目前，我國(guó)85%的湖泊均存在不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化，有研究表明，城市污水的不合理排放是導(dǎo)致自然水體中磷含量超標(biāo)的主要因素。對(duì)于低碳源的城市污水而言，其通常難以同時(shí)滿足生物脫氮及生物除磷對(duì)碳源的需求，從而導(dǎo)致污水處理工藝的除磷效率低下。為達(dá)到日趨嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)輔助除磷方法逐漸被廣泛采用。化學(xué)法除磷的效率高于生物法，且操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠。

北京排水集團(tuán)吳家村污水處理廠目前使用的除磷劑是液態(tài)聚合鋁鐵（LPAFC）。筆者通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比了聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硅酸鋁鐵（PAFSi）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）和該廠目前使用的液態(tài)聚合鋁鐵等混凝劑的除磷效能及成本情況，以期為該污水廠深度除磷提供參考。

1材料和方法

1.1藥劑

5種用作除磷劑的混凝劑均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，除LPAFC來(lái)自淄博華清凈水產(chǎn)品有限公司外，其余產(chǎn)品均來(lái)自湖北盛世環(huán)保科技有限公司。PFS，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥24.40%；PAC，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥29.05%；PAFSi，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.54%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥18.30%；PAFC，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥2.46%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥23.60%；液態(tài)聚合鋁鐵，F(xiàn)e2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥3.94%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥2.36%。PFS、PAC、PAFSi、PAFC為固體，使用時(shí)均配制成1%的溶液。

1.2試驗(yàn)條件及方法

試驗(yàn)以吳家村污水處理廠的沉砂池出水為原水，pH為7.37～7.69，濁度為258～541NTU，COD為716.26～939.1mg/L，TP為3.28～7.14mg/L，TN為82～138.4mg/L。采用燒杯試驗(yàn)進(jìn)行混凝試驗(yàn)，試驗(yàn)在MY3000-6A型六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌儀上進(jìn)行。取1L水樣置于6個(gè)燒杯中，加入一定量混凝劑，先以300r/min速度快速攪拌1min，再以50r/min速度慢速攪拌15min，最后靜置沉淀15min，取液面下2~3cm處水樣測(cè)定pH、TP、濁度、COD、TN等。

1.3檢測(cè)方法

COD采用快速密閉催化消解法；TP采用鉬銻抗分光光度法；TN采用哈希試劑；pH采用sension1便攜式pH測(cè)量?jī)x；濁度采用HI98703高精度數(shù)據(jù)型濁度測(cè)定儀。

2結(jié)果與討論

2.1對(duì)TP的去除效果

研究藥劑投加量和TP去除率之間的關(guān)系，通常用投藥量系數(shù)β表示，即：β＝n（M）∶n（TP）。本試驗(yàn)中M代表三價(jià)金屬陽(yáng)離子，即Fe和/或Al。β受多種因素影響，其理論值為1，但實(shí)際值通常在2～3或者更高〔5〕。

針對(duì)5種不同的除磷藥劑，投藥量系數(shù)與對(duì)應(yīng)的TP去除效果見圖1。

從圖1可以看出，對(duì)于PFS、PAC、PAFSi、PAFC和LPAFC這5種混凝劑，除磷率均隨β的升高（投藥量的增加）而升高；β=2時(shí)，5種混凝劑出水TP質(zhì)量濃度依次為PFS<LPAFC<PAFC<PAFSi<PAC。對(duì)于吳家村污水處理廠目前正在使用的LPAFC而言，其在β=4.33時(shí)，出水TP質(zhì)量濃度為0.8mg/L，達(dá)到國(guó)家一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2對(duì)COD的去除效果

不同β下5種混凝劑對(duì)COD的去除率見圖2。

由圖2可以看出，對(duì)于PFS和LPAFC，污水COD的去除率大致隨藥劑投加量的加大而增加，而PAC、PAFSi和PAFC對(duì)COD的去除率具有一定的波動(dòng)性。在試驗(yàn)投藥量范圍內(nèi)，PAC對(duì)COD的去除率最高，達(dá)到了75.40%，其次是PAFSi、PAFC、PFS和LPAFC，去除率分別為65.55%、63.51%、62.62%、50.30%，對(duì)應(yīng)的β為3.80、2.00、3.20、2.00、4.33。

