１　設(shè)計背景
因城鎮(zhèn)污水處理廠部分選址建設(shè)于長江沿線，污水處理廠尾水直排長江。根據(jù)《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）的相關(guān)規(guī)定，為防止水體富營養(yǎng)化，改善受納水體環(huán)境質(zhì)量，對處于長江沿線，尾水直排長江的鎮(zhèn)級及其以上的污水處理廠，要求進(jìn)行提標(biāo)改造，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ１８９１８－２００２）一級Ａ標(biāo)準(zhǔn)排放，總磷指標(biāo)嚴(yán)格控制在０．５ｍｇ／Ｌ以下。
目前城鎮(zhèn)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(jìn)水總磷濃度、環(huán)境和管理因素影響較大，導(dǎo)致污水廠出水總磷指標(biāo)不穩(wěn)定，不能滿足提標(biāo)改造的工藝要求，鑒于此，處理生活污水的化學(xué)除磷工藝呼之欲出。
２　生活污水中磷的來源及形態(tài)
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(jiān)測與統(tǒng)計，總磷濃度在３～５ｍｇ／Ｌ之間，無機(jī)磷含量約占總磷的６０％。無機(jī)磷以正磷酸鹽和偏磷酸鹽為主，偏磷酸鹽極不穩(wěn)定，在有氧的環(huán)境下極易轉(zhuǎn)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(xì)胞物質(zhì)和合成ＡＴＰ等，終以污泥的形式排出污水處理系統(tǒng)，從而達(dá)到去除磷的目的，依靠合成細(xì)胞物質(zhì)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(shè)置厭氧段，通過回流二沉池污泥至厭氧池，培養(yǎng)聚磷菌等除磷優(yōu)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(tǒng)，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(yīng)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(dá)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(nèi)壓濾脫水，否則污泥厭氧釋磷，返回污水處理系統(tǒng)，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(yōu)缺點
３．４．１　優(yōu)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(dá)１ｍｇ／Ｌ以下，基本能滿足出水達(dá)ＧＢ１８９１８－２００２中一級Ｂ標(biāo)準(zhǔn)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(dá)標(biāo)。
（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(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
（３）控制條件較嚴(yán)格，要求運維人員具有豐富的運維管理經(jīng)驗。
（４）除磷污泥不穩(wěn)定，易厭氧釋磷經(jīng)壓濾脫水后從返污水處理系統(tǒng)。
４　化學(xué)除磷工藝分析
４．１　化學(xué)除磷工藝原理分析
化學(xué)除磷原理即是投加化學(xué)藥劑，使廢水中的磷酸根轉(zhuǎn)化為難溶的磷酸鹽沉淀物，通過沉淀排泥，將含磷化學(xué)污泥排出污水處理系統(tǒng)，達(dá)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(xué)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(shè)備的材質(zhì)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(xué)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(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，測試曝氣池末端水質(zhì)中正磷酸鹽含量在總磷中的占比，達(dá)到９５％以上，即可通過化學(xué)除磷方法保證出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
４．４　影響化學(xué)除磷的主要因素
４．４．１　溫度
水溫對除磷效果的影響較大，水溫過高或過低對除磷反應(yīng)都不利，反應(yīng)溫度在１０～３０℃之間。
４．４．２　酸堿度
除磷劑投加進(jìn)入廢水后，發(fā)生水解反應(yīng)要消耗一定的堿度，但只要不超過除磷劑的使用ｐＨ 范圍，對除磷反應(yīng)的影響就不大，一般來講ＰＡＣ的ｐＨ實用范圍為５～９，ＰＦＳ的ｐＨ實用范圍為６～８．５。超出ｐＨ值實用范圍時須投加堿液調(diào)整ｐＨ值。
４．４．３　濁度及懸浮物
污水中的顆粒物濃度對除磷反應(yīng)有較大影響，濃度過低，形成的磷酸鹽顆粒晶核較少，顆粒間的碰撞機(jī)會減小，混凝反應(yīng)效果變差，沉淀性能不好。濃度過高，投加的藥劑量較大，除磷劑主要與懸浮物發(fā)生混凝反應(yīng)，與溶解態(tài)的磷酸根接觸的幾率降低，除磷效果受影響。
４．４．４　攪拌強(qiáng)度
除磷劑投加進(jìn)入反應(yīng)池后，須迅速的攪拌，使投加的除磷劑與廢水中的懸浮物、磷酸根充分反應(yīng)。攪拌不充分，除磷劑與廢水未充分混合，僅發(fā)生混凝反應(yīng)，溶解態(tài)的磷酸根尚未來得及與除磷劑接觸發(fā)生沉淀反應(yīng)即進(jìn)入沉淀分離區(qū)，就會降低除磷效能，無法保證出水總磷指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
