鄒聯沛¹，薛罡²,王寶貞³
(1.上海大學環境科學與工程系，上海200072；2.東華大學環境科學與工程學院，上海200051；
3.哈爾濱工業大學 市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱150090)

　　摘　要：因難溶的金屬磷酸鹽沉淀很難透過超濾膜，所以在膜生物反應器(MBR)中進行了化學除磷研究。間歇試驗結果表明，停留時間越長則釋磷越嚴重，對TP的去除率就越低；而在連續試驗中，當Al與TP的摩爾比為1.5、進水TP濃度為4.3～5.3mg/L時，出水TP濃度為0.36～0.8mg/L，可以達到TP＜1mg/L的排放標準。
　　關鍵詞：MBR；化學除磷；間歇試驗；連續試驗
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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，反應器中的磷會與鋁鹽和鐵鹽反應形成難溶的金屬磷酸鹽沉淀，而這種微絮凝物很難透過超濾膜，故可在MBR中進行化學除磷。采用一體式MBR進行化學除磷是在保證COD和NH₃-N去除效果的前提下進行的，反應器內溫度為24℃，膜組件的材質為聚丙烯酰胺。

1　間歇試驗

1.1　投加硫酸鋁
　　向反應器內投加鋁鹽經較長時間悶曝后的處理效果見表1，其中1＃、2＃和3＃反應器內Al與TP的摩爾比分別為1、1.5和2，它們是根據投加Al₂(SO₄)₃·18H₂O前的反應器上清液內所含TP量計算得到的，最后算出向1＃、2＃和3＃反應器投加的A l₂(SO₄)₃·18H2O分別是3.481、1.784和2.234g。
　　從表1可以看出，隨著反應器中Al與TP的摩爾比的增大，反應器對TP的去除率也提高，但Al與TP的摩爾比為1.5和2時反應器對TP的去除率相差無幾，而Al與TP的摩爾比為1.5的較為1的對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　投加鋁鹽長時間悶曝后的除磷效果 反應器編號 停留時間(h) 進水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，經過17h的悶曝 比經過0.5h悶曝對TP的去除率僅下降7%左右；而當其摩爾比為1.5和2時，經過17h的悶曝比經過0.5h悶曝對TP的去除率降低了20%左右，故向反應器中投加的Al₂(SO₄)₃·18H₂O量越大，經長時間悶曝后對TP的去除率下降得越多。這是 因為向反應器中投加的Al₂(SO₄)₃·18H₂O量越大，形成的磷酸鹽化學沉淀就越多，再經長時間悶曝后磷酸鹽化學沉淀向外重新釋放和溶解的磷就越多，對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#反應器中的pH值仍處于微生物生長的適宜范圍，2#、3#反應器中污泥混合液的pH值變化很大，此時會對微生物的生長產生很大的影響。
1.2　投加氯化鐵
　　向3套反應裝置中投加FeCl₃·6H₂O后使Fe與TP的摩爾比分別為4、2、1，試驗結果見表2。

表2　投加鐵鹽長時間悶曝后的除磷效果 反應器編號 停留時間(h) 進水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，在停留時間為零時3套裝置對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#反應器根據上清液中TP量所計算出的除磷率為93.91%、92.28%、80.26%，由膜出水中TP量所計算出的除磷率為88.84%、89.70%、77.68%。因此，向反應器中投加的FeCl₃·6H₂O量若是按Fe與TP摩爾比為4、2計算時，反應器對TP的去除率沒有太大的差別(對TP的去除 率都很高)，此時上清液中TP只有0.8 mg/L左右。投加FeCl₃·6H2O約28h后，1#、2#、3#反應器根據上清液中TP量所計算出的除磷率為69.36%、67.38%、57.94%，由膜出水中TP量所計算出的除磷率為73.22%、70.47%、58.8%，同樣存在磷酸鹽化學沉淀向外釋放和溶解磷的問題。投加FeCl₃·6H₂O后還存在pH值下降的問題，向反應器中投入的FeCl₃·6H₂O越多則pH值下降得越快。另外，投加FeCl₃·6H₂O后停留時間不同，pH值下降的程度也不同，停留時間越長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　連續試驗

