磷作為污水處理的排放指標(biāo)之一，受到了廣大污師們的關(guān)注。如果一個(gè)污水廠出水磷不達(dá)標(biāo)，恐怕負(fù)責(zé)人是要寢食難安的。也經(jīng)常有小伙伴向我咨詢關(guān)于除磷的問(wèn)題，那么今天就跟大家探討一下。
如何除去廢水中的磷？
常規(guī)的生物處理法通過(guò)剩余污泥排放和處理可以從廢水中去除部分磷，一些特殊工藝或經(jīng)過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式以后具有除磷功能的普通工藝可以取得較好的除磷效果，具體方法有A/O，A²/O、SBR、氧化溝等。但生物處理法的除磷效果有限，當(dāng)磷的排放標(biāo)準(zhǔn)很高時(shí)，往往需要使用化學(xué)除磷或?qū)⑸锓ㄅc化學(xué)除磷結(jié)合起來(lái)使用。
化學(xué)除磷是向水中投加化學(xué)藥劑，生成不溶性的磷酸鹽，然后再利用沉淀、氣浮或過(guò)濾等方法將磷從污水中除去。用于化學(xué)除磷的常用藥劑有石灰，鋁鹽和鐵鹽等三大類。
一、先說(shuō)化學(xué)法
1、石灰除磷
石灰除磷是投加石灰與磷酸鹽反應(yīng)生成羥基磷灰石沉淀。
由于石灰進(jìn)入水中后，首先與水的堿度反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，然后過(guò)量的鈣離子才能與磷酸鹽反應(yīng)生成羥基磷灰石沉淀，因此所需的石灰量主要取決于待處理廢水的堿度，而不是廢水的磷酸鹽含量。
另外，廢水的鎂硬度也是影響石灰除磷的因素。因?yàn)樵诟遬H值條件下，生成的Mg(OH)2沉淀是膠體沉淀，不但消耗石灰，而且不利于污泥脫水。
pH對(duì)石灰除磷的影響很大，隨著pH升高，羥基磷灰石的溶解度急劇下降，即磷的去除率增加，pH大于9.5后，水中所有磷酸鹽都轉(zhuǎn)為不溶性的沉淀。一般控制pH在9.5~10之間除磷效果zuihao。
不同廢水的石灰量投加應(yīng)該通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。
石灰除磷的具體方法有三種。一是在污水廠初沉池之前投加，而是在污水生物處理之后的二沉池投加，三是在生物處理系統(tǒng)之后投加石灰并配有再碳酸化系統(tǒng)。
2、鋁鹽除磷
鋁鹽除磷的常用藥劑是硫酸鋁和硫酸鈉。不同的是投加硫酸鋁會(huì)降低廢水的pH，而投加硫酸鈉會(huì)提高廢水的pH。因此硫酸鋁和硫酸鈉分別適用于處理堿性和酸性廢水。
鋁鹽的投加比較靈活，可以在初沉池前投加，也可以在曝氣池中投加，或者在曝氣池和二沉池之間投加，還可以將化學(xué)除磷與生物處理系統(tǒng)分開，以二沉池出水為原水投加鋁鹽進(jìn)行混凝過(guò)濾、或在濾池前投加鋁鹽進(jìn)行微絮凝過(guò)濾。
在初沉池前投加，可以提高初沉池對(duì)有機(jī)物和SS的去除率，在曝氣池和二沉池之間投加，渠道或者管道的湍流有助于改善藥劑的混合效果，在生物處理系統(tǒng)之后投加，因生物處理對(duì)磷的水解作用可以使除磷效果更好。
由于受廢水堿度和有機(jī)物的影響，除磷的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因此鋁鹽的投加量不能按計(jì)算確定，必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。
3、鐵鹽除磷
三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等都可以用來(lái)除磷，常用的是三氯化鐵。
與鋁鹽相似，大量三氯化鐵要滿足與堿度反應(yīng)生成的Fe(OH)3，以此促進(jìn)膠體磷酸鐵的沉淀分離。磷酸鐵沉淀的zuijiapH范圍是4.5~5.0，實(shí)際應(yīng)用中pH值在7左右甚至超過(guò)7，仍有較好的除磷效果。
城市廢水投加大約45~90mg/L三氯化鐵，可去除磷85%~90%。和鋁鹽一樣，鐵鹽投加點(diǎn)可以在預(yù)處理、二級(jí)處理或三級(jí)處理階段。
但是化學(xué)除磷會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題：
1、化學(xué)除磷zui大的問(wèn)題是會(huì)使污水處理污泥量顯著增加。
因?yàn)樵诔讜r(shí)產(chǎn)生的金屬磷酸鹽和金屬氫氧化物以懸浮固體的形式存在于水中，最終變成污泥。在初沉池前投加金屬鹽，初沉池污泥增加60%~100%，整個(gè)污水處理廠污泥量會(huì)增加60%~70%.在二級(jí)處理過(guò)程中投加金屬鹽，剩余污泥量增加35%~45%.
