废水除磷技术的现状与发展

废水除磷技术的现状与发展

徐鸿潘天寿

摘要：磷作为生物圈的重要元素，水体中含磷量过高会导致水体富营养化问题。在含磷工业废水或城镇污水处理中，磷的处理一直是一个主要的问题。目前新的城镇污水排放标准对磷的要求进一步提高，增加了污水装置的排放压力。本文就废水除磷技术的现状与发展进行了简单总结，并根据我公司的废水处理实践，提出了废水除磷技术需要解决的主要问题。

关键词：含磷量；排放；化学除磷

一、废水除磷技术的发展现状

在长期的废水处理实践中，国内外研究者开发出的废水除磷技术主要有以下4种：

1.化学除磷技术

钙盐除磷是向含磷的污水中投加石灰，但是由于形成氢氧根离子，导致污水的PH值上升，与此同时，污水中的磷和石灰中的钙发生反应，生成沉淀。此类方法实际上是水的软化过程，所需要的石灰投加量与污水的碱度有关，但与水中的磷含量无关。在使用石灰法时，PH值必须调到较高值才能使残留的溶解磷浓度降低到很低水平。而污水碱度所消耗的石灰量比实际除磷消耗的石灰量要高很多，因此该种方法的投资和运营费用较高。

铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水中时，一方面铝离子和磷酸根离子反应，另一方面，Al3+首先水解生成单核络合物Al（OH）2+、以及Al（OH）2+及AlO2-等，由于单核络合物进一步缩合，进而形成了一系列的多核络合物Aln（OH）m（3n-m）+（n>1，m<3n）。这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷的杂质，中和胶体电荷、压缩双电层及降低胶体电位，促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的除磷效果。铝盐除磷处理适用PH值为5.0～8.0，理想PH值为5.8～6.9，最佳PH值为6.3。

铁盐除磷的投加量取决于溶解氧、PH值、生物酶、硫和碳酸盐含量等。传统的铁盐混凝剂有硫酸铁、三氯化铁、硫酸亚铁等，新型的铁盐混凝剂主要有聚合硫酸铁，聚氯硫酸铁，聚合氯化铝铁等。有研究表明，利用聚合氯化铝铁混凝剂对城镇生活污水进行处理，处理后的磷含量可低于0.5mg/L，达到生活污水国家一级排放标准。

2.活性污泥除磷

活性污泥法除磷根据污泥中除磷菌不同而分为两种：一种是由聚磷菌完成的生物除磷。在厌氧环境中，聚磷菌吸收溶解态的小分子脂肪酸等有机物形成生存所需的能量储存物质β-羟基丁酸（PHB），这一过程需要分解聚磷菌体内的聚磷酸盐的分解，分解过剩含磷物质就会释放到聚磷菌体外；在好氧环境中，聚磷菌会吸收污水中的磷酸盐，分解体内的PHB产生能量来供给新陈代谢，吸收的磷酸盐在细菌体内转变成聚磷酸盐，好氧池内含有大量这种聚磷菌的污泥磷含量很高，成为富磷污泥。聚磷菌反复进行上述循环，同时将好氧池的富磷污泥选择性排出或者采取措施将厌氧池含磷污水中的磷排出活性污泥系统即可去除污水中的磷。一种是以反硝化除磷菌（DPBs）为主的生物除磷，在厌氧环境中，反硝化除磷菌分解体内的聚磷酸盐，合成大分子的聚β-羟基丁酸来储存能量，细菌体内过剩的磷酸盐等含磷物质被释放到细菌体外；在缺氧环境中，反硝化除磷菌利用厌氧阶段合成的聚β-羟基丁酸作为能源物质，同时将电子传送给NO3-，吸收环境中的含磷物质，使得系统在反硝化的同时去除污水中磷，达到反硝化除磷的目的。

活性污泥法除磷其优点主要有占地面积小，产泥量少，磷泥中有机成分较高，经处理可作为肥料等；但是活性污泥法对进水水质、水量的稳定性要求较高，而且由于除磷菌需要较少的磷就能满足自身的新陈代谢，传统活性污泥法除磷效果不佳，改进的操作系统运行较为复杂，要求管理人员具有一定的专业知识。

