鄒聯(lián)沛¹，薛罡²,王寶貞³
(1.上海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，上海200072；2.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200051；
3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090)

　　摘　要：因難溶的金屬磷酸鹽沉淀很難透過(guò)超濾膜，所以在膜生物反應(yīng)器(MBR)中進(jìn)行了化學(xué)除磷研究。間歇試驗(yàn)結(jié)果表明，停留時(shí)間越長(zhǎng)則釋磷越嚴(yán)重，對(duì)TP的去除率就越低；而在連續(xù)試驗(yàn)中，當(dāng)Al與TP的摩爾比為1.5、進(jìn)水TP濃度為4.3～5.3mg/L時(shí)，出水TP濃度為0.36～0.8mg/L，可以達(dá)到TP＜1mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　關(guān)鍵詞：MBR；化學(xué)除磷；間歇試驗(yàn)；連續(xù)試驗(yàn)
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)11-0019-03

Study on Chemical Removal of Phosphorus in Membrane Bioreactor
ZOU Lian-pei¹,XUE Gang²,WANG Bao-zhen³

( 1.Department of Environmental Science and Engineering,Shanghai University, Shanghai ?200072,China;2.School of Environmental Science and Engineering,Dong hua University,?Shanghai 200051,China;3.School of Municipal and En vironme ntal Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China)

　　Abstract：Study was made on the chemical removal of phosphorus in membrane bioreactor(MBR),because insoluble metal phosphate is hard to permeate ultrafiltration membrane.The result in intermittent test indicated that the longer the retention time,the more severe the phosphorus release,and the lower the removal rate of TP is .In the continuous test,when molar ratio of Al/TP is 1.5 and influent TP is 4.3～5.3 mg/L,effluent TP is 0.36～0.8mg/L,and thus achieving the disch arge standard of TP＜1mg/L.?
　　Keywords:membrane bioreactor;chemical phosphorus removal;intermittent test;continuous test

　　由于在MBR中投加鋁鹽和鐵鹽后，反應(yīng)器中的磷會(huì)與鋁鹽和鐵鹽反應(yīng)形成難溶的金屬磷酸鹽沉淀，而這種微絮凝物很難透過(guò)超濾膜，故可在MBR中進(jìn)行化學(xué)除磷。采用一體式MBR進(jìn)行化學(xué)除磷是在保證COD和NH₃-N去除效果的前提下進(jìn)行的，反應(yīng)器內(nèi)溫度為24℃，膜組件的材質(zhì)為聚丙烯酰胺。

1　間歇試驗(yàn)

1.1　投加硫酸鋁
　　向反應(yīng)器內(nèi)投加鋁鹽經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間悶曝后的處理效果見(jiàn)表1，其中1＃、2＃和3＃反應(yīng)器內(nèi)Al與TP的摩爾比分別為1、1.5和2，它們是根據(jù)投加Al₂(SO₄)₃·18H₂O前的反應(yīng)器上清液內(nèi)所含TP量計(jì)算得到的，最后算出向1＃、2＃和3＃反應(yīng)器投加的A l₂(SO₄)₃·18H2O分別是3.481、1.784和2.234g。
　　從表1可以看出，隨著反應(yīng)器中Al與TP的摩爾比的增大，反應(yīng)器對(duì)TP的去除率也提高，但Al與TP的摩爾比為1.5和2時(shí)反應(yīng)器對(duì)TP的去除率相差無(wú)幾，而Al與TP的摩爾比為1.5的較為1的對(duì)TP的去除率要高20%左右，故控制Al與TP的摩爾比為1.5是比較理想的。

表1　投加鋁鹽長(zhǎng)時(shí)間悶曝后的除磷效果 反應(yīng)器編號(hào) 停留時(shí)間(h) 進(jìn)水TP
(mg/L) 上清液TP(mg/L) TP去除率(%) 出水TP
(mg/L) TP去除率(%) 上清液pH 出水pH Al/TP
(摩爾比) 1＃ 0 25.02 17.99 28.01 17.31　 30.82 7.4 7.41 1 0.5 9.1 63.63 7.11 71.58 7.01 7.01 17 10.91 56.4 10.01 60.0 6.43 6.53 2# 0 20.49 18.11 18.22 27.18 7.41 7.31 1.5 0.5 3.8 84.41 4.11 83.57 6.76 6.75 17 9.55 61.83 9.1 63.63 6.15 6.62 3# 0 19.24 23.10 18.22 27.18 7.49 7.41 2 0.5 3.21 87.17 4.39 82.45 6.65 6.59 17 8.74 65.07 8.33 66.70 6.12 6.42

