隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展， 城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，污水處理系統(tǒng)正逐步完善，對(duì)污水處理廠工藝技術(shù)也提出了更高的要求。 根據(jù)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“ 水十條”) 的目標(biāo)和要求， 要對(duì)敏感區(qū)域( 重點(diǎn)湖泊、重點(diǎn)水庫(kù)、近岸海域匯水區(qū)域)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施進(jìn)行提標(biāo)改造， 出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)排放或地表三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總磷含量控制在0.5mg/L 以下。

　　除磷技術(shù)中可以分為物化除磷和生物除磷， 物化除磷是利用過(guò)濾、吸附、沉淀和結(jié)晶等作用， 使廢水中的磷形成絮凝體與水分離; 生物除磷主要是利用聚磷菌在厭氧條件下釋放磷和在好氧條件下蓄積磷的作用。 目前城鎮(zhèn)污水處理廠主要以生物除磷為主，但受進(jìn)水總磷(TP)濃度、環(huán)境和管理等因素的影響，導(dǎo)致出水 TP 不穩(wěn)定，不能滿(mǎn)足提標(biāo)改造的相關(guān)工藝要求。 鑒于此，物化除磷工藝受到廣泛關(guān)注。 但是，傳統(tǒng)的物化除磷技術(shù)需消耗較多化學(xué)試劑， 具有操作成本高和污泥產(chǎn)率高的缺點(diǎn)。 因此，污水處理廠出水總磷去除應(yīng)綜合考慮生物除磷和物理化學(xué)除磷技術(shù)的結(jié)合。

　　1 城鎮(zhèn)生活污水廠除磷能力現(xiàn)狀

　　1.1 生活污水處理設(shè)施處理能力仍需提高

　　目前，污水處理廠提標(biāo)改造需求迫切。 數(shù)據(jù)顯示，2013 年執(zhí)行脫氮除磷功能的一級(jí) A 和一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)的污水廠總處理能力僅為 7200 萬(wàn) m3/d，僅占全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力的56%。

　　2016 年約 86%的城市污水處理廠仍為二、 三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，距更為嚴(yán)苛的一級(jí)A、一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距。 根據(jù)《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，敏感區(qū)域、建成區(qū)水體水質(zhì)未達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的城市以及現(xiàn)有污水處理設(shè)施未達(dá)到一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)的，均為提標(biāo)改造對(duì)象。截至2017 年6 月底，全國(guó)已建成的污水處理廠共計(jì)2327 座，總污水處理能力1.48 億m3/d， 伴隨“水十條”的頒布實(shí)施， 預(yù)計(jì)2019 年底所有新建和提標(biāo)改造的生活污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)基本可以達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)以上， 我國(guó)城市污水處理率可以達(dá)到 95%以上。

　　1.2 生活污水處理設(shè)施總磷的進(jìn)出水濃度偏高

　　以廣東省為例， 通過(guò)對(duì)粵東西北的城鎮(zhèn)生活污水處理廠的總磷進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后( 如圖 1)， 結(jié)果顯示粵西和粵西進(jìn)水水質(zhì)變化幅度較大，且平均值高于2mg/L，但是粵東西北各地的總磷一級(jí) B(小于 1mg/L)達(dá)標(biāo)率較好，只有粵西出現(xiàn)個(gè)別時(shí)段數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)。但是，當(dāng)出水標(biāo)準(zhǔn)提高到一級(jí)A 時(shí)，粵西和粵西的生活污水廠現(xiàn)有的設(shè)備和工藝明顯達(dá)不到處理要求，粵北地區(qū)也會(huì)偶爾出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象， 說(shuō)明廣東省各地生活污水廠在調(diào)標(biāo)升級(jí)改造過(guò)程中需要更多地關(guān)注和重視總磷的去除情況。

　　圖 1 2017 年粵東西北生活污水廠總磷(TP)進(jìn)出水質(zhì)圖

　　2 城市污水處理廠除磷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1 生物法除磷

　　生物除磷工藝均為活性污泥法工藝，是城市生活污水處理廠主要的工藝方法。應(yīng)用較為普遍的除磷工藝有以下幾種：

　　A/O 工藝、A2/O 工藝、Bardenpho 工藝、UCT 工藝、Phoredox 工藝、SBR 及其變種工藝等。以最常見(jiàn)的 A2/O 工藝為例，為提高生物除磷能力，在活性污泥法除磷工藝中，設(shè)置前端厭氧段進(jìn)行釋磷，好氧過(guò)程則過(guò)度吸磷，吸磷的剩余污泥從二沉池排出系統(tǒng)， 部分二沉池污泥回流至厭氧段達(dá)到除磷優(yōu)勢(shì)菌群富集的效果，此法可將生物除磷的效率可高于70%。