3.人工湿地除磷

人工湿地主要通过基质、湿地植物以及微生物的共同作用来完成除磷。其中，基质的除磷作用是主要的除磷方式，基质中若含有较多能与磷酸根离子形成低溶解度物质，则其除磷能力就相应增强。湿地植物对磷的去除作用分为两种，其一，湿地植物对污水中的无机磷可以直接吸收用于新陈代谢；其二，通过光合作用，湿地植物可以形成微型好氧区与厌氧区，为除磷菌提供除磷环境。微生物在人工湿地中有着重要的除磷作用，经研究，水芹湿地与凤眼莲湿地含有大量的除磷菌，相对于空白基质，上述两种湿地对磷的去除率分别高16.0%和8.1%。人工湿地除磷是运行简单、没有污染的绿色除磷方式，但也存在着除磷效果较低、对溶解氧要求较高、填料易堵塞、植物后续处理较难等缺点。

4.膜技术除磷

膜技术回收磷盐主要应用于特定的废水,回收有经济价值的纯净磷盐,如五氧化二磷、次亚磷酸等。化学镀镍是近年来发展很快的一种表面加技术,化学镀镍液使用多次以后,功能减弱,成为镀镍老化液,通常被排放掉。当今,膜生物反应器有许多种类,根据膜组件在膜生物反应器中所起的作用不同,大致将膜生物反应器分为分离膜生物反应器、无泡曝气膜生物反应器和萃取膜生物反应器3种。分离膜生物反应器中的膜组件相当于传统生物处理系统中的二沉池,在此进行固液分离,截留的污泥回流至生物反应器,透过水外泄；无泡曝气膜生物反应器采用透气性膜,对生物反应器进行无泡供氧；萃取膜生物反应器是利用膜首先将工业废水中的优先污染括性污泥,并将活性污泥失效的有毒物质萃取掉,然后再对废水进行生化处理,对去除废水中的磷,通常采用分离膜生物反应器.从经济角度分析,很难运用单一膜技术除磷,生物法与膜分离技术相比较,膜技术的劣势不仅在于经济上,还在于技术上,生物技术可使生物体不断生长,膜技术则没有这种能力。无论是除磷还是回收磷,膜技术只适用于特定的磷化合物、特定的污水源,这是膜技术除磷(回收磷)难以克服的应用上的障碍。因此,膜技术在太多数除磷的领域,都要与生物法结合,以获得更高的经济效益。

二、废水除磷技术的发展趋势

如今我国对废水除磷技术的研究越来越深入，并促使其向生物性和工艺改革方向发展，以起到除磷高效率和低能耗的作用。一般除磷系统中，由于硝化菌和聚磷菌存在泥龄的矛盾，因此需要注重利用改进工艺，实现除磷和脱氮在空间和时间的分开，通过对除磷和脱氮分别创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境实现生物脱氮除磷。另外还需要加强对有机碳源的研究，即探索能够使反硝化速率加快的可替代有机碳源，从而提高脱氮效率。利用微生物动力学特性，可以实现亚硝酸菌和硝酸菌的动态竞争，然而对于活性污泥的膨胀问题、沉降性能等还有待研究。人们对污水处理的高要求下，脱氮除磷工艺不但需要将污水中的氮元素以及磷元素去除，而且还要具备运行便捷、工艺可靠、成本低廉的特点。因此，脱氮除磷技术将来必然会向着成熟、高效以及经济的方向发展。而在一些较小的城市中，污水的总量相对比较小，如果能够对土地系统进行合理的使用，那么就能够在对污水实施二级处理之后，将其引入湿地系统，然后通过植物来对其进行二次处理，将污水中存留的氮元素和碳元素进行去除。

三、结语

含磷废水的处理方法众多，处理效果和适用情况也不尽相同。在含磷废水的处理工艺上，要转变传统思维，加强磷的回收和利用。今后的磷回收技术应是多项技术的集成，尤其是生物处理技术与化学方法的结合，通过各种工艺的优化组合，实现磷资源和水资源的最大回收，同时可以获得环境效益和经济效益。

参考文献

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