　　從表1還可看出，投加Al₂(SO₄)₃·18H₂O后0.5h和17h，其對(duì)TP去除率隨Al與TP摩爾比的不同有很大的差異：Al與TP的摩爾比為1時(shí)，經(jīng)過(guò)17h的悶曝 比經(jīng)過(guò)0.5h悶曝對(duì)TP的去除率僅下降7%左右；而當(dāng)其摩爾比為1.5和2時(shí)，經(jīng)過(guò)17h的悶曝比經(jīng)過(guò)0.5h悶曝對(duì)TP的去除率降低了20%左右，故向反應(yīng)器中投加的Al₂(SO₄)₃·18H₂O量越大，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間悶曝后對(duì)TP的去除率下降得越多。這是 因?yàn)橄蚍磻?yīng)器中投加的Al₂(SO₄)₃·18H₂O量越大，形成的磷酸鹽化學(xué)沉淀就越多，再經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間悶曝后磷酸鹽化學(xué)沉淀向外重新釋放和溶解的磷就越多，對(duì)TP的去除率也就下降得越多。
　　表1中各上清液和出水的pH值隨Al與TP摩爾比的不同有很大差異。投加鋁鹽后1#反應(yīng)器中的pH值仍處于微生物生長(zhǎng)的適宜范圍，2#、3#反應(yīng)器中污泥混合液的pH值變化很大，此時(shí)會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生很大的影響。
1.2　投加氯化鐵
　　向3套反應(yīng)裝置中投加FeCl₃·6H₂O后使Fe與TP的摩爾比分別為4、2、1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　投加鐵鹽長(zhǎng)時(shí)間悶曝后的除磷效果 反應(yīng)器編號(hào) 停留時(shí)間(h) 進(jìn)水TP(mg/L) 上清液TP(mg/L) TP去除率(%) 出水TP(mg/L) TP去除率(%) 上清液pH 出水pH Fe/TP(摩爾比) 1＃ 0 11.65 8.7 25.32 8.02 31.16 7.62 7.30 4 0.5 0.71 93.91 1.3 88.84 6.45 6.5 28 3.57 69.36 3.12 73.22 6.43 6.42 2＃ 0 5.98 48.67 5.07 56.48 7.72 7.5 2 0.5 0.9 92.28 1.2 89.70 7.01 7.1 28 3.8 67.38 3.44 70.47 6.8 6.9 3＃ 0 6.43 44.81 6.66 43.38 7.8 7.6 1 0.5 2.3 80.26 2.6 77.68 7.32 7.23 28 4.9 57.94 4.8 58.8 7.1 7.03

　　從表2可以看出，在停留時(shí)間為零時(shí)3套裝置對(duì)TP的去除率分別是25.32%、48. 67%、44.81%，而投加FeCl₃·6H₂O約0.5h以后，1#、2#、3#反應(yīng)器根據(jù)上清液中TP量所計(jì)算出的除磷率為93.91%、92.28%、80.26%，由膜出水中TP量所計(jì)算出的除磷率為88.84%、89.70%、77.68%。因此，向反應(yīng)器中投加的FeCl₃·6H₂O量若是按Fe與TP摩爾比為4、2計(jì)算時(shí)，反應(yīng)器對(duì)TP的去除率沒(méi)有太大的差別(對(duì)TP的去除 率都很高)，此時(shí)上清液中TP只有0.8 mg/L左右。投加FeCl₃·6H2O約28h后，1#、2#、3#反應(yīng)器根據(jù)上清液中TP量所計(jì)算出的除磷率為69.36%、67.38%、57.94%，由膜出水中TP量所計(jì)算出的除磷率為73.22%、70.47%、58.8%，同樣存在磷酸鹽化學(xué)沉淀向外釋放和溶解磷的問(wèn)題。投加FeCl₃·6H₂O后還存在pH值下降的問(wèn)題，向反應(yīng)器中投入的FeCl₃·6H₂O越多則pH值下降得越快。另外，投加FeCl₃·6H₂O后停留時(shí)間不同，pH值下降的程度也不同，停留時(shí)間越長(zhǎng)pH值下降得越快，這是FeCl₃·6H₂O與磷形成的沉淀物又重新溶解和釋放出磷的緣故。

2　連續(xù)試驗(yàn)

　　之所以?xún)H選用鋁鹽作為化學(xué)除磷藥劑，
　　一是為使反應(yīng)器中的微生物能正常降解有機(jī)物和除氨，使pH值維持在7左右(溶解度最低時(shí)磷酸鋁的pH值為6.5，而磷酸鐵的pH值為5.5)；二是因?yàn)殍F鹽易造成超濾膜的污染。
　　 試驗(yàn)時(shí)先將鋁鹽溶解于水中配制成母液，然后通過(guò)液位平衡箱向反應(yīng)器中連續(xù)投加。在投加之前，先測(cè)出進(jìn)水中的總磷濃度，然后按Al與TP的摩爾比為1.5左右向反應(yīng)器中投加鋁鹽。在化學(xué)除磷試驗(yàn)期間每天都排泥以使反應(yīng)器中的污泥濃度維持在7000mg/L左右。反應(yīng)器的有效容積為5.4L，水力停留時(shí)間為5h，反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在24℃左右。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。?

