生物除磷效果难以达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求，因此对 MBR 工艺中化学除磷进行了研究。 采用后置加药连续实验，探索投加铝盐和不同剂量铁盐对 TP、TMP 的影响。 结果表明，投加 40 mg/L PAC对系统出水 TP 的去除率在 85 %以上，投加 30 mg/L 铁盐对系统出水 TP 的去除率在 82.61 %以上，出水 TP<1 mg/ L。 PAC和铁盐的投加会使 TMP 增大，通过对膜组件进行清洗和替换污泥后，TMP 能维持在较低压力范围内。

 
关键词：
MBR；化学除磷；聚合氯化铝；氯化铁

 

         城市污废水中的磷主要来源于洗涤剂、粪便和磷化等工业废水，其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中以正磷酸盐和聚磷酸盐居多，稠环磷酸盐（如 P3O105-）和有机化合磷（核酸）一般在污水管网中就已经转化为正磷酸盐（PO43-）。 废水除磷的主要方法是化学沉淀法和生物法。 生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但生物除磷工艺还不能保证稳定达到 1 mg/L 的出水标准，污水中仅有40 %～60 % 的磷能被微生物去除。在同一生物处理过程中，脱氮和除磷往往相互抑制，一般的二级生物处理较难使两者同时达到理想的去除效果，单独采用生物法很难使出水总磷达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求。 Tatsuki 等研究发现，与传统生物除磷工艺相比，采用膜生物反应器并不能提高磷的去除率。 在膜生物反应器（MBR）中，较长的污泥龄不利于磷的去除，因此在 MBR 工艺中常常采用投加混凝剂以共沉淀模式来提高对磷的去除效果。

 
1 工艺简介

      该装置采用 A2/O+MBR 工艺。 生活污水经预处理后依次进入厌氧池（HRT=1.0 h）、缺氧池（HRT=3.0 h）、好氧池（HRT=3.5 h）、膜池（HRT=0.7 h），具体流程见图 1。

        在厌氧池内将大分子有机物转化成有机酸和其他小分子有机物，进行生物释磷；在缺氧池内进行反硝化脱氮；在好氧池内实现对 BOD5 的去除、硝化作用以及磷的过量吸收；最后进入 MBR 进行泥水分离，并对难降解污染物进一步截留去除，以保证出水水质。MBR采用的是 GE 公司的中空纤维膜，孔径为 0.02 μm。

 2 加药点位置选取

        按照化学工艺与生物工艺的先后位置，常用的化学与生物除磷相结合的方法有 3 种：

 1）化学单元在生物单元之前的化学预沉法； 

2）化学单元与生物单元合并的化学协同沉淀法；

 3）化学单元在生物单元之后的化学后沉法。

化学预沉法耗用药剂量较多，一般用于一级处理或高质量浓度工业废水的预处理，在生物单元之前加药，虽然能够去除大量的 COD 和 SS，但是会导致进入生物池的污水碳源不足，影响脱氮除磷的效果，故不宜采用化学预沉法。 该实验采用化学协同沉淀法，向好氧池中投加铝盐或铁盐，再采用 MBR 对生物和化学污泥进行泥水分离。 MBR 是膜组件与生物反应器相组合的生化反应系统，以膜组件替代二沉池，提高了泥水分离率。

 3 投加铝盐连续实验

3. 1 TP 去除效果

         系统连续运行 13 d，每天投加 40 mg/L 聚合氯化铝（PAC），PAC 对 TP 的去除效果见图 2。

          从图 2 可以 看 出 ，进 水 TP 质量 浓 度 在 2.91～5.62 mg/L 之间波动（平均值为 3.96 mg/L）时，整体运行稳定，工艺最终出水 TP 质量浓度稳定在 0.68 mg/L 以 下（平均值为 0.48 mg/L），去除效率 稳定在 85 ％以上 （平均值为 87 ％），可以达到 TP <1 mg/L 的排放标准。

       铝盐除磷的原理是 Al3+与水中的溶解性正磷酸盐发生反应，形成不溶解性磷酸盐沉淀，同时 Al3+水解形成多核羟基聚合物，这些内部具有大的比表面积的多核羟基聚合物，有很强的吸附能力，可以吸附一部分磷，且絮体沉降过程也可以吸附一部分非溶解性的磷酸盐。 Boisvert 通过对硫酸铝和聚硅硫酸铝（PASS）的 研究表明，磷的吸附和去除主要是一种特殊作用力下的络合反应的结果[4]。 Galarneau 在其研究中指出，在 PO43-特别是正磷酸盐的去除过程中，氢氧化铝的吸附起很重要的作用，而不是典型的化学沉淀起主要作用.

