生活污水處理工藝中的除磷設計

１　設計背景
因城鎮污水處理廠部分選址建設于長江沿線，污水處理廠尾水直排長江。根據《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）的相關規定，為防止水體富營養化，改善受納水體環境質量，對處于長江沿線，尾水直排長江的鎮級及其以上的污水處理廠，要求進行提標改造，執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（ＧＢ１８９１８－２００２）一級Ａ標準排放，總磷指標嚴格控制在０．５ｍｇ／Ｌ以下。
目前城鎮污水處理廠主要以生物除磷工藝為主，生物除磷工藝能效有限，且受進水總磷濃度、環境和管理因素影響較大，導致污水廠出水總磷指標不穩定，不能滿足提標改造的工藝要求，鑒于此，處理生活污水的化學除磷工藝呼之欲出。
２　生活污水中磷的來源及形態
典型的生活污水中磷主要來源于含磷洗滌劑。通過對生活污水中磷的長期監測與統計，總磷濃度在３～５ｍｇ／Ｌ之間，無機磷含量約占總磷的６０％。無機磷以正磷酸鹽和偏磷酸鹽為主，偏磷酸鹽極不穩定，在有氧的環境下極易轉化為正磷酸鹽。
３　生物除磷工藝分析
３．１　生物除磷工藝原理分析
生物除磷工藝中，微生物在去除碳元素的同時吸收污水中的磷元素合成自身細胞物質和合成ＡＴＰ等，最終以污泥的形式排出污水處理系統，從而達到去除磷的目的，依靠合成細胞物質方式除磷的功效極低，總磷去除率在２０％左右。因此，為提高生物除磷能力，在泥法除磷工藝中，設置厭氧段，通過回流二沉池污泥至厭氧池，培養聚磷菌等除磷優勢菌群，通過厭氧釋磷，好氧過度吸磷，再將過度吸磷的污泥從二沉池排出污水處理系統，此法可將生物除磷的功效提高到７０％左右。
３．２　常用的生物除磷工藝
生物除磷工藝均為活性污泥法工藝，應用較為普遍的除磷工藝有以下幾種：Ａ／Ｏ 及Ａ２／Ｏ 工藝、ＵＣＴ 工藝、ＳＢＲ及其變種工藝、ＶＩＰ工藝、Ｐｈｏｒｅｄｏｘ工藝、旁硫除磷－Ｐｈｏｓｔｒｉｐ工藝、Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ生物除磷工藝等。
３．３　生物除磷工藝控制條件
為達到良好的生物除磷效果，要求ＮＯ－３ 、ＮＯ－２濃度極低，溶解氧在０．２ｍｇ／Ｌ以下、氧化還原電位低于１５０ｍＶ，水溫控制在３０℃左右，ｐＨ 值控制在７～８之間，富磷污泥須在２ｈ內壓濾脫水，否則污泥厭氧釋磷，返回污水處理系統，降低脫磷效能。除磷菌每去除１ｍｇ　ＢＯＤ５，消耗０．０４～０．０８ｍｇ磷，ＢＯＤ５：ＴＰ的比值宜大于２０，或溶解性ＢＯＤ５和溶解性磷大于１５∶１。
３．４　生物除磷工藝的優缺點
３．４．１　優點
基建投資和運行費用較低。
３．４．２　缺點
（１）效能較低。廢水中總磷含量低于３ｍｇ／Ｌ時，出水總磷含量能達１ｍｇ／Ｌ以下，基本能滿足出水達ＧＢ１８９１８－２００２中一級Ｂ標準要求，超過３ｍｇ／Ｌ時，單靠生物脫磷工藝，難以保證污水廠出水總磷達標。
（２）受溫度影響較大。生物除磷工藝為泥法工藝，冬季低溫運行時，除磷效率降低，難以保證污水廠出水總磷指標穩定達標。
（３）控制條件較嚴格，要求運維人員具有豐富的運維管理經驗。
（４）除磷污泥不穩定，易厭氧釋磷經壓濾脫水后從返污水處理系統。
４　化學除磷工藝分析
４．１　化學除磷工藝原理分析
化學除磷原理即是投加化學藥劑，使廢水中的磷酸根轉化為難溶的磷酸鹽沉淀物，通過沉淀排泥，將含磷化學污泥排出污水處理系統，達到降低廢水中總磷濃度的目的。常見的磷酸鹽難溶物有磷酸鋁（ＡｌＰＯ４，溶度積：６．３×１０－１９）、磷酸鐵（ＦｅＰＯ４·２Ｈ２Ｏ：９．９１×１０－１９）、磷酸鈣（Ｃａ３（ＰＯ４）２，溶度積：２．０×１０－２９）。
４．２　常用的化學除磷藥劑
污水處理工程中主要使用聚合氯化鋁（ＰＡＣ）和聚合硫酸鐵（ＰＦＳ）作為除磷劑。從小試實驗可知，以聚合硫酸鐵作為除磷劑，形成的磷酸鐵污泥更為密實，比重較大，沉淀效果更佳，但如若掌控不好，投加過量，極易使出水顯色，且聚合硫酸鐵具有腐蝕性，對溶配設備的材質要求相對較高。因此，工程中使用聚合氯化鋁作為除磷劑更為普遍。
４．３　化學除磷前提條件
生活污水處理工程中，只需要前端的生化處理單元將有機磷轉化為無機磷，測試曝氣池末端水質中正磷酸鹽含量在總磷中的占比，達到９５％以上，即可通過化學除磷方法保證出水總磷穩定達標。
４．４　影響化學除磷的主要因素
４．４．１　溫度