　　之所以僅選用鋁鹽作為化學除磷藥劑，
　　一是為使反應器中的微生物能正常降解有機物和除氨，使pH值維持在7左右(溶解度最低時磷酸鋁的pH值為6.5，而磷酸鐵的pH值為5.5)；二是因為鐵鹽易造成超濾膜的污染。
　　 試驗時先將鋁鹽溶解于水中配制成母液，然后通過液位平衡箱向反應器中連續投加。在投加之前，先測出進水中的總磷濃度，然后按Al與TP的摩爾比為1.5左右向反應器中投加鋁鹽。在化學除磷試驗期間每天都排泥以使反應器中的污泥濃度維持在7000mg/L左右。反應器的有效容積為5.4L，水力停留時間為5h，反應器內溫度控制在24℃左右。試驗結果見圖1。?

　　從圖1可以看出，當進水TP為15.4～23.4mg/L時，出水TP濃度為1.7～4.1mg/L， 對TP的總去除率為82.48%～90.29%；當進水TP為8.1～10.2mg/L時，出水TP濃度為0.97～2mg/L，對TP的總去除率為82%～87.9%；當進水TP濃度為4.3～5.3mg/L時，出水TP濃度為0.36～0.8mg/L，對TP的總去除率為82.98%～92.8%，可以達到TP＜1mg/L的排放標準。
　　MBR的協同化學除磷雖然能夠去除大部分磷，但除磷效果并不理想，因為在反應器內曝氣一直在劇烈地進行，磷的化學沉淀物沒有經過很好的絮凝，所以形成的磷的化學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膜，使得出水中仍含較高濃度的磷。此外，MBR的協同化學除磷還會給其本身帶來不利影響，如使MBR內的化學污泥濃度升高會對反應器造成很大影響：一是使得反應器內污泥的總濃度升高，從而會使膜通量下降；再就是會使生物污泥所占比例下降，即反應器內污泥的活性下降；第三就是化學污泥本身對膜的堵塞比生物污泥更嚴重，所以當進水中磷濃度較高時，建議在其進入MBR之前進行前置化學除磷。?

3　結論

　　①在間歇試驗中，隨Al與TP摩爾比的增大TP的去除率增大，并且隨著悶曝時間的延長而TP的去除率下降。投加鐵鹽進行化學除磷也存在同樣的現象。進行化學除磷時形成的難溶金屬磷酸鹽化學沉淀會再次釋放出溶解性的磷。?
　　②在MBR中進行化學除磷時投加鋁鹽比鐵鹽好，因為磷酸鋁溶解度最低時的pH值為6.5，而磷酸鐵為5.5。為使反應器中的微生物能正常降解有機物和除氨，其中的pH值不能太低，一般應維持在7左右。另一原因是鐵鹽易造成超濾膜的污染。
　　③在MBR中進行連續化學除磷時進水TP濃度不能太高，否則出水TP濃度達不到低于1mg/L的標準。所以建議當進水TP濃度較低時才采用在MBR中進行協同化學除磷。
　　④當進水TP濃度較高時建議采用前置化學除磷。否則，若進行協同化學除磷，一是使得反應器內的總污泥濃度升高，從而會使膜通量下降；二是因生成的部分化學污泥而使生物污泥在反應器中所占比例下降，導致污泥活性下降；三就是化學污泥本身對膜的堵塞比生物污泥更嚴重；四是協同化學除磷后出水達不到對TP濃度的排放標準。

參考文獻：

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　　作者簡介：鄒聯沛(1969-)，男，土家族，湖北恩施人，博士，主要從事環境保護及其管理工作。?
　　電　　話：(021)56332080
　　E-mail:zlpei@sohu.com
　　收稿日期：2002-04-13