　　從圖1可以看出，當(dāng)進(jìn)水TP為15.4～23.4mg/L時(shí)，出水TP濃度為1.7～4.1mg/L， 對(duì)TP的總?cè)コ蕿?2.48%～90.29%；當(dāng)進(jìn)水TP為8.1～10.2mg/L時(shí)，出水TP濃度為0.97～2mg/L，對(duì)TP的總?cè)コ蕿?2%～87.9%；當(dāng)進(jìn)水TP濃度為4.3～5.3mg/L時(shí)，出水TP濃度為0.36～0.8mg/L，對(duì)TP的總?cè)コ蕿?2.98%～92.8%，可以達(dá)到TP＜1mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　MBR的協(xié)同化學(xué)除磷雖然能夠去除大部分磷，但除磷效果并不理想，因?yàn)樵诜磻?yīng)器內(nèi)曝氣一直在劇烈地進(jìn)行，磷的化學(xué)沉淀物沒(méi)有經(jīng)過(guò)很好的絮凝，所以形成的磷的化學(xué)污泥只是一些微絮凝物，而這些微絮凝物有一部分還能夠穿過(guò)膜，使得出水中仍含較高濃度的磷。此外，MBR的協(xié)同化學(xué)除磷還會(huì)給其本身帶來(lái)不利影響，如使MBR內(nèi)的化學(xué)污泥濃度升高會(huì)對(duì)反應(yīng)器造成很大影響：一是使得反應(yīng)器內(nèi)污泥的總濃度升高，從而會(huì)使膜通量下降；再就是會(huì)使生物污泥所占比例下降，即反應(yīng)器內(nèi)污泥的活性下降；第三就是化學(xué)污泥本身對(duì)膜的堵塞比生物污泥更嚴(yán)重，所以當(dāng)進(jìn)水中磷濃度較高時(shí)，建議在其進(jìn)入MBR之前進(jìn)行前置化學(xué)除磷。?

3　結(jié)論

　?、僭陂g歇試驗(yàn)中，隨Al與TP摩爾比的增大TP的去除率增大，并且隨著悶曝時(shí)間的延長(zhǎng)而TP的去除率下降。投加鐵鹽進(jìn)行化學(xué)除磷也存在同樣的現(xiàn)象。進(jìn)行化學(xué)除磷時(shí)形成的難溶金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀會(huì)再次釋放出溶解性的磷。?
　?、谠贛BR中進(jìn)行化學(xué)除磷時(shí)投加鋁鹽比鐵鹽好，因?yàn)榱姿徜X溶解度最低時(shí)的pH值為6.5，而磷酸鐵為5.5。為使反應(yīng)器中的微生物能正常降解有機(jī)物和除氨，其中的pH值不能太低，一般應(yīng)維持在7左右。另一原因是鐵鹽易造成超濾膜的污染。
　?、墼贛BR中進(jìn)行連續(xù)化學(xué)除磷時(shí)進(jìn)水TP濃度不能太高，否則出水TP濃度達(dá)不到低于1mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。所以建議當(dāng)進(jìn)水TP濃度較低時(shí)才采用在MBR中進(jìn)行協(xié)同化學(xué)除磷。
　?、墚?dāng)進(jìn)水TP濃度較高時(shí)建議采用前置化學(xué)除磷。否則，若進(jìn)行協(xié)同化學(xué)除磷，一是使得反應(yīng)器內(nèi)的總污泥濃度升高，從而會(huì)使膜通量下降；二是因生成的部分化學(xué)污泥而使生物污泥在反應(yīng)器中所占比例下降，導(dǎo)致污泥活性下降；三就是化學(xué)污泥本身對(duì)膜的堵塞比生物污泥更嚴(yán)重；四是協(xié)同化學(xué)除磷后出水達(dá)不到對(duì)TP濃度的排放標(biāo)準(zhǔn)。

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　　作者簡(jiǎn)介：鄒聯(lián)沛(1969-)，男，土家族，湖北恩施人，博士，主要從事環(huán)境保護(hù)及其管理工作。?
　　電　　話(huà)：(021)56332080
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　　收稿日期：2002-04-13