浅析废水处理中的除磷技术

[关键词]废水；除磷技术；污水处理；

中图分类号：S68 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0204-02

本文以围绕废水中的磷元素的去除方法，从化学沉淀除磷技术到生物除磷技术等不同角度和工艺，对废水中的磷元素去除的效果进行分析。化学沉淀除磷技术主要是化学沉淀去除磷就是使磷成为不溶性的固体沉淀物，从废除水中分离出去的除磷方法，化学沉淀除磷反应可用下列反应式表示，由反应平衡式可知，增加等式左边钙的浓度可使反应向右移动，形成羟基磷灰石沉淀。生物除磷技术 是使磷以溶解态为微生物所摄取，与微生物成一体，并随同微生物从污水中分离的除磷方法。它利用聚磷菌（PAB）一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷有效果。

文章通过分析化学和生物除磷技术的工艺和特点进行分析，可以得出结论：化学沉淀法在一定条件下可达到较好的除磷效果，但是它消耗化学药剂量大，工艺比较复杂，运行费用高，产生化学污泥需要进一步处理，否则可能造成二次污染。民营中小企业数量很大，污水处理设施的小规模化p分散化的发展趋势很明显，应大力开发和发展适应城镇实际情况的废水除磷工艺 如SBR除磷工艺、人工湿地除磷技术等。 高整个处理系统的除磷、脱氮的效率。

2 除磷技术分析

2.1 化学沉淀除磷技术

2.1.1化学沉淀除磷基本原理

磷不同于氮，不能形成氧化体或还原体，向大气放逐，但具有以固体形态和溶解形态相互循环转化的性能.化学沉淀去除磷就是使磷成为不溶性的固体沉淀物，从废除水中分离出去的除磷方法，化学沉淀除磷反应可用下列反应式表示，由反应平衡式可知，增加等式左边钙的浓度可使反应向右移动，形成羟基磷灰石沉淀。

5Ca2++3PO43-+OH-=Ca5（PO4）3OH

其它金属离子，如铁、铝，对于除磷也是很有效的。在化学沉淀除磷的实际应用中，主要用铁盐和铝盐作为沉淀剂。当用正铁离子除磷时，为形成磷酸盐沉淀，理论上所需的Fe3+和PO43-质量比为1：1；用亚铁离子除磷时，此比值则为3：2。用铁除磷的效率还取决于PH；对于正铁离子，最适宜的PH为4.5～5.0，对于亚铁离子，则为7.0～8.0。

2.1.2 化学沉淀除磷工艺及其特点

化学沉淀除磷，主要有四种工艺，包括直接或前置化学沉淀、同步化学沉淀、后置化学沉淀和后续接触过滤，分别介绍如下：

2.1.2.1 直接或前置化学沉淀

化学沉淀在初沉池之前投加，往往投加在曝气沉沙池中，在一些污水处理厂中采用一级处理与化学混凝沉淀相结合的方法，称为强化一级处理，当磷是受纳水体富营养化的限制因素，而在有机物负荷无关紧要的情况下，如往湖泊、水库中排放，这种处理流程可行的。前置化学沉淀除磷效率达90%。

2.1.2.2 同步化学沉淀

化学沉淀剂往往加在曝气池的进水中，在有些情况下，则投加于曝气池中或回流污泥中；有的则投加于曝气池出水中。化学混凝沉淀除磷与活性污泥法沉淀同时发生于二次沉淀池中，称为同步化学沉淀。这种方法可使用最便宜的沉淀剂硫酸亚铁，除磷效率达85%～90%。

2.1.2.3 后置化学沉淀

化学沉淀剂加入二次沉淀池之后的单独絮凝-固/液分离设备的进水中，可使用Fe（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）和Al（Ⅲ）盐，并且控制适宜的PH值，可以达到更高的除磷效率，即90%～95%。