　　但是，研究數(shù)據(jù)表明， 在碳源不充足的情況下， 即使進(jìn)水水質(zhì)中總磷含量低于3mg/L 時(shí)， 出水總磷含量能達(dá) 1mg/L 以下，也只能滿(mǎn)足出水達(dá)一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)要求，不能達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。另外，生物除磷工藝還存在冬季低溫運(yùn)行效率低、碳源稀缺導(dǎo)致的競(jìng)爭(zhēng)抑制、 易厭氧釋磷經(jīng)壓濾脫水后從返污水處理系統(tǒng)等問(wèn)題。 因此，為了滿(mǎn)足更高的出水標(biāo)準(zhǔn)，需根據(jù)二沉池尾水水質(zhì)，使用有效的化學(xué)除磷方法。

　　2.2 化學(xué)除磷

　　化學(xué)除磷法是把可溶性的金屬鹽加入到污水水中， 并與其中的亞硝酸鹽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生難溶性的磷酸鹽沉淀的化學(xué)反應(yīng)。出于經(jīng)濟(jì)的原因，最常見(jiàn)的化學(xué)試劑是鋁鹽、鈣鹽、鐵鹽和鎂鹽等。

　　在生活污水廠中，化學(xué)除磷工藝是按藥劑的不同投加點(diǎn)來(lái)分類(lèi)：前置除磷工藝、同步除磷工藝和后置除磷工藝。 在現(xiàn)有的提標(biāo)改造工程中主要以后沉析工藝為主， 因?yàn)樵摷夹g(shù)在除磷的同時(shí)可以避免除磷藥劑對(duì)生化系統(tǒng)的干擾， 能夠有效去除SS 和顆粒態(tài)有機(jī)物，更有利于出水水質(zhì)的提高。現(xiàn)在尾水提標(biāo)中常用的除磷工藝池體，如反硝化深床濾池、高效沉淀池[3]，活性砂過(guò)濾池各有優(yōu)劣，仍需通過(guò)實(shí)踐工程進(jìn)行驗(yàn)證。

　　2.3 其他除磷技術(shù)

　　氧化塘處理技術(shù)是指根據(jù)池塘中的微生物群落空間變異分布來(lái)達(dá)到凈化水的目的。該技術(shù)具有施工易、管理便、投入少、回報(bào)高的優(yōu)點(diǎn)。 但所需占地面積大，易導(dǎo)致水體的二次污染。

　　生物濾池處理技術(shù)是以土壤的自?xún)裟芰楦鶕?jù)，結(jié)合污水灌溉和原有間歇式砂濾池發(fā)展而來(lái)的除磷技術(shù)。 該技術(shù)具有良好的除磷效果和較高的脫氮率，在實(shí)踐中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

　　人工濕地對(duì)磷的去除有較好效果，原理是利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用。 人工濕地運(yùn)行成本低，處理過(guò)程能耗低，效果穩(wěn)定， 可用于城鎮(zhèn)污水處理、加工，但該技術(shù)所需設(shè)備的占地面積大，且單一、單級(jí)基質(zhì)難達(dá)到預(yù)期處理效果， 在操作過(guò)程中容易發(fā)生填料堵塞問(wèn)題，需要格外注意。

　　3 污水除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及研究動(dòng)向

　　3.1 反硝化除磷技術(shù)

　　近年來(lái)，反硝化除磷技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)，該工藝的好處是可以利用同一基質(zhì)同時(shí)完成脫氮和除磷， 在缺氧條件下進(jìn)性反硝化和聚磷。 反硝化除磷工藝有單污泥工藝和雙污泥工藝兩大類(lèi)，跟一般脫氮除磷工藝相比較， 可節(jié)省 30%~50%的碳源，減少30%的曝氣量，減少50%的污泥產(chǎn)量，尤其是能處理低C/N 的污水。

