摘要：結果表明，富磷污水化學除磷過程可以緩解碳酸鹽對除磷藥劑的競爭，當側流化學除磷池以ρ(P)=3～5 mg/L作為出水磷質量濃度控制目標時，單位藥劑(CaO/mg)除磷量為0.6～0.2 mg;除磷藥劑的用量為城市污水直接化學除磷系統的7.7%～8.4%;處理單位體積(1 m3) ρ(P)=50 mg/L的富磷污水時，可以得到0.27 kg含磷率為17%的化學污泥。SBR側流除磷工藝可以回收污水中65%的磷，當提高SBR運行周期n和充水比λ時，磷的回收率有望進一步增加。

　　關鍵詞：污水處理,化學分析,化學除磷

　　傳統生物除磷技術是通過排除好氧吸磷污泥的方式來去除污水中的磷，除磷效果與污泥含磷率和排放量有關。因此，通常認為短污泥齡是保證系統具有良好除磷效果的前提，致使同時生物除磷脫氮系統存在著污泥齡難以協調的問題。實質上，聚磷菌的超量吸磷、釋磷能力可以將城市污水中低濃度的磷酸鹽交替地富集在好氧污泥或厭氧污水中。顯然，排除高濃度厭氧釋磷污水和排除富磷的好氧吸磷污泥一樣，都可以實現污水處理系統磷的有效去除，即側流除磷，但在側流除磷過程中，須用化學藥劑將磷固定。Phostrip、BCFS以及該課題組開發的好氧污泥外循環序批式反應器工藝(external recy—cleprocess of aerobic sludge in sequencing batchreactor activated sludge process，ERP—SBR) 都是具有側流除磷特征的污水處理工藝。其中，ERP—SBR側流工藝是一種部分好氧污泥外循環的強化厭氧釋磷工藝，在輔以側流除磷技術的情況下，使污水處理系統有較好的除磷脫氮效果。

　　目前，在生物除磷脫氮系統中，越來越多的學者認為化學除磷是保證污水處理系統穩定達標排放的重要手段，但從化學除磷的角度，如何提高藥劑的利用率、減低藥劑成本卻鮮有人研究，筆者以課題組長期運行的ERP—SBR側流除磷工藝為基礎，以強化厭氧釋磷池富磷上層清液的化學固磷過程為研究對象，探索藥劑利用率高、化學污泥磷含量高的化學除(固)磷條件，為污水處理系統的低成本化學除磷和磷資源回收提供參考。

　　1 工藝與方法

　　1.1 ERP—SBR側流除磷工藝流程和裝置ERP—SBR側流除磷工藝流程見圖1。該系統包括3個主要反應器：SBR主反應器、強化厭氧釋磷池和化學除磷池，有效體積分別為18，3，2L。SBR主反應器用小砂頭充氧曝氣、機械方式攪拌，利用微電腦定時控制器實現曝氣、攪拌以及沉淀過程的自動切換。SBR主反應器采用間歇進水、間歇排水方式運行，周期進水量為11 L，周期為8 h(3周期/d)，運行工況為：進水厭氧2h—好氧3h—缺氧攪拌1.5 h—后曝氣0.5 h—沉淀排水、污泥外循環、閑置共1h。

　　在實驗運行過程中，每天有2個運行周期進行好氧污泥外循環：將沉淀排水后SBR反應器中混合液約0.5 L 排放至強化厭氧釋磷池中，加入2L實驗污水，在磁力攪拌作用下厭氧釋磷4 h;然后靜置沉淀，將分離產生的上層清液約1.5～2 L導入化學除磷池，加入石灰乳進行磷的化學固定，除磷后的上層清液匯入實驗污水;釋磷池污泥轉入SBR反應器參與好氧(部分時段)以及后續的缺氧和后曝氣階段的反應過程。運行過程中未進行專門的排泥，系統污泥的損失完全來自指標測試，約為300 mL/d，系統污泥齡大約為60 d，穩定運行階段SBR主反應器的污泥質量濃度為6.5～7.5 g/L。

　　在實驗運行過程中，每天有2個運行周期進行好氧污泥外循環：將沉淀排水后SBR反應器中混合液約0.5L排放至強化厭氧釋磷池中，加入2L實驗污水，在磁力攪拌作用下厭氧釋磷4 h;然后靜置沉淀，將分離產生的上層清液約1.5～2 L導入化學除磷池，加入石灰乳進行磷的化學固定，除磷后的上層清液匯入實驗污水;釋磷池污泥轉入SBR反應器參與好氧(部分時段)以及后續的缺氧和后曝氣階段的反應過程，運行過程中未進行專門的排泥，系統污泥的損失完全來自指標測試，約為300 mL/d，系統污泥齡大約為60d，穩定運行階段SBR主反應器的污泥質量濃度為6.5～7.5 g/L。

