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污水除磷技术
 

除磷指去除污水中的磷。磷在污水中具有以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能,污水除磷就是以磷的这种性能为基础而开发的。

污水除磷技术有:使磷成为不溶性的固体沉淀物,从污水中分离出去的化学除磷法;使磷以溶解态为微生物所摄取,与微生物成为一体,并随同微生物从污水中分离出去的生物除磷法。

根据磷在废水中不同的存在方式,应采用不同的除磷技术。

如何除去废水中的磷?

常规的生物处理法通过剩余污泥排放和处理可以从废水中去除部分磷,一些特殊工艺或经过调整运行方式以后具有除磷功能的普通工艺可以取得较好的除磷效果,具体方法有A/O,A²/O、SBR、氧化沟等。但生物处理法的除磷效果有限,当磷的排放标准很高时,往往需要使用化学除磷或将生物法与化学除磷结合起来使用。

化学除磷是向水中投加化学药剂,生成不溶性的磷酸盐,然后再利用沉淀、气浮或过滤等方法将磷从污水中除去。用于化学除磷的常用药剂有石灰,铝盐和铁盐等三大类。

 

一、化学除磷

1.石灰除磷

石灰除磷是投加石灰与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀。

由于石灰进入水中后,首先与水的碱度反应生成碳酸钙沉淀,然后过量的钙离子才能与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀,因此所需的石灰量主要取决于待处理废水的碱度,而不是废水的磷酸盐含量。

另外,废水的镁硬度也是影响石灰除磷的因素。因为在高pH值条件下,生成的Mg(OH)2沉淀是胶体沉淀,不但消耗石灰,而且不利于污泥脱水。

pH对石灰除磷的影响很大,随着pH升高,羟基磷灰石的溶解度急剧下降,即磷的去除率增加,pH大于9。5后,水中所有磷酸盐都转为不溶性的沉淀。一般控制pH在9。5~10之间除磷效果最好。

不同废水的石灰量投加应该通过实验确定。

石灰除磷的具体方法有三种。一是在污水厂初沉池之前投加,而是在污水生物处理之后的二沉池投加,三是在生物处理系统之后投加石灰并配有再碳酸化系统。

2.铝盐除磷

铝盐除磷的常用药剂是硫酸铝和硫酸钠。不同的是投加硫酸铝会降低废水的pH,而投加硫酸钠会提高废水的pH。因此硫酸铝和硫酸钠分别适用于处理碱性和酸性废水。

铝盐的投加比较灵活,可以在初沉池前投加,也可以在曝气池中投加,或者在曝气池和二沉池之间投加,还可以将化学除磷与生物处理系统分开,以二沉池出水为原水投加铝盐进行混凝过滤、或在滤池前投加铝盐进行微絮凝过滤。

在初沉池前投加,可以提高初沉池对有机物和SS的去除率,在曝气池和二沉池之间投加,渠道或者管道的湍流有助于改善药剂的混合效果,在生物处理系统之后投加,因生物处理对磷的水解作用可以使除磷效果更好。

由于受废水碱度和有机物的影响,除磷的化学反应是一个复杂的过程,因此铝盐的最佳投加量不能按计算确定,必须经过试验确定。

3.铁盐除磷

三氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁等都可以用来除磷,常用的是三氯化铁。

与铝盐相似,大量三氯化铁要满足与碱度反应生成的Fe(OH)3,以此促进胶体磷酸铁的沉淀分离。磷酸铁沉淀的最佳pH范围是4。5~5。0,实际应用中pH值在7左右甚至超过7,仍有较好的除磷效果。

城市废水投加大约45~90mg/L三氯化铁,可去除磷85%~90%。和铝盐一样,铁盐投加点可以在预处理、二级处理或三级处理阶段。

但是化学除磷会产生一些问题:

1、化学除磷最大的问题是会使污水处理污泥量显著增加。

因为在除磷时产生的金属磷酸盐和金属氢氧化物以悬浮固体的形式存在于水中,最终变成污泥。在初沉池前投加金属盐,初沉池污泥增加60%~100%,整个污水处理厂污泥量会增加60%~70%。在二级处理过程中投加金属盐,剩余污泥量增加35%~45%。

2、化学除磷会使污泥浓度降低20%左右,因此污泥体积加大,从而增加了污泥处理与处置的难度。

3、使用化学除磷时,出水可溶性固体含量增加。若固液分离不好时,铁盐除磷会使出水呈微红色。

 

二、生物除磷

1.生物除磷的原理

污水生物除磷的原理就是人为创造生物超量除磷过程,实现可控的除磷效果。整个过程必须通过创造厌氧环节利用厌氧微生物的作用来实现生物除磷过程。

1)厌氧条件下释磷

在没有溶解氧或硝态氮存在的条件下,兼性细菌通过发酵作用将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。聚磷菌吸收这些发酵产物或来自原污水的VFA,并将其运送到细胞内,同化成胞内碳能源储存物质PHB,所需的能力来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解,并导致磷酸盐的释放。

