水环境中的营养盐会引起藻类增长。与氮相比，磷更易引发富营养化。随着我国水环境整治加强，污水处理厂普遍提标到一级A标准（GB 18918—2016），有地区要求部分指标达到地表水环境Ⅳ类标准。
1 材料与方法
1.1 水厂概况
试验在河南省某污水处理厂进行。该厂设计规模为15万m3/d，处理当地县城生活污水，以及产业集聚区的工业废水（造纸和制药）。进水水质如表 1所示。
表1 污水处理厂进水水质
| 项目 | COD/（mg·L-1） | TN/（mg·L-1） | NH4+-N/（mg·L-1） | TP/（mg·L-1） |
| 设计进水 | 250~450 | 25.00~45.00 | 20.00~35.00 | 1.00~4.00 |
| 实际进水 | 100~976 | 24.80~59.90 | 9.78~48.84 | 1.18~6.00 |
污水处理厂采用前置水解酸化+改良氧化沟+深度处理工艺。其中水解酸化池上升流速为1.1 m/h，水力停留时间为6 h，平均污泥质量浓度为8 000 mg/L。改良型氧化沟有效水深6.5 m，厌氧/缺氧/好氧区水力停留时间分别为1、2.7、12 h，平均污泥质量浓度为3 000~4 000 mg/L。高密度沉淀池水力停留时间为42 min，V型滤池滤速10 m/h。工艺流程如图 1所示。
图1
1.2 改造方案
为提升生物单元除磷效果，制定以下改造方案：（1）改变反冲洗废水回流位置。将反冲洗废水管道的终端由水厂进水端调整到深度处理系统前，从根本上避免反冲洗过程对厌氧池的影响。（2）增加厌氧区水力停留时间。将二沉池回流污泥管道终端从氧化沟厌氧池前端延伸至水解酸化池前端，将水解酸化池与厌氧池变成统一的厌氧区，为生物放磷创造充足时间。（3）优化沉砂池曝气方式。将曝气沉砂池曝气方式由连续式改为间歇式，降低其出水溶解氧浓度。
1.3 分析项目
COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P、TN、TP和MLSS等均采用标准方法测定〔4〕。DO、pH和ORP采用340i便携式溶解氧仪（德国WTW公司）现场检测。
2 结果与讨论
2.1 改造前后水厂运行情况
改造前后TP的去除情况如图 2所示。
图2
由图 2可见，改造前平均进、出水TP分别为2.31、0.67 mg/L，改造后当平均进水TP升到2.74 mg/L时，出水TP仍保持在0.67 mg/L，TP去除率由69.89%提升至77.38%。该污水处理厂以生物除磷为主、化学除磷为辅，在深度处理单元投加液态聚合氯化铝（PAC，投加量65 mg/L左右）进行化学除磷。本次改造强化了生物除磷作用。
此外，改造前后系统出水的NH4+-N和TN均未受影响，出水NH4+-N和TN一直低于1.0、15.0 mg/L，均稳定达到一级A排放标准要求。
图3
由图 3可见，改造前平均进出水COD分别为206.43、41.83 mg/L，改造后当平均进水COD升至306.44 mg/L时，平均出水COD反而降至40.12 mg/L。可见改造后污水厂抗有机物冲击的能力增强，出水COD始终稳定达到一级A标准要求。
2.2 改造后对厌氧环境的影响
V型滤池可有效降低SS、悬浮态COD、TP等，工艺改造前每3天反冲洗1次。反冲洗对出水TP的影响如图 4所示。
图4
由图 4可见，30 d内共反冲洗10次，出水TP有6次下降、4次上升。其原因在于反冲洗虽能提高滤池的截留能力，但反冲洗时废水携带的溶解氧（气水反冲洗时引入）会回流至生化单元，破坏水解酸化池和氧化沟厌氧池的厌氧环境。该厂每次反冲洗水量在1万t左右，约占其日处理水量的7%。运行中发现反冲洗废水DO在7.04~9.12 mg/L，与常温下饱和DO接近。每次反冲洗废水回流后水解酸化池进水DO会升高0.44~0.56 mg/L，而工程上认为厌氧环境DO不宜高于0.50 mg/L。另外，改造前沉砂池连续曝气，水解酸化池进水DO高达3.0~4.0 mg/L，改为间歇曝气后DO降至2.5~3.0 mg/L。可见改造后有效降低进入厌氧区的DO，为放磷过程提供更多有机物。
图5
图 5中，ORP与TP呈较显著的负相关（-0.564）。改造前ORP平均值为-116.75 mV，受反冲洗废水回流影响，ORP常处于-100 mV以上，TP平均去除率为69.54%。有研究发现ORP＜-100 mV时有助于放磷，ORP＜-200 mV非常适合厌氧放磷〔9〕。污水厂改造后厌氧池ORP平均值为-333.82 mV，且系统稳定后一直保持在-400 mV以下。厌氧池末端平均TP由改造前的9.24 mg/L增至13.32 mg/L，TP平均去除率提升至75.47%。需指出的是，改造前后出水TN稳定（以NO3--N为主），回流污泥中NO3--N（13.0~15.0 mg/L）对厌氧环境的影响不变。但改造后水解酸化池和氧化沟厌氧池均可放磷，极大延长了放磷时间，改造措施有效强化了厌氧放磷环境。
2.3 其他因素对除磷效果的影响
图6
3 结论
将反冲洗废水回流到深度处理进水端、增加厌氧区水力停留时间、优化曝气沉砂池的运行方式，可以有效强化厌氧池的放磷环境。改造后厌氧池平均ORP由-116.75 mV下降到-333.82 mV，厌氧池末端TP质量浓度由9.24 mg/L增至13.32 mg/L，TP去除率由69.54%提升至75.47%。增加排泥量是提高除磷效率的有效手段，污水厂日排泥量与TP去除率的相关系数高达0.94（0.01水平上显著相关）。
参考文献
Relationship between the electric conductivity and phosphorus concentration variations in an enhanced biological nutrient removal process
[J].
Characteristics of a cobalt-based phosphate microelectrode for in situ monitoring of phosphate and its biological application
[J].
Temperature effects on physiology of biological phosphorus removal
[J].
津公网安备 12010602120337号