　　1.2 實驗水質及測定方法

　　ERP—SBR側流除磷工藝處理的污水為某大學校園生活污水，測定方法：HACHDR/2O10 COD測定儀測定污水中化學需氧量(COD);過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定污水中總N 的質量濃度;鈉氏試劑光度法測定污水中NH-N 的質量濃度;鉬酸銨分光光度法測定污水中總P的質量濃度;ORP-431測定儀測定污水的pH 值;YSI5100 DO測定儀測定污水中的溶解氧(DO)，質量法測定污水中的懸浮物(MLSS)，實驗期間水質質量濃度變化為，ρ(COD)=238～694 mg/L ;ρ(N)=28.6～58.3 mg/L;ρ(NH3-N)=20.6～51.4 mg/L;ρ(P)=5.5～13.25 mg/L;pH=7～8.實驗溫度控制在22～3O℃。

　　1.3 實驗方法

　　為了探索側流除磷工藝化學固磷系統較為理想的運行條件，以課題組長期運行的ERP—SBR側流除磷工藝中強化厭氧釋磷池富磷上層清液為研究對象，通過添加Na2HPO4模擬不同質量濃度的厭氧富磷污水，以除磷藥劑加人量和所得污泥中磷的質量含量為考察指標，探索較為理想的有利于磷資源回收的化學除磷系統。

　　2 結果與討論

　　2.1 富磷污水磷質量濃度與藥劑加入量的關系污水中，不同磷質量濃度的厭氧釋磷池上層清液在化學除磷過程中對藥劑(石灰)需求見圖2～3。圖中，ρt (P)= 7 mg/L的曲線代表了城市污水直接化學除磷時的藥劑消耗情況;ρch為出水磷的質量濃度;m ch (P)為單位石灰除磷質量。

　　由圖2～3可知，藥劑加入量越大，化學除磷池上層清液中磷的質量濃度就越低;在富磷污水中，磷質量濃度高且藥劑加入量較低的情況下，單位藥劑(CaO/mg)的除磷量更多，藥劑利用率最大;當ρ(CaO)>200 mg/L時，化學除磷池中殘留在溶液中的磷質量濃度卻幾乎相同，和原始磷質量濃度的關系不明顯。說明在化學除磷系統中確定合理的化學除磷平衡點(即化學除磷池上層清液中磷的質量濃度)，可以降低化學除磷藥劑的加入量，提高藥劑的利用率。結合ERP-SBR工藝運行方式可知，由于化學除磷池上層清液依然含有釋磷污水攜帶的氨氮和COD，不作為直接外排水而是匯人污水池。因此，從藥劑有效利用率的角度，建議把化學除磷池上層清液中ρ(P)=3～5mg/L作為化學除磷平衡控制點，此時藥劑(Ca0)的加人量ρ(CaO)=130～l50 mg/L，單位藥劑(CaO/mg)的除磷量為0.6～0.2 mg。與城市污水化學除磷系統的單位藥劑(CaO/mg)除磷量相比(0.023 mg)，增加了8～25倍。

　　2.2 堿度對化學除磷過程的影響

　　當用石灰直接去除城市污水中低質量濃度的磷時，通常認為石灰藥劑的加入量取決于污水堿度而不是磷酸鹽濃度。藥劑的有效利用率低、費用高。究其原因是，石灰不僅可以和磷酸鹽反應生成磷酸鈣，同時還可以和污水中的碳酸鹽反應生成碳酸鈣，而碳酸鹽是影響污水堿度最主要的物質，當磷的質量濃度較小時，碳酸鹽的競爭或污水堿度的影響就更加明顯，為了研究污水堿度對富磷污水除磷系統的影響，以ERP—SBR工藝厭氧釋磷污水為基礎，通過加入石灰乳人工調配富磷污水的堿度(圖4～5)。圖4～5分別反映了污水堿度。ρ(CaO)/(mg·L )對富磷污水ρt(P)=50 mg/L和城市污水ρ(P)=7 mg/L化學除磷系統的影響。