　　富集反硝化聚磷菌(DPAOs)是反硝化除磷的關(guān)鍵。 隨著今年來(lái)新 DPAOs 菌株陸續(xù)得到發(fā)現(xiàn)和鑒定，越來(lái)越多學(xué)者關(guān)注反硝化除磷機(jī)理的研究。目前，應(yīng)用較多的主要有UCT 工藝、BCFS 工藝、A2N 工藝和 Dephanox 工藝。 但是，反硝化除磷工藝受碳源、硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳氮比、碳磷比、污泥齡、溶解氧等因素的影響，還需要進(jìn)一步研究和試驗(yàn)。 總之，強(qiáng)化生物除磷和研究高效生物脫氮除磷新技術(shù)是今后污水處理研究的重要課題。

　　3.2 化學(xué)藥劑精確投加和混合投加的處理技術(shù)

　　一般生物除磷技術(shù)可去除廢水中 80%~90%的總磷，若要出水達(dá)標(biāo)往往聯(lián)合其他物理化學(xué)除磷方法。

　　因此， 大部分污水廠采用物化和生化相結(jié)合的污水處理工藝。 目前，很多化學(xué)除磷的試驗(yàn)主要采用多種化學(xué)除磷藥劑混合投加，進(jìn)行最佳投加量試驗(yàn)和條件試驗(yàn)。 但是，這些試驗(yàn)大多來(lái)源于各生活污水廠的技術(shù)改造結(jié)果，受地域、進(jìn)出水質(zhì)和處理工藝等多方面因素的影響，難以得到示范性的推廣。 因此，三級(jí)處理精確投藥系統(tǒng)也越來(lái)越受到生活污水廠的重視，該系統(tǒng)可以對(duì)三級(jí)處理化學(xué)除磷藥劑投加量進(jìn)行動(dòng)態(tài)精確量化，利用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型、PLC 控制系統(tǒng)、變頻藥劑投加泵、以及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀等多元結(jié)合，在保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，有利于生活污水廠根據(jù)自身的情況進(jìn)行有效調(diào)控和節(jié)約藥劑投加量。

　　3.3 電解除磷技術(shù)

　　電解除磷技術(shù)的除磷效果主要受電極材料、 溶液初始含量、初始 pH、電流大小、電解時(shí)間等因素的影響。 但是，現(xiàn)在很多研究表明， 電化學(xué)脫氮除磷的都是僅僅以脫氮或者脫磷的單一目的進(jìn)性研究，且相關(guān)反應(yīng)工藝以及設(shè)備的研究的甚少。可以推測(cè)，電化學(xué)組合工藝同時(shí)去除污水中氮磷會(huì)成為熱點(diǎn)。盡管電化學(xué)技術(shù)有其固有的優(yōu)點(diǎn)， 可是電極材料的消耗量和沉淀生成量都非常巨大， 過(guò)高的運(yùn)行費(fèi)用也進(jìn)一步限制了電解法的研究和發(fā)展， 因此開(kāi)發(fā)強(qiáng)化脫氮除磷的相關(guān)組合工藝顯得十分重要和具有前景。

　　3.4 其他除磷技術(shù)

　　穩(wěn)定塘具有很多類(lèi)型，所以可以組合成多種不同的流程。因此可以構(gòu)成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，而且塘底的污泥可以用作高效含磷肥料，所以在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等行業(yè)的污水處理中也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。尤其是在我國(guó)西部地區(qū)，人少地多，氧化塘技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣泛。近年來(lái)，有關(guān)人工濕地影響因素和作用機(jī)理的研究也越來(lái)越多，既從局部上改進(jìn)，又通過(guò)多種類(lèi)型的濕地交叉實(shí)踐優(yōu)化了除磷效果，但對(duì)于處理含磷濃度較高的廢水仍具有一定難度。 因此， 在今后的發(fā)展中會(huì)加強(qiáng)對(duì)除磷基質(zhì)的類(lèi)型和種類(lèi)及其優(yōu)勢(shì)的微生物群的研究。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　綜上所述，城市污水處理廠必須根據(jù)自身實(shí)際情況，如進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行成本等影響因素，再通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)方法篩選最合理的投加方式、更精確的劑量，從而確定除磷方法。例如，當(dāng)污水處理廠出水中對(duì)TP 的沒(méi)有較高的要求時(shí)，可以選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)的處理手段，當(dāng)普通的生物法處理基本可以達(dá)到達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以考慮氧化塘或者人工濕地技術(shù)。但如果對(duì)出水中總磷的有較高的要求時(shí)， 可以采用后置投加的物化手段進(jìn)行處理，在保證出水的同時(shí)，達(dá)到較高的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。