2.1.2.4 后续接触过滤

后续接触过滤过程，通常接于后置化学沉淀之后。它一般与前置化学沉淀，同步化学沉淀或后置化学沉淀串联应用，作为二步除磷法中的第二步来工作的，以使最后出水含磷达到很低的浓度：第一步除磷中磷被大部分除去，出水一般含磷0.8mg/L。用微滤膜（MF）或超滤膜（VF）组件取代絮凝接触过程过滤，能达到更高的出水水质和更高的除磷效率，在适宜的铁、铝盐投加量下，其渗透液的含磷小于0.1mg/L。

2.1.3 化学沉淀除磷的特点

化学沉淀法在一定条件下可达到较好的除磷效果，但是它消耗化学药剂量大，工艺比较复杂，运行费用高，产生化学污泥需要进一步处理，否则可能造成二次污染。因此该技术很少单独采用。

2.2 生物除磷技术

生物除磷法是使磷以溶解态为微生物所摄取，与微生物成一体，并随同微生物从污水中分离的除磷方法。它利用聚磷菌（PAB）一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷有效果。

2.2.1 常用生物除磷工艺及其特点

按照磷的最终去除方式和构筑物的组成，现有的除磷工艺流程可以分为主流除磷工艺和侧流除磷工艺两类。侧流工艺以Levin首提出的phostrip工艺为代表，厌氧池在污泥回流的侧流中；主流工艺的厌氧池在污水水流方向，磷的最终去除通过剩余污泥排放。主流工艺有多个系列，包括Bardenhpo系列、A/O系列、SBR系列以及活性污泥系统的运行改进，基本上都具有除磷脱氮功能的系统。

2.2.1.1 Phostrip除磷工艺

Phostrip除磷工艺实质上生物除磷与化学除磷相结合的一种工艺，其工艺流程见图2-1。

该工艺将部分回流污泥回流到厌氧池脱磷并用石灰沉淀，厌氧池不在污水流的主流上，而是在回流污泥的侧流中。Phostrip工艺的优点是出水总磷浓度低于1mg/L，而且不太受进水BOD浓度的影响。另外，大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因此，污泥的处理处置不象高磷剩余污泥那样复杂。但是该工艺对操作人员的技术水平要求较高，石灰贮存和预备系统的问题也较多。

2.2.1.2 巴登福（Bardenpho）工艺

该工艺由Bardenpho于1973年提出，系统在MLE工艺的好氧池后再增加一个厌氧池，成为四阶段Bardenpho工艺（如下图），在四阶段工艺的前端再增加一个厌氧池，即为五阶段Bardenpho工艺。在四阶段工艺中，磷的吸收主要在第2好氧池中完成，第1好氧池也有吸收磷的作用，但不是主要的，第1好氧池的首要功能是去除BOD，而第2好氧池的首要功能才是吸收磷。工艺的主要优点是各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，并兼行其他功能，除磷效果良好，但工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高。

2.2.1.3 A2/O法

A2/O法在废水处理流程中设置厌氧、缺氧、好氧段，为除磷脱氮供了有利条件。其具体运行过程为：进水进入厌氧段，聚磷菌释放磷，进入缺氧段，聚磷菌继续放磷，同时由异养型反硝化菌对硝酸盐进行硝化，将其还原为氮气从水中逸出，进入好氧段，聚磷菌大量吸磷，由于自养型硝化菌进行作用，将氨氮硝化为硝酸盐混合液回流到厌氧段重复以上过程二沉池，污泥沉淀回流出水。除磷脱氮是在重复的厌氧-缺氧-好氧过程中完成，使磷氮的去除率提高。A2/O法的优点在于除磷脱氮效果较好，无需投药，厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，故运行费用低。但该工艺中污泥增长有一定的限度，因此除磷效果难于再提高。另外，A2/O工艺中聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷，硝化菌硝化p反硝化菌反硝化，完成每一过程都有不同的环境要求，硝酸盐对厌氧释磷不利。这个矛盾使A2/O工艺实际运行中除磷脱氮效果不稳定，除磷效果好时脱氮效果不好，脱氮效果好时除磷效果不好。目前A2/O工艺在国内外应用非常广泛。