　　由圖4～5可知，污水的堿度越大，達到同樣的處理程度所需要的石灰藥劑量越高;在石灰藥劑加入量相同的情況下，污水堿度越高，化學除磷池出水中磷的質量濃度越高，對比2個實驗系統發現，污水堿度對城市污水化學除磷池出水磷質量濃度的影響較顯著，而藥劑的加入量卻對富磷污水化學除磷池上層清液中磷的質量濃度的影響更直接，值得注意的是，2種化學除磷方法的除磷池上層清液中磷的質量濃度的控制點是不一樣的，富磷污水的平衡質量濃度可以設定為5 mg/L，而在城市污水化學除磷系統中，則宜按達標排放(0.5mg/L)進行核定，據此，可以估算2種除磷方法化學藥劑的耗量。

　　1)城市污水直接化學除磷石灰消耗量。基本條件：城市污水中ρ(CaO)=100～150mg/L，經過生物脫氮后，由于硝化、反硝化作用的存在，二沉池后出水堿度比原污水下降3O%;城市污水中ρ(P)=7mg/L，經過二級生物處理后，由于同化作用的存在，磷的質量濃度下降30%。由圖5可知，對上述二沉池出水實施化學除磷，并以ρ(P)=0.5 mg/L為處理出水控制標準時，單位體積(1m3)污水將消耗200～250 g石灰，按處理1萬t/d污水計，石灰消耗量為2～2.5 t/d。

　　2)ERP—SBR工藝側流化學除磷石灰消耗量。基本條件：根據工藝運行方式，ERP—SBR實驗系統處理水量為33 L/d，進入化學除磷池的富磷上層清液約3～4 L/d，相當于處理水量的9～12 。經測試富磷污水的堿度，其值和原污水相當，ρ(CaO)=1O0～150mg/L。由圖4可知，對富磷污水實施化學除磷，并以5mg/L為處理出水控制目標時，處理單位體積(1m)富磷污水將消耗140 g石灰，換算成處理單位體積(1m)城市污水的消耗量為12.6～16.8 g石灰，僅為城市污水化學除磷系統藥劑耗量的7.7 ～8.4 。

　　2.3 化學富磷污泥產量及其中磷的質量分數

　　石灰與磷酸鹽可以生成多種形式的鈣鹽，其中CaHP04，Ca3 (P04) 2，Ca5(P04) 30H較為常見。實際上，在含碳酸鹽的開放污水系統中，較難生成特定形式的純磷酸鹽晶體，通常是一系列較難計量的磷酸鹽和碳酸鹽沉淀混合物，研究了富磷污水化學除磷過程，化學污泥產率及污泥中磷的質量分數。將ρ(P)=50 mg/L，ρ(Ca0)=166 mg/L的富磷污水1000mL加入6個1000mL的燒杯中，分別加入不同質量的石灰;然后以160r/min的轉速攪拌1 min，80r/min攪拌4min，40r/min慢速攪拌6min，靜沉30min后取上層清液測定磷的質量濃度;過濾后用質量法測定化學污泥質量，根據化學反應前后磷的質量濃度差異計算污泥中磷的質量分數(圖6)，由圖6可知，伴隨著藥劑加入量的增加，化學除磷池出水磷酸鹽質量濃度逐漸降低，化學污泥產量逐漸增加，而化學污泥中磷的質量分數卻逐漸下降;當ρ(CaO)=13O～140 mg/L時，化學除磷池上層清液中ρt(P)< 5 mg/L，化學污泥產生量約為0.27 kg/m。(干質量)，污泥中W (P)=17%，相當于含有38%的P2O5或85%的Ca3PO4，這種高含磷的化學污泥可以直接作為磷資源加以回收利用。

　　3 結論

　　(1)在富磷污水側流化學除磷系統中，確定合理的化學除磷平衡點，可以降低化學除磷藥劑的加入量，提高藥劑利用率。建議化學除磷池中以ρ(p)=3-5mg/L作為處理出水磷質量濃度的控制目標，此時藥劑加入量ρ(CaO)130-150mg/L,單位藥劑(CaO/mg)除磷量為0.6-0.2 mg 。

　　(2)在城市污水化學除磷系統中，石灰的加入量主要取決于污水的堿度;富磷污水側流化學磷系統中，石灰藥劑的加入量將直接影響除磷效果，與城市污水直接化學除磷系統相比較，富磷污水側流化學除磷工藝只有相當于進水總量9%-12%的厭氧釋磷液需要進行化學除磷。富磷污水側流化學除磷系統，石灰藥劑(CaO/mg)的用量僅為城市污水直接化學除磷系統的7.7%-8.4%。

　　(3)處理單位體積(1m3)ρ(p)=50mg/L的富磷污水，可以得到0.27kg的ω(p)=17%的化學污泥，城市污水中磷資源的回收率可以達到65%，進一步提高SBR運行周期n和充水比λ，磷的回收率有望進一步增加。