目前，農村污水處理設備除磷采用化學沉淀法，該方法操作簡單，設備運行處理效果穩定。然而,農村污水處理設施一般分布零散且距離維護點較遠，采用化學沉淀法除磷需人為定期添加化學絮凝劑，一般加藥周期<15 d/次。因此，定期加藥維護人工成本較高，給項目點持續穩定達標運行增加了難度。

國內外開展了大量針對城鎮污水處理廠除磷技術及工藝應用研究，但對農村分散生活污水的除磷技術卻關注較少，需開發適宜性可持續除磷技術解決此問題。微電解法是一項被廣泛研究與應用的廢水處理技術，近30年來被泛應用于印染、電鍍等行業進行預處理，在生活污水除磷方面應用較少。杜利軍等通過“均質化—碳化—成型”工藝制備得新型鐵碳微電解填料用于除磷，處理效率達 98%，可實現含磷廢水達標排放，證明工藝處理的的高效性，但受限鐵碳板結鈍化等問題，微電解工藝用于實際工程中仍然較少。

針對傳統化學除磷技術藥品更換頻次高，人工運維頻繁且成本較高的問題，論文擬開發鐵碳緩釋除磷技術，更換周期≥12月/次，可大大降低設備運維人工成本，實現可持續運行及穩定達標排放。研究選擇鐵碳填料作為緩釋除磷開發主體，鐵碳填料利用鐵和碳之間1.2 V的電勢差形成無數微小原電池，對污水進行氧化和沉淀作用，能有效去除污水中的磷。鐵碳填料具有緩釋特性，使其在運行成本及使用周期等方面具有明顯的優勢，近年來受到污水處理領域的青睞。在除磷方面，污水經鐵碳微電解處理后形成磷酸鐵沉淀，使色度和懸浮物(SS)上升，因此，需匹配后續處理。

本文將鐵碳微電解技術與砂濾工藝相結合，解決傳統微電解技術在處理生活污水過程中存在的不足，實現高效穩定除磷。

研究方法

針對微電解除磷技術實際運行過程中存在的不足，采用理論分析與實踐相結合的方法。通過實驗室小試試驗，確定鐵碳最佳試驗條件、運行方式及補充周期，確保TP能穩定達標，并成功運用于實際工程案例中。具體研究思路如下。

(1)確定以微電解技術為核心技術去除TP的方法。

(2)研究現有微電解材質特性，通過經濟性成本分析及小試試驗，后置砂濾裝置。開展鐵碳比、鐵碳投加量、水力停留時間、曝氣量4個因素的單因素優化試驗，確定鐵碳最佳試驗條件。

(3)將鐵碳-砂濾深度除磷工藝應用于工程實踐中，保證出水穩定達標。

02 試驗條件分析

鐵碳通過微小原電池反應產生的鐵離子與width=29,height=16,dpi=110的化學沉淀和Fe(OH)2的混凝作用，將磷從液相轉移至固相中，實現除磷的效果。試驗通過優化運行參數，工藝出水磷指標穩定低于0.5 mg/L，達到一級A排放標準，系統運行穩定，且操作簡單、維護量小、能耗低。此時，鐵碳微電解除磷的最佳工藝條件：鐵碳比為3∶1，鐵碳投加量為100 g/L，曝氣量為12 m3/(h·m3)，水力停留時間為4 h。

03 實際數據應用

1 工程項目應用

采用鐵碳-砂濾組合進行強化除磷，相比化學法，操作簡單，維護量小，從而為鐵碳-砂濾的深度除磷工藝在農村生活污水中的應用，一級脫氮除磷強化提供解決思路。為分析鐵碳-砂濾除磷工藝實際工程中的除磷效果，將該工藝應用于蘇州市金庭鎮某一農村生活污水處理項目。該項目污水處理系統采用固定床生物膜工藝，為防止鐵碳板結鈍化，裝置通過特殊結構設計，通過機械方法使鐵碳運動，互相摩擦去除氧化膜，避免長時間電解過程中陽極鈍化及鐵碳板結問題。項目區生活污水水質情況如表1所示。

項目設計進水水量為30 t/d，根據小試試驗確定，鐵碳反應池設計停留時間為4 h，反應池容積為6 m3，設定曝氣量為12 m3/(h·m3)，鐵碳比為3∶1，鐵碳投加量為100 g/L，石英砂級配為0.5～1.0、1～2、2～4 mm，濾層厚度為45 cm。為保證過濾澄清度，砂濾過濾濾速控制為1.5 m/h，石英砂過濾器反洗頻次1～2次/d，每次反洗時間為15～30 min，保證過濾器持續穩定運行。

2 出水水質情況

項目穩定運行一年以上，運行期間內進水水溫為11.2～27.3 ℃。項目點實際出水數據表明，系統出水各項指標均較穩定，CODCr、BOD5、NH3-N、TP、TN、SS濃度基本可達到一級A標準，其中TP濃度可穩定達標于一級B標準，說明鐵碳+砂濾深度除磷工藝具有出色的穩定性。

微電解除磷去除效果如下圖所示， 進水 TP 濃度為3.5～7 mg/L，平均濃度為5.64 mg/L。當進水TP濃度為3.5～5 mg/L時，出水TP濃度穩定于0.5 mg/L以下，達到一級A標準；當進水TP濃度在5～7 mg/L時，出水TP濃度穩定小于1 mg/L，達一級B標準；平均去除率為91.84%～95%。項目試驗結果表明，微電解除磷-砂濾技術可有穩定高效的除磷效果，出水TP穩定達標。

系統連續穩定運行一年，按月測量鐵碳質量的下降情況。鐵碳質量百分比隨時間的變化。持續穩定運行一年，電解材質持續釋放，總質量比下降至20%，TP去除率未受影響。當運行至13個月時，TP去除率逐漸下降，表明系統鐵碳添加周期可維持在12～13個月，相比傳統化學加藥方法，維護頻次大大減少，節省大量的運維成本。

3 經濟性分析

目前，大部分農村污水處理均采用化學加藥輔助運行去除TP，投加PAC頻率高，加大了運行維護難度及成本。鐵碳-砂濾工藝初次添加鐵碳滿足一年以上的使用周期，減少運行維護頻次，節省大量人工成本。對兩種處理方式進行經濟性對比分析，分析以獨立項目點，除磷單獨維護工作量計算，其經濟性對比如下表所示。

04 結論

通過鐵碳微電解將TP從液相轉移至固相，再經砂濾除去，在小試和實際應用中都表現出卓越的除磷能力。在小試階段，確定了鐵碳+砂濾的最佳運行參數，鐵碳反應池曝氣量為12 m3/(h·m3)，鐵碳比為3∶1，投加量為100 g/L，水力停留時間為4 h，砂濾以0.5～1.0 mm石英砂為濾料，過濾高度為40 cm，使TP為5 mg/L的原水降至0.02 mg/L，去除率達到99.6%。在實際應用階段，將該工藝用于蘇州市金庭鎮某一農村生活污水處理系統中，控制砂濾濾速為1.5 m/h，出水TP穩定于0.5 mg/L左右，達到《城鎮污水廠污染物排放標準》一級B標準，證明該技術的穩定可靠性。填料更換周期可達1年，可節省大量的人工運維成本，普遍適用于分散式生活污水的處理，具有較大的推廣使用價值。

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