2.2.1.4 序批式间歇活性污泥法（SBR法）

序批式间歇活性污泥法（又称序批式反应器），它的整个处理过程实际上是在一个反应器内进行的，该工艺通过程序化自动控制充水、反应、沉淀、排泥和闲置五个阶段，实现对废水的生化处理。SBR工艺的整个操作通过自动控制装置完成，其最大的操作特点是在原污水流入反应器的过程中，可以根据废水水质和工艺要求的不同，分别采用灵活的曝气方式和充水、反应时间，实现不同的处理。由于其在运行时间上的灵活控制，为实现除磷脱氮提供了极为有利的条件.SBR工艺不仅可以很容易地实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的环境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间和污泥龄来强化硝化反应及除磷菌过量摄磷过程的顺利完成；也可以在缺氧条件下方便地投加原污水或提高污水浓度等方式以提供有机碳作为电子供体使反硝化过程更快地完成；还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧条件以促进除磷菌充分地释放磷.由SBR工艺反应工序可以看到，只有在A2/O法工艺中才能完成的复杂的除磷脱氮过程，在SBR法工艺中仅仅在单一反应器的一个运行周期中即可完成。

2.3 生物除磷新技术进展

由于处理厂出水含磷浓度的排放标准日趋严格，我国目前实行的总磷排入标准为0.5mg/L（于2003年7月1日实施的GB18918-2002《城镇污水污染物排放标准》中有所放宽）。而常规的生物除磷技术，如好厌氧（A/O）和厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）活性污泥，都难以使出水含磷浓度到达如此低的水平。为此，人们在开发生物除磷新技术方面作了大量深入的研究。

2.3.1 强化生物除磷技术的新成果

近来人们对强化生物除磷技术进行了大量的研究，开发和实际应用。

2.3.1.1 对传统除磷工艺的改进

由于聚磷菌在厌氧释放磷时容易受到回流污泥混合液中硝酸盐的干扰，因此宜将回流污泥混合物液送入缺氧池中使其中的硝酸盐进行反硝化，然后再将脱氮的回流污泥送入厌氧池进行厌氧释磷。另外，反硝化除磷也需要在缺氧的环境中既进行反硝化脱氮，又进行磷的摄取，这样既可显著提高整个处理系统的除磷、脱氮的效率，也可节省曝气供氧的能耗。为此，一些强化生物除磷系统中在回流污泥进入厌氧池之前，首先进入前置缺氧池。在回流污泥处理系统中带有预缺氧池的系统，其除磷效率明显高于普通的A/O和系统和A2/O系统。

2.3.1.2 生物膜法除磷的分析

生物膜为污水生物处理的主要技术之一，有关学者对生物膜除磷进行了深入细致的研究。近年来，生物膜反应器已经渗透和复合到废水处理的其他工艺中，形成各种各样的复合式生物膜反应器，比如活性污泥-生物膜反应器和序批式生物膜反应器。序批式生物膜反应器是在SBR反应器中引入生物膜的一种新型复合式生物膜反应器。可用于该工艺的生物膜载体有软纤维填料，聚乙烯填料和活性炭等。SBR法本身就具有良好的除磷效果，由于生物膜的存在，微生物的种类和数量都大大增加生物的食物链长，能存活世代时间较长的微生物，加大了序批式生物膜反应器的处理能力，进一步强化了净化功能，同时具有污泥沉降性能良好耐冲击负荷，易于运行管理，减少污泥膨胀问题等优点。Linpor-CN工艺是另一种应用生物膜进行废水除磷的工艺，它以缺氧-好氧两段式连续运行方式，既能有效地去除有机物和总氮，又能有效地除磷，其除磷机理主要是其生物膜载体填料，在其表面形成生物膜后，从表面向内部存在溶解氧的梯度相应处于好氧、缺氧和厌氧状态，致使每个附着生物膜的载体都成为一个微型生物反应器，污染物进入其中能进行好氧，缺氧和厌氧反应，从而进行硝化，反硝化和生物除磷过程，并达到目的相当高的去氮磷的效率。