2)好氧条件下摄磷

好氧条件下,聚磷菌的活力得到恢复,并以聚磷的形式存储超过生长所需的磷量,通过PHB的氧化代谢产生能量,用于磷的吸收和聚磷的合成,能量以聚磷酸高能键的形式捕集存储,磷酸盐从水中被去除。

3)富磷污泥的排放

产生的富磷污泥通过剩余污泥的形式排放,从而将磷去除。从能量角度来看,聚磷菌在无氧条件下释放磷获取能量以吸收废水中溶解性有机物,在好氧状态下降解吸收溶解性有机物获取能量以吸收磷。

除磷的关键是厌氧区的设置,可以说厌氧区是聚磷菌的生物选择器。聚磷菌能在短暂的厌氧条件下,由于非聚磷菌吸收低分子基质并快速同化和储存这些发酵产物,即厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。

这样一来,能吸收大量磷的聚磷菌就能在处理系统中得到选择性增殖,并可通过排除高含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一好处是抑制了丝状菌的增殖,避免了产生沉淀性能较差的污泥的可能,因此厌氧/好氧生物除磷工艺一般不会出现污泥膨胀。

2.生物除磷的影响因素:

1)溶解氧

首先必须在厌氧区严控制的厌氧环境,这直接关系到聚磷菌的生长状况、释磷能力及利用有机基质合成PHB的能力。其次是必须在好氧区供给足够的溶解氧,以满足聚磷菌对储存的PHB进行降解,释放足够的能量供其过量摄磷。一般厌氧段的DO要严格控制在0.2mg/L以下,而好氧段的DO要严格控制在2mg/L以上。

2)厌氧区硝态氮

硝态氮包括硝酸盐和亚硝酸盐,硝态氮的存在也会消耗有机基质而抑制聚磷菌对磷的释放,从而影响好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。另外,硝态氮的存在会被部分聚磷菌作为电子受体进行反硝化,从未影响其以发酵产物作为电子受体进行发酵产酸、抑制聚磷菌的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。

3)温度

一般来说,在5~30℃范围内,都可以收到较好的除磷效果。

4)pH值

pH值在6~8范围内,磷的释放比较稳定。

5)BOD负荷和有机物性质

一般认为,进水中的BOD5/TP要大于15,才能保证聚磷菌有足够的基质,从而获得理想的除磷效果。为此,可以采用部分进水和跨越初沉池的方法,获得除磷所需的BOD5量。

6)泥龄

一般以除磷为目的的生物处理系统的泥龄控制在3。5~7d。

 

3.废水生物除磷的方法有哪些

废水生物除磷包括厌氧释磷和好氧摄磷两个过程,因此废水生物除磷的工艺流程由厌氧和好氧两个部分组成。按照磷的最终去除方式和构筑物的组成,除磷工艺流程可分为主流程除磷工艺和侧流程除磷工艺。

主流除磷工艺的厌氧段在处理污水的水流方向上,磷的最终去除通过剩余污泥排放,典型的方法有厌氧/好氧(A/O)工艺,其他方法有厌氧/缺氧/好氧(A/²O)工艺、Phoredox工艺、UTC工艺、VIP工艺以及SBR工艺、氧化沟工艺等。

侧流工艺的厌氧段不在处理污水的水流方向上,而是在回流污泥的侧流上,具体方法是将部分含磷回流污泥分流到厌氧段释放磷,再用石灰沉淀去除富磷上清液中的磷。

4.除磷设施运行管理的注意事项

1)厌氧段是生物除磷最关键的环节,其容积一般按0.5~2h的水力停留时间确定,如果进水中容易生物降解的有机物含量较高,应当设法减少水力停留时间,以保证好氧段进水的BOD5含量。

2)如果磷的排放标准很高,而所选的除磷工艺不能满足出水要求,可以增加化学除磷或者过滤处理去除水中残留的低含量磷。

3)生物除磷工艺的机理是将溶解转移到活性污泥生物细胞中,通过剩余污泥的排放从系统中除去。在污泥的处理过程中,如果出现厌氧状态,剩余污泥中的磷就睡重新释放出来。

重力浓缩容易产生厌氧状态,有除磷要求的剩余污泥处理不能采用这种方法,而应当使用气浮浓缩、机械浓缩、带式重力浓缩等不产生厌氧状态的浓缩方法。如果只能选择重力浓缩时,必须在工艺流程中增设化学沉淀设施去除浓缩上清液中所含的磷。

4)泥龄是影响生物脱氮除磷的主要因素,脱氮要求越高,所需泥龄越长。而泥龄越长,对除磷越不利。尤其是在进水BOD5/TP小于20时,泥龄越短越好。

但如果进水BOD5偏低,活性污泥增长缓慢,就不可能将泥龄控制的太短,此时必须进行化学除磷。

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