3. 2 对膜的影响
       投加 PAC 后，跨膜压差（TMP）随运行时间的变化趋势见图 3。

         从图 3 可以看出，TMP 随着时间的延长而增 大，在第 10 天之前，TMP 呈平稳上升趋势；第 10 天以后， TMP 呈急剧上升趋势。 膜通量是衡量膜生物反应器性能的一个重要指标，它的变化趋势和变化幅度反映了膜生物反应器运行的稳定情况，也决定了膜的清洗周期和使用寿命。 因此，膜通量的变化反应了 MBR 中的膜 污 染 情 况。 系 统 运 行 期 间，膜 通 量 维 持 在 0.50～0.55 m3/（m2·d）之间。 在短期内，添加 PAC 对膜的影响不大，但是随着时间的延长，TMP 呈显著上升趋势，膜通量也会下降，此时膜受到污染，需要对膜组件进行清洗，控制污泥的质量浓度。 

4 投加铁盐连续实验

4. 1 TP 去除效果

       铁盐对 TP 的去除效果见图 4。

        从图 4 可以看出，当投加铁盐（主要为 FeCl3）的量 为 10 mg/L，进水 TP 质量浓度为 1.43～4.53 mg/L（平均值为 3.08 mg/L）时，出水 TP 质量浓度为 0.91～2.35 mg/L（平均值为 1.84 mg/L），对 TP 的总去除率为 21.00 %～49.00 %（平均值为 39 %）；当投加铁盐的量为 20 mg/L，进水 TP 质量浓度为 1.88～3.50 mg/L（平均值为 2.40 mg/L） 时，出水 TP 质量 浓 度 为 0.58～1.25 mg/L（平均 值 为0.79 mg/L），对 TP 的总去除率为 63.30 %～73.87 %（平 均值为 67 %）；当投加铁盐的量为 30 mg/L，进水 TP 质 量浓度为 3.43～6.03 mg/L（平均值为 4.58 mg/L）时，出水TP 质量浓度为 0.12～0.88 mg/L（平均值为 0.31 mg/L）， 对 TP 的总去除率为 82.61 %～97.23 %（平均值为 93 %），可以达到 TP <1 mg/ L 的排放标准。这与其他文献的结论吻合：Buisson 等向 MBR 中投加 FeCl3 混凝剂来提高TP 的去除率，结果显示 TP 质量浓度从 9.4 mg/L 降低至1 mg/L。邹联沛对 MBR 工艺化学除磷进行了研究，结果表明在进水 TP 质量浓度为 4.3～5.3 mg/L 时，出水TP 质量浓度为 0.36～0.80 mg/L[7]。 随着铁盐投加量从 10 mg/L 增加至 30 mg/L，出水TP 的质量浓度逐步降低，TP 的去除率逐步提高。 但根据文献报道，当铁盐投加量达到一定值后，TP 去除率不再提高。 这是由于当铁盐投加量过高时，同种离子间相互排斥会出现分散稳定的现象，使 Fe3+与 PO43-反应形成的絮体较小，难以沉降，进而导致 TP 的去除率难以提高，甚至会出现去除率相对下降的现象。 铁盐除磷的原理是在三价铁盐与水 中的磷酸盐形成沉淀的同时，铁盐发生了剧烈的水解反应和聚合反应，生成了具有较长线形结构的多核羟基络合物。 这些含铁的羟基络合物能够有效降低或消除水中胶体的 ξ 电位，通过电中和及吸附架桥作用使胶体和非溶解性磷酸盐凝聚，再通过沉淀分离将磷去除。

4. 2  对膜的影响
        投加铁盐后 TMP 随运行时间的变化趋势见图 5。

       从图 5 可以看出，系统连续运行时，TMP 逐渐升高，达到一定压力后，需要对膜组件进行清洗。 经过清洗或者替换污泥后，TMP 下降。 但随着运行时间的延长，TMP 又逐渐升高。 系统运行期间，膜通量始终维持在 0.50～0.60 m3/（m2·d）之间。 由于微生物正常代谢会产生黏性多糖类物质、黏性多肽分子和蛋白质分子等有机物，含有活性基团的大分子物质可能与 Fe3+相互作用而在膜表面形成凝胶层，造成膜面堵塞。 膜的截留作用会使混合液中溶解性有机物在膜表面积累造成浓差极化现象，这也会导致膜污染，使膜通量降低，因此需要定期清洗膜组件和替换污泥。

 5 结语

        笔者初步探索了化学辅助除磷工艺对 MBR 除磷效果的影响，为工艺改造提供了理论和实践依据。 后置加药的连续运行实验表明，投加 40 mg/L PAC 对系统出水 TP 的去除率在 85 %以上，投加 30 mg/L 铁盐对系统出水 TP 的去除率在 82.61 %以上，出水 TP 质量浓度均满足 GB 18918—2002 中 TP < 1 mg/ L 的排放要求。 经过对膜组件进行清洗和替换污泥后，TMP 能维持在较低压力范围内。

 

原标题：MBR 工艺中化学除磷影响

原作者：黄重成