2.3.1.3 改进型SBR工艺的应用

近年来，国内外污水处理科技界对能高效生物除磷脱氮的改进型SBR进行了大量的研究开发和实际应用。为了提高SBR工艺除磷脱氮的功能，开发了CAST工艺。这种工艺的最大改进是在反应池前端增加了一个选择段，污水首先进入选择段，于来自主反应区的混合液（约20%～30%）混合，在厌氧条件下，聚磷菌优势繁殖，为高效除磷创造了条件。实践证明，这是到目前为止SBR工艺中除磷脱氮效果最好的一种。

2.3.2 反硝化除磷技术的进展

生物除磷理论为“聚合磷酸盐微生物”PAO的摄/放磷原理，这一观点以被普遍认可和接受.近年来的许多研究发现，除PAO细菌可在好氧环境中摄磷外，另外一种兼性厌氧反硝化细菌―PB也能在缺氧（无O2，存在NO3-）环境下摄磷，反硝化除磷的发现是生物除磷的最新研究成果.这种生物除磷新途径将反硝化脱氮和生物除磷有机地合为一，可节省能源和资源.实现反硝化除磷能分别节省50%和30%的COD与O2的消耗量，并相应减少50%的剩余污泥量。

第1章 生物除磷技术的发展方向

目前已应用的生物除磷技术存在着除磷效果不够理想，运行费用高，工艺复杂等诸多不足。通过分析，笔者认为生物除磷技术的发展应在以下几方面进行。

（1） 进一步对强化生物除磷（EBPR）技术进行研究，开发更高效的除磷工艺

强化生物除磷（EBPR）技术是得到广泛注意的技术，目前主要的生物除磷工艺都是在其基础上开发的，但这些工艺在运行时往往回出现EBPR失效的现象，使得除磷效果受影响，因此应对造成EBPR失效的因素作深入研究，对已有工艺进行改造，开发稳定高效的除磷工艺。

（2）开发和发展适合小规模、分散化处理的废水除磷工艺

目前我国城镇化发展迅速，民营中小企业数量很大，污水处理设施的小规模化p分散化的发展趋势很明显，应大力开发和发展适应城镇实际情况的废水除磷工艺，这将在水环境保护方面显得非常有意义。如SBR除磷工艺、人工湿地除磷技术等，都具有小规模、分散化处理的特征，值得关注。

（3）发展节省能源和资源的废水除磷工艺

通常用BOD和磷去除量的比值（BOD/ΔP）表示系统的除磷能力，BOD/ΔP=BOD进水/（TP进水-TP出水），一般说来BOD/ΔP值越小，工艺除磷能力越强。开发BOD/ΔP值较小情况下的除磷工艺，实际就少消耗了有机碳源，而有机碳源就是能（资）源。因此开发BOD/ΔP值小的废水处理工艺也是成污水处理领域可持续发展的体现。

（4）探索外加条件与生物协同作用除磷的新技术

对已有的除磷工艺增加某种外加因素，改变微生物活动的环境条件，使外加因素能于生物产生协同作用，达到更有效除磷的目的。如外加电场或磁场，在一定的运行条件控制下，探索除磷新工艺。

第2章 总 结

（1）化学沉淀法在一定条件下可达到较好的除磷效果，但是它消耗化学药剂量大，工艺比较复杂，运行费用高，化工行业采用化学沉淀除磷技术虽然成本过高但可以保证外排水的质量。

（2）将废水中的硝酸盐进行反硝化，然后再将脱氮的回流污泥送入厌氧池进行厌氧释磷。另外，反硝化除磷也需要在缺氧的环境中既进行反硝化脱氮，又进行磷的摄取，这样既可显著提高整个处理系统的除磷、脱氮的效率，也可节省曝气供氧的能耗。

（3）随着社会的发展需要，我们必须突破传统的工艺，探索外加条件与生物协同作用除磷的新技术、新工艺。

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