS 和TP

因為磁粉必須按投每升污泥加3.13 mg的藥劑，在此統計投加成本變化的時候將它暫時排除在外。目前污水廠陰離子PAM 為15 900 元/t，現使用量為配比濃度1‰（0.4 mg/L），即千噸水處理費6.36 元；10%硫酸鋁540 元/t，現使用量為0.084 mg/L，即千噸水處理費45.36 元；8%聚合氯化鋁519 元/t，參考使用量0.084 mg/L，即千噸水處理費43.596 元。組合為0.08 mg/L 硫酸鋁+0.2mg/L 陰離子PAM 可使上清液TP 為0.23 mg/L，5 min SV 為23%，此時千噸水藥劑費用為48.54 元；組合為0.08 mg/L 聚鋁+ 0.2 mg/L 陰離子PAM 可使上清液TP 為0.33mg/L，5min SV 為21%，此時千噸水藥劑費用為46.76 元。

4 結論

針對某污水廠進行一系列實驗，選取硫酸鋁、聚合氯化鋁作為除磷藥劑，控制投加PAM和磁粉的量，實驗得出以下結論：該污水廠現有硫酸鋁藥劑在混凝澄清效果上具有一定優勢，形成片狀礬花理論上更易被活性砂濾池截留等優勢。但由于硫酸鋁溶液易結晶易堵塞管道，使用該藥劑帶來的人工成本巨大。同時綜合除磷能力，投加后污泥的SV，聚合氯化鋁可以替代硫酸鋁，且對于預估更換的藥劑費用，聚合氯化鋁比硫酸鋁花費更小，具有較明顯的成本優勢。建議在除磷藥劑選擇及投加量（0.08 mg/L 鋁離子和0.2 mg/L PAM）上，結合該水廠自身水質特點進行調整。