市政污水厂工艺优化运行管理（四十八）

市政污水厂工艺优化运行管理（四十八）

磷作为生命体必需的元素，其过量排入天然水体是造成水库、湖泊等缓流水体富营养化的首要限制性因子。富营养化导致藻类疯长、水体透明度下降、溶解氧耗竭，严重破坏水生态系统平衡，威胁饮用水源安全。市政污水是环境中磷污染的主要来源之一。因此，强化市政污水处理厂的除磷功能，削减排入环境的磷负荷，对于保护我国水环境资源、实现可持续发展具有至关重要的战略意义。

 

随着我国对水环境保护力度的不断加大，市政污水处理厂出水标准日趋严格，特别是对总磷（TP）的排放限值提出了更高要求（如《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002中的一级A标准要求TP≤ 0.5mg/L），但是在实际的运行中，各地市出台的污水厂的地方和流域排放标准更加严格，沿用了地表水的指标体系，要求达到V类的标准TP≤ 0.4mg/L或者IV类的标准TP≤ 0.3mg/L，甚至III类的标准TP≤0.2mg/L的环境水体的总磷排放标准，磷是导致水体富营养化的关键因素，因此，高效、稳定且经济地除磷是市政污水处理厂运行的核心任务之一。

 

现阶段污水处理过程中总磷的主流的去除工艺主要是生物除磷与化学除磷工艺，但是生物除磷工艺的管理要求精细化程度更高，特别是在与生物脱氮之间的权衡上，更多的污水厂选择了生物脱氮，而忽略了生物除磷的要求，并通过化学除磷进行弥补，使污水厂在除磷上大量使用药剂，推高了运行成本，造成污水厂较大的成本支出。而对除磷工艺的优化，就是要对污水厂的生物除磷和化学除磷之间的关联性和最优化的管理进行的探讨，使污水处理厂在优化除磷工艺中得到成本的节约和效率的提升。

目前，市政污水处理厂广泛应用的除磷技术主要分为三类：生物法除磷和化学法除磷以及物理及深度除磷技术。

生物法除磷： 通过培养具有聚磷功能的微生物，使其在厌氧和好氧条件下交替运行，实现过量吸磷的目的。生物法具有运行成本低、可回收利用磷资源的潜力等优点，但对环境条件（如温度、pH值等）较为敏感，且除磷效率可能不如化学法稳定。

现行的污水处理厂主要采用的是强化生物除磷法（Enhanced Biological Phosphorus Removal, EBPR），EBPR工艺主要依赖于聚磷菌（Phosphorus Accumulating Organisms, PAOs）在厌氧/好氧交替环境下独特的代谢行为。在工艺设计上，针对PAOs的这种特性，会设置不同的氧气区域来实现聚磷菌的代谢功能。

 

厌氧区：PAOs利用进水中的挥发性脂肪酸（VFAs）等易降解有机物作为碳源合成体内储能物质（如PHB/PHV），此过程需要消耗能量，能量来源于其体内储存的多聚磷酸盐（Poly-P）的分解，从而将磷释放到混合液中，导致混合液中磷浓度升高。PAOs获得这种选择性优势的关键在于其在厌氧条件下能够优先吸收易降解有机物-挥发性脂肪酸（VFAs）并转化为胞内储存物质，从而避免在后续好氧段与其他异养菌竞争剩余有机物。这种独特的代谢策略是EBPR成功的根本所在。若厌氧条件未能有效建立或VFA供应不足，PAOs将无法有效积累胞内能量储备，从而在好氧段失去竞争优势，影响整体除磷效果。

好氧区：PAOs利用厌氧区储存的PHB/PHV进行好氧呼吸，获得大量能量。利用这些能量，PAOs会过量地从混合液中吸收磷，并以多聚磷酸盐的形式储存在体内。

分离区：从好氧区流出的活性污泥混合液MLSS携带着富集了磷的PAOs进入到二沉池或者别的泥水分离装置（例如：MBR）等，将活性污泥和去除了磷的清水分离，并通过排放富含磷的剩余污泥，实现系统总磷的去除。常见的EBPR工艺包括A/O、A?/O、UCT等。

化学法除磷： 通过向污水中投加金属盐类（如铝盐、铁盐等）或石灰，与溶解性磷酸盐反应生成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过沉淀、过滤等工艺去除。化学法具有除磷效率高、受环境因素影响小的优点，但运行成本较高，产生污泥量大。

钙盐（Ca²⁺）：通常以氢氧化钙（石灰）的形式投加。在中性污水中，石灰首先与碳酸氢根反应生成碳酸钙沉淀，有助于去除悬浮固体。当污水pH值升至10左右时，过量的钙离子会与磷酸盐反应生成羟基磷灰石（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）沉淀 。钙盐的投加量主要取决于废水的碱度而非磷酸盐浓度，通常在高pH值的工业废水中应用较多。处理后可能需要用二氧化碳降低pH值进行中和。

铝盐（Al³⁺）： 铝盐或聚合铝盐是污水处理厂广泛使用的除磷药剂，在污水中与磷酸盐反应生成磷酸铝（AlPO₄）沉淀 。其投加剂量根据需去除的磷量计算，但在低磷浓度下，其凝聚和去除效率可能下降。在实践中，铝盐投加量在50-200mg/L之间可实现80-90%的总磷去除率。

铁盐（Fe³⁺）： 如三氯化铁、硫酸盐和硫酸亚铁等，与磷酸盐结合形成磷酸铁（FePO₄）沉淀。铁盐呈酸性，反应中会生成H⁺，可能抑制反应向右进行，因此常需加入助凝剂（如石灰）来提高pH值，以加速反应并增强凝聚效果。

 

化学药剂的投加点对除磷效果和运行成本有重要影响，主要分为四种模式：

前投加：在初沉池进水处投加。优点是可增加初沉池对BOD和SS的去除，降低后续生物处理负荷。缺点是污水成分复杂导致药剂针对性差，需过量投加，生成的化学污泥难以脱水，且污泥产量显著增加50%-100%。 

同步投加： 最广泛使用的化学除磷工艺，通常在曝气池出水或二沉池进水处投加 。优点是除磷过程控制简单。缺点是不能使用石灰，且过量投加铝盐或铁盐可能导致生物反应池内pH值过低或产生生物毒性，影响活性污泥系统。污泥产量增加10%-25%，并可能影响污泥脱水性。 

后投加：在深度处理阶段，二沉池后投加。投资成本较高，但药剂作用最有效，因为前端已完成生物除磷，后期药剂使用量和污泥产生量最少，对生物处理影响最小，且最终出水磷含量可控性强。 

全投加：在多个地点同时投加。由于投加地点多、投加量大、运行管理复杂，一般很少采用。

化学除磷虽然能够稳定可靠地达到排放标准，且受季节温度变化影响不大，但增加的药剂成本和增加的污泥处置费用是其主要弊端。在四季分明的北方地区，当生物除磷效率受温度限制时，化学除磷的辅助作用尤为突出。然而，污水处理厂在设计和运行中必须在“生物除磷的经济性但受限性”与“化学除磷的高效性但高成本”之间进行策略性选择，通常倾向于“先生物强化，后物化辅助”，以期在保证出水达标的同时，尽可能降低总运行成本。