４．４．５　反應(yīng)時間
除磷反應(yīng)屬于化學(xué)沉淀反應(yīng)，反應(yīng)較為迅速，時間較短。小試燒杯實驗中，采用玻璃棒迅速攪拌反應(yīng)，１～２ｍｉｎ即可完成反應(yīng)，靜置沉淀后，即能達(dá)到很好的除磷效果。但在工程實踐中，由于反應(yīng)不具備實驗室條件，宜延長除磷反應(yīng)時間，確保除磷反應(yīng)充分*。
４．５　化學(xué)除磷工藝的優(yōu)缺點
４．５．１　優(yōu)點
（１）不受濃度限制。只要前端生化段能將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，均能保證總磷指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
（２）除磷污泥穩(wěn)定，不解吸。
４．５．２　缺點基建投資和運維費用相對較高。
５　化學(xué)除磷工藝流程及設(shè)計
５．１　膜法＋化學(xué)除磷工藝設(shè)計
５．１．１　工藝流程及說明
（１）工藝流程。采用膜法為主的生活污水處理工藝，建議流程詳見圖１。

圖１　膜法＋化學(xué)除磷工藝流程
　　（２）工藝流程說明。生活污水經(jīng)格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池等預(yù)處理設(shè)施后進(jìn)入接觸缺氧池，依靠附著在缺氧池填料上的兼氧型微生物進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，缺氧池出水進(jìn)入接觸氧化池，依靠附著在接觸氧化池填料上的好氧型微生物去除廢水中的有機(jī)物，同時完成硝化反應(yīng)和有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。通過先后投加除磷劑和絮凝劑與接觸氧化池出水充分混合，使廢水中的無機(jī)磷、懸浮物與除磷劑和絮凝劑充分反應(yīng)，之后進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，將老化的污泥和含磷污泥泵提出污水處理系統(tǒng)，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在提標(biāo)改造工程中，一般采取過濾和消毒工藝作為后處理工藝單元，保證出水穩(wěn)定達(dá)ＧＢ１８９１８－２００２中的一級Ａ標(biāo)準(zhǔn)。
５．１．２　主要設(shè)計參數(shù)建議
采用膜法＋化學(xué)除磷工藝處理生活污水，建議混凝反應(yīng)時間取值２０～３０ｍｉｎ，絮凝反應(yīng)時間取值１０～１５ｍｉｎ，二沉池表面水力負(fù)荷取值１．０～１．２ｍ３／ｍ２·ｈ。
５．２　泥法＋化學(xué)除磷工藝設(shè)計
５．２．１　工藝流程及說明
（１）工藝流程。采用泥法為主的生活污水處理工藝，建議流程詳見圖２。

圖２　膜法＋化學(xué)除磷工藝流程
（２）工藝流程說明。生活污水經(jīng)格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池等預(yù)處理設(shè)施后進(jìn)入缺氧池，依靠附著在缺氧池污泥上的兼氧型微生物進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，缺氧池出水進(jìn)入好氧池，依靠附著在好氧池污泥上的好氧型微生物去除廢水中的有機(jī)物，同時完成硝化反應(yīng)和有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。由于泥法工藝好氧池出水中懸浮物高達(dá)３０００ｍｇ／Ｌ，且需要大量回流補充缺氧池、好氧池流失的活性污泥，因此設(shè)置二沉池截留沉降性能良好的活性污泥，通過泵返回缺氧、好氧生化系統(tǒng)。解絮的、老化死亡的、出現(xiàn)絲狀菌膨脹的以及其余沉降性能及活性較差污泥從二沉池頂部隨清水溢流，進(jìn)入混凝反應(yīng)池。工程設(shè)計中不需要二沉池具有很好的沉淀效果，僅需要截留性能良好的活性污泥，二沉池出水懸浮物在２００ｍｇ／Ｌ以內(nèi)反而有利于后續(xù)化學(xué)除磷反應(yīng)，該部分懸浮物充當(dāng)混凝反應(yīng)的晶核，有利于改善化學(xué)除磷反應(yīng)后進(jìn)入終沉池的沉降效果。終沉池污泥直接泵提出污水處理系統(tǒng)，脫水固化后外運處置。出水執(zhí)行一級Ｂ標(biāo)準(zhǔn)時，終沉池后設(shè)置消毒單元即可滿足達(dá)標(biāo)要求，出水執(zhí)行一級Ａ標(biāo)準(zhǔn)時，終沉池后端須設(shè)置過濾和消毒單元才能保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
５．２．２　主要設(shè)計參數(shù)建議
采用泥法＋化學(xué)除磷工藝處理生活污水，建議二沉池表面水力負(fù)荷取值１．５～２．０ｍ３／ｍ２·ｈ；混凝反應(yīng)時間取值２０～３０ｍｉｎ；絮凝反應(yīng)時間取值１０～１５ｍｉｎ；終沉池表面水力負(fù)荷取值０．８～１．０ｍ３／ｍ２·ｈ。
６　結(jié)語
生活污水總磷含量大于３．０ｍｇ／Ｌ時，建議采用化學(xué)除磷為主的工藝路線。主體生化工藝采用膜法或泥法工藝，后端化學(xué)除磷工藝有差異，應(yīng)根據(jù)主體生化工藝合理配置化學(xué)除磷所需建構(gòu)筑物，并優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。同時，要求運維管理人員嚴(yán)格按照設(shè)計的控制參數(shù)和操作規(guī)程實施運維管理，才能保證污水處理系統(tǒng)總磷指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。