2、化學(xué)除磷會(huì)使污泥濃度降低20%左右，因此污泥體積加大，從而增加了污泥處理與處置的難度。
3、使用化學(xué)除磷時(shí)，出水可溶性固體含量增加。若固液分離不好時(shí)，鐵鹽除磷會(huì)使出水呈微紅色。
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為創(chuàng)造生物超量除磷過(guò)程，實(shí)現(xiàn)可控的除磷效果。整個(gè)過(guò)程必須通過(guò)創(chuàng)造厭氧環(huán)節(jié)利用厭氧微生物的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)生物除磷過(guò)程。
1)厭氧條件下釋磷
在沒(méi)有溶解氧或硝態(tài)氮存在的條件下，兼性細(xì)菌通過(guò)發(fā)酵作用將可溶性BOD5轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。聚磷菌吸收這些發(fā)酵產(chǎn)物或來(lái)自原污水的VFA，并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳能源儲(chǔ)存物質(zhì)PHB，所需的能力來(lái)源于聚磷的水解以及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。
2)好氧條件下攝磷
好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式存儲(chǔ)超過(guò)生長(zhǎng)所需的磷量，通過(guò)PHB的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕集存儲(chǔ)，磷酸鹽從水中被去除。
3)富磷污泥的排放
產(chǎn)生的富磷污泥通過(guò)剩余污泥的形式排放，從而將磷去除。從能量角度來(lái)看，聚磷菌在無(wú)氧條件下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機(jī)物，在好氧狀態(tài)下降解吸收溶解性有機(jī)物獲取能量以吸收磷。
除磷的關(guān)鍵是厭氧區(qū)的設(shè)置，可以說(shuō)厭氧區(qū)是聚磷菌的生物選擇器。聚磷菌能在短暫的厭氧條件下，由于非聚磷菌吸收低分子基質(zhì)并快速同化和儲(chǔ)存這些發(fā)酵產(chǎn)物，即厭氧區(qū)為聚磷菌提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
這樣一來(lái)，能吸收大量磷的聚磷菌就能在處理系統(tǒng)中得到選擇性增殖，并可通過(guò)排除高含磷量的剩余污泥達(dá)到除磷的目的。這種選擇性增殖的另一好處是抑制了絲狀菌的增殖，避免了產(chǎn)生沉淀性能較差的污泥的可能，因此厭氧/好氧生物除磷工藝一般不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹。
2、生物除磷的影響因素：
1)溶解氧
首先必須在厭氧區(qū)嚴(yán)控制的厭氧環(huán)境，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長(zhǎng)狀況、釋磷能力及利用有機(jī)基質(zhì)合成PHB的能力。其次是必須在好氧區(qū)供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對(duì)儲(chǔ)存的PHB進(jìn)行降解，釋放足夠的能量供其過(guò)量攝磷。一般厭氧段的DO要嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的DO要嚴(yán)格控制在2mg/L以上。
2)厭氧區(qū)硝態(tài)氮
