化学污水除磷剂对城镇污水厂活性污泥系统的影响

为防止下游水体富营养化，国家提高了城镇污水处理厂氮、磷排放标准，其中控制排放水体内磷含量尤为重要，但当前在水质和工艺限制下除磷效率偏低且稳定性较差。为保证出水水质达标而采用化学辅助除磷工艺，多为在系统内投加以铝盐和铁盐为主的化学污水除磷剂。在实际运行中，污水除磷剂的投加会导致系统污泥量增加，且产生的化学污泥得不到有效处理会造成生物系统破坏。

1工程概况

石家庄市桥东污水处理厂处理规模为50×104m3/d，采用A2O和微絮凝过滤深度处理工艺，出水水质执行一级A标准。深度处理单元化学除磷采用液态污水除磷剂聚合氯化铝(PAC)和有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)复配投加，PAC中Al2O3含量不低于10%，投加率为12mg/L。PAC和PAM投加后均采用机械搅拌混合，产生的化学污泥未经沉淀处理而直接排放至前端二级处理系统———二沉池，在二沉池沉淀后大部分通过外回流系统回流至生物池。2012年初深度处理各工艺单元陆续投入试运行，7月份镜检显示生物池内微生物种群结构发生变化、微生物数量急剧降低、污泥浓度(MLSS)升高、污泥指数(SVI)变差;二沉池池面大量松散污泥上浮;反硝化生物滤池池面气泡大幅减少，反冲洗周期大大缩短，较终出水水质很标。工艺流程见图1。

2成因及影响因素

2.1污泥浓度(MLSS)

该厂深度处理工艺未投入运行时生物池内MLSS为3．5～4．5g/L，深度处理投运半年后逐步增至6～7g/L。化学除磷较终只能通过排泥实现，化学污水除磷剂的投加势必增加污泥产量。投加化学污水除磷剂后沉淀过程中各组分将处于一个平衡范围，并会生成氢氧化铝沉淀而增加污泥产量。Schmidtke估测在使用铝盐作为化学污水除磷剂时，若出水磷达到1mg/L，污泥总量将增加35%。

2.2微生物结构

活性污泥处理系统内微生物生态结构决定着处理效果。后生动物轮虫的存在及数量多标志着生物处理系统运行良好。随着化学污泥进入生物系统，活性污泥微生态结构逐步发生变化，镜检显示微生物种类和数量逐步减少，作为污泥絮体骨架的丝状菌及标志性后生动物轮虫也大为减少。

2.3微生物活性

随着反应器内MLSS增加，活性污泥颜色逐步变浅，调节DO值也收效甚微。在生物池末端取新鲜活性污泥，迅速曝气使其内部溶解氧值达到或接近饱和，之后停止曝气并将便携式溶解氧测定仪探头置于反应器内，待溶解氧值显示稳定则开始计数，之后每隔20s记录一次反应器内溶解氧值，测定结果见图2。结果显示，随着化学污泥进入生物系统，同时段内溶解氧值降低速率逐步变缓，表明活性污泥内微生物活性逐步降低。

化学污泥中Al3+等盐分在反应器内达到一定浓度会对内部生物活性造成抑制性影响。主要表现在抑制生物活性和生长，较为明显的是影响微生物的捕食，因而微生物必须聚集在一起通过调节分泌胞外多聚物方可抵御盐类毒害并增加其捕食能力。但随着系统内盐类浓度增高，微生物活性会逐步降低，较终导致其数量渐少直至消亡。同时反应器内盐类的增加会导致碳磷比例失调，水体生物性能遭到破坏。

2.4污泥指数(SVI)

良好的生物处理系统内活性污泥颗粒较大，菌胶团呈不规则封闭状，内部存有大量丝状菌，注入化学污泥的活性污泥内菌胶团紧密程度升高，丝状菌数量大幅减少，导致微生物不能再以丝状菌作为骨架而只能附着在系统内微生物残体上;同时化学污泥的注入增加了池内无机组分，无机盐类的物理性质使系统变为分散性很高的溶液，高分散性降低了污泥内悬浮颗粒的沉降性;且盐类的存在会导致水体密度升高，既增加了水体浮力，也会降低污泥的沉降性能。

2.5VSS/SS值

化验数据显示系统内VSS/SS值(0．48)较未注入化学污泥时(0．625)降低15%。该厂二级处理产干污泥量(含水率为80%)约600t，深度处理PAC投加量为8～10mg/L，深度处理区产污泥量为19200m3/d，物化污泥浓度约为1．8g/L，污泥量(含水率为80%)约为170t/d，物化污泥同生化污泥产量比为1∶3.5，假设物化污泥内无机组分占80%，则随化学污泥逐步注入污泥内无机组分逐步增加，较终生物系统内部各组分达到平衡。

2.6反硝化效果

反硝化生物滤池产生的气泡大幅减少，池内滤料堵塞率升高，出水色度逐步增加，反冲洗时间由原来的间隔20h缩短为8～10h。侯艳玲等研究表明在活性污泥生物系统内投加铝盐对污泥活性的抑制作用明显，且该抑制作用受污泥成分及菌群特征差异影响较小。同时铝盐对亚硝化细菌活性的抑制作用强于对异养菌的抑制作用，而对硝化细菌活性的抑制作用则相对较弱。该抑制表现为系统内含氮有机物的亚硝化和硝化过程受到影响，导致进入反硝化生物滤池水体硝态氮含量增加，即增加了反应器内水力负荷。随着硝态氮的逐步积累影响了反硝化效果，表现为反冲洗频率上升，N2生成量减少，出水色度增加。

3问题的解决

①辅助沉降。可于初沉池和生物池末端投加铝盐等混凝剂以改善生物系统内污泥的沉降性能，实现化学污泥在二沉池内有效沉降。

②污泥置换。结合生化系统内泥龄周期排泥，前期加大二沉池排泥量，后期则减少排泥量，实现通过调整排泥方式，加大系统内新鲜活性污泥成分，降低系统内化学污泥所占比例，提高系统内VSS/SS比值，增强系统生物活性，保证处理效率。

③合理处置。若条件允许则可将化学污泥单独处理;或改变化学污泥回流至生物系统注入点，如将注入口置于总进水口或初沉池前端等部位，通过增加易于处理初沉池污泥量以实现大部分磷在初沉池内排除，降低活性污泥混合液内磷含量，改善生物池内工况。

桥东污水处理厂将化学污泥回流排放点改至初沉池进水端以增加初沉池污泥含磷量，并在生物池出水口投加化学助凝剂以改善二沉池污泥沉降性能，同时保证剩余污泥处理率，通过以上措施实现了生物池内MLSS逐步下降，微生物种群和数量逐步增加，后期运行中结合生物池内活性污泥污泥龄调整排泥方式，实现了稳定运行。