生活污水处理工艺中的除磷设计

１　设计背景
因城镇污水处理厂部分选址建设于长江沿线，污水处理厂尾水直排长江。根据《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）的相关规定，为防止水体富营养化，改善受纳水体环境质量，对处于长江沿线，尾水直排长江的镇级及其以上的污水处理厂，要求进行提标改造，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８－２００２）一级Ａ标准排放，总磷指标严格控制在０．５ｍｇ／Ｌ以下。
目前城镇污水处理厂主要以生物除磷工艺为主，生物除磷工艺能效有限，且受进水总磷浓度、环境和管理因素影响较大，导致污水厂出水总磷指标不稳定，不能满足提标改造的工艺要求，鉴于此，处理生活污水的化学除磷工艺呼之欲出。
２　生活污水中磷的来源及形态
典型的生活污水中磷主要来源于含磷洗涤剂。通过对生活污水中磷的长期监测与统计，总磷浓度在３～５ｍｇ／Ｌ之间，无机磷含量约占总磷的６０％。无机磷以正磷酸盐和偏磷酸盐为主，偏磷酸盐极不稳定，在有氧的环境下极易转化为正磷酸盐。
３　生物除磷工艺分析
３．１　生物除磷工艺原理分析
生物除磷工艺中，微生物在去除碳元素的同时吸收污水中的磷元素合成自身细胞物质和合成ＡＴＰ等，最终以污泥的形式排出污水处理系统，从而达到去除磷的目的，依靠合成细胞物质方式除磷的功效极低，总磷去除率在２０％左右。因此，为提高生物除磷能力，在泥法除磷工艺中，设置厌氧段，通过回流二沉池污泥至厌氧池，培养聚磷菌等除磷优势菌群，通过厌氧释磷，好氧过度吸磷，再将过度吸磷的污泥从二沉池排出污水处理系统，此法可将生物除磷的功效提高到７０％左右。
３．２　常用的生物除磷工艺
生物除磷工艺均为活性污泥法工艺，应用较为普遍的除磷工艺有以下几种：Ａ／Ｏ 及Ａ２／Ｏ 工艺、ＵＣＴ 工艺、ＳＢＲ及其变种工艺、ＶＩＰ工艺、Ｐｈｏｒｅｄｏｘ工艺、旁硫除磷－Ｐｈｏｓｔｒｉｐ工艺、Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ生物除磷工艺等。
３．３　生物除磷工艺控制条件
为达到良好的生物除磷效果，要求ＮＯ－３ 、ＮＯ－２浓度极低，溶解氧在０．２ｍｇ／Ｌ以下、氧化还原电位低于１５０ｍＶ，水温控制在３０℃左右，ｐＨ 值控制在７～８之间，富磷污泥须在２ｈ内压滤脱水，否则污泥厌氧释磷，返回污水处理系统，降低脱磷效能。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　生物除磷工艺的优缺点
３．４．１　优点
基建投资和运行费用较低。
３．４．２　缺点
（１）效能较低。废水中总磷含量低于３ｍｇ／Ｌ时，出水总磷含量能达１ｍｇ／Ｌ以下，基本能满足出水达ＧＢ１８９１８－２００２中一级Ｂ标准要求，超过３ｍｇ／Ｌ时，单靠生物脱磷工艺，难以保证污水厂出水总磷达标。
（２）受温度影响较大。生物除磷工艺为泥法工艺，冬季低温运行时，除磷效率降低，难以保证污水厂出水总磷指标稳定达标。
（３）控制条件较严格，要求运维人员具有丰富的运维管理经验。
（４）除磷污泥不稳定，易厌氧释磷经压滤脱水后从返污水处理系统。
４　化学除磷工艺分析
４．１　化学除磷工艺原理分析
化学除磷原理即是投加化学药剂，使废水中的磷酸根转化为难溶的磷酸盐沉淀物，通过沉淀排泥，将含磷化学污泥排出污水处理系统，达到降低废水中总磷浓度的目的。常见的磷酸盐难溶物有磷酸铝（ＡｌＰＯ４，溶度积：６．３×１０－１９）、磷酸铁（ＦｅＰＯ４·２Ｈ２Ｏ：９．９１×１０－１９）、磷酸钙（Ｃａ３（ＰＯ４）２，溶度积：２．０×１０－２９）。
４．２　常用的化学除磷药剂
污水处理工程中主要使用聚合氯化铝（ＰＡＣ）和聚合硫酸铁（ＰＦＳ）作为除磷剂。从小试实验可知，以聚合硫酸铁作为除磷剂，形成的磷酸铁污泥更为密实，比重较大，沉淀效果更佳，但如若掌控不好，投加过量，极易使出水显色，且聚合硫酸铁具有腐蚀性，对溶配设备的材质要求相对较高。因此，工程中使用聚合氯化铝作为除磷剂更为普遍。
４．３　化学除磷前提条件
生活污水处理工程中，只需要前端的生化处理单元将有机磷转化为无机磷，测试曝气池末端水质中正磷酸盐含量在总磷中的占比，达到９５％以上，即可通过化学除磷方法保证出水总磷稳定达标。
４．４　影响化学除磷的主要因素
４．４．１　温度