硝態(tài)氮包括硝酸鹽和亞硝酸鹽，硝態(tài)氮的存在也會(huì)消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制聚磷菌對(duì)磷的釋放，從而影響好氧條件下聚磷菌對(duì)磷的吸收。另外，硝態(tài)氮的存在會(huì)被部分聚磷菌作為電子受體進(jìn)行反硝化，從未影響其以發(fā)酵產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸、抑制聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。
3)溫度
一般來(lái)說(shuō)，在5~30℃范圍內(nèi)，都可以收到較好的除磷效果。
4)pH值
pH值在6~8范圍內(nèi)，磷的釋放比較穩(wěn)定。
5)BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)
一般認(rèn)為，進(jìn)水中的BOD5/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)，從而獲得理想的除磷效果。為此，可以采用部分進(jìn)水和跨越初沉池的方法，獲得除磷所需的BOD5量。
6)泥齡
一般以除磷為目的的生物處理系統(tǒng)的泥齡控制在3.5~7d。
2、廢水生物除磷的方法有哪些
廢水生物除磷包括厭氧釋磷和好氧攝磷兩個(gè)過(guò)程，因此廢水生物除磷的工藝流程由厭氧和好氧兩個(gè)部分組成。按照磷的最終去除方式和構(gòu)筑物的組成，除磷工藝流程可分為主流程除磷工藝和側(cè)流程除磷工藝。
主流除磷工藝的厭氧段在處理污水的水流方向上，磷的最終去除通過(guò)剩余污泥排放，典型的方法有厭氧/好氧(A/O)工藝，其他方法有厭氧/缺氧/好氧(A/²O)工藝、Phoredox工藝、UTC工藝、VIP工藝以及SBR工藝、氧化溝工藝等。
側(cè)流工藝的厭氧段不在處理污水的水流方向上，而是在回流污泥的側(cè)流上，具體方法是將部分含磷回流污泥分流到厭氧段釋放磷，再用石灰沉淀去除富磷上清液中的磷。
3、除磷設(shè)施運(yùn)行管理的注意事項(xiàng)
1)厭氧段是生物除磷最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其容積一般按0.5~2h的水力停留時(shí)間確定，如果進(jìn)水中容易生物降解的有機(jī)物含量較高，應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少水力停留時(shí)間，以保證好氧段進(jìn)水的BOD5含量。
2)如果磷的排放標(biāo)準(zhǔn)很高，而所選的除磷工藝不能滿足出水要求，可以增加化學(xué)除磷或者過(guò)濾處理去除水中殘留的低含量磷。
3)生物除磷工藝的機(jī)理是將溶解轉(zhuǎn)移到活性污泥生物細(xì)胞中，通過(guò)剩余污泥的排放從系統(tǒng)中除去。在污泥的處理過(guò)程中，如果出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，剩余污泥中的磷就睡重新釋放出來(lái)。
重力濃縮容易產(chǎn)生厭氧狀態(tài)，有除磷要求的剩余污泥處理不能采用這種方法，而應(yīng)當(dāng)使用氣浮濃縮、機(jī)械濃縮、帶式重力濃縮等不產(chǎn)生厭氧狀態(tài)的濃縮方法。如果只能選擇重力濃縮時(shí)，必須在工藝流程中增設(shè)化學(xué)沉淀設(shè)施去除濃縮上清液中所含的磷。
4)泥齡是影響生物脫氮除磷的主要因素，脫氮要求越高，所需泥齡越長(zhǎng)。而泥齡越長(zhǎng)，對(duì)除磷越不利。尤其是在進(jìn)水BOD5/TP小于20時(shí)，泥齡越短越好。
但如果進(jìn)水BOD5偏低，活性污泥增長(zhǎng)緩慢，就不可能將泥齡控制的太短，此時(shí)必須進(jìn)行化學(xué)除磷。
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