PAC高效去除COD的主要原因在于其高效的絮凝作用，不僅能夠去除SS形態(tài)的COD，還能夠去除膠體態(tài)的COD。

2.3對(duì)TN的去除效果

不同β下5種混凝劑對(duì)TN的去除率見圖3。

由圖3可以看出，5種混凝劑對(duì)TN的去除率沒有明顯的規(guī)律，去除率都比較低。PAC在β=3.04時(shí)，對(duì)TN的去除率達(dá)到了33.77%，而PFS、PAFSi、PAFC、LPAFC的最高去除率分別只有27.19%、17.44%、16.02%、13.58%。

污水中的TN主要以NO3-、NO2-和NO4+等無(wú)機(jī)氮和蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺等有機(jī)氮等形式存在。對(duì)氮的去除主要依靠的是生物作用，混凝過(guò)程中TN的去除來(lái)自于含氮物質(zhì)與混凝劑的共沉降，這可能是導(dǎo)致TN去除率較低的一個(gè)原因。

2.4對(duì)濁度的去除效果

不同β下5種混凝劑對(duì)濁度的去除率如圖4所示。

由圖4可以看出，5種混凝劑對(duì)濁度的去除率隨著投加量的增加而增大。其中PAFSi和PAFC對(duì)濁度的去除率最高，分別達(dá)到了91.48%和91.24%，對(duì)應(yīng)的β為2.47和3.20，投加質(zhì)量濃度均為100mg/L。其次是PFS和LPAFC，去除率分別為88.57%和85.91%。而PAC對(duì)濁度的去除效果最差，去除率只有64.65%。

2.5藥劑最佳投加量的確定

北京吳家村污水處理廠采用循環(huán)式活性污泥（CAST）工藝。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水TP質(zhì)量濃度總體上維持在5mg/L左右，出水TP質(zhì)量濃度平均為2.9mg/L，去除率為56.9%，不能滿足出水標(biāo)準(zhǔn)。

為達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，采用前置化學(xué)輔助除磷工藝。在除磷率為56.9%的前提下，要使出水達(dá)到國(guó)家一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，生化池的進(jìn)水TP質(zhì)量濃度應(yīng)該控制在2.3mg/L以下。通過(guò)試驗(yàn)確定化學(xué)除磷階段，投加PFS、PAC、PAFSi、PAFC和LPAFC時(shí)分別按β為1.49、3.54、2.94、3.20、1.76投加可以滿足生化池進(jìn)水要求，對(duì)應(yīng)的投加質(zhì)量濃度分別為72、93、116、100、204mg/L。

2.6經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)根據(jù)所選藥劑的現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)分析，見表1。

從表1可以看出，LPAFC的單位藥劑成本最低，只有0.12元/m3，因此建議采用LPAFC作為化學(xué)輔助除磷藥劑。

2.7藥劑投加量與出水TP濃度的相關(guān)性

以LPAFC作為同步除磷藥劑，在不同藥劑投量下分析投藥量系數(shù)β與出水TP濃度的相關(guān)性。結(jié)果表明：當(dāng)β≤4.33時(shí)，β與出水TP濃度呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，相關(guān)函數(shù)為y=0.0111x2-0.6401x+3.3772（R2=0.9991）。在實(shí)際污水處理中，可以參考其相關(guān)關(guān)系，研究并推廣污水處理廠化學(xué)除磷工藝精確控制技術(shù)，在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)降低藥劑投加量，同時(shí)減少污泥排放量，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能和優(yōu)化運(yùn)行的目的。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3結(jié)論

對(duì)PFS、PAC、PAFSi、PAFC和北京排水集團(tuán)吳家村污水處理廠目前所用的液態(tài)聚合鋁鐵等5種混凝劑的除磷效能進(jìn)行了考察，得出以下結(jié)論：

（1）5種藥劑對(duì)TP、COD和濁度都有一定的去除，但是對(duì)TN的去除率很低。

（2）β=2條件下，PFS對(duì)TP的去除效果最好。要使吳家村污水處理廠的出水達(dá)到國(guó)家一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)條件下PFS、PAC、PAFSi、PAFC和液態(tài)聚合鋁鐵的投加質(zhì)量濃度分別為72、93、116、100、204mg/L，相應(yīng)的單位藥劑處理成本為0.17、0.14、0.20、0.16、0.12元/m3，因此建議仍采用目前所用的液態(tài)聚合鋁鐵作為化學(xué)輔助除磷藥劑。

（3）當(dāng)選擇液態(tài)聚合鋁鐵作為同步除磷藥劑時(shí)，在β≤4.33的條件下，β與出水TP濃度呈現(xiàn)較好的相關(guān)性。

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