除磷劑在廢水處理中的應用

目前，除磷技術在不斷完善和發(fā)展，除磷劑的種類也越來越多。常用的除磷方法有四種，即化學法、結(jié)晶法、生物法和吸附法。其中，化學除磷是早期的除磷方法，出水只需投加藥劑即可穩(wěn)定達標。但由于大量消耗化學藥劑，處理成本普遍較高，并產(chǎn)生大量二次污泥，不利于后續(xù)處理。結(jié)晶法作為接觸除磷法，成本低，容易控制，但維護成本高，容易堵塞。生物法因其成本低、環(huán)境友好而被廣泛應用于污水處理工程中，但處理效果不穩(wěn)定，且高度依賴于水中有機物的濃度。單一的生物處理技術無法滿足排放標準，因此生物技術與化學技術的結(jié)合越來越受到重視和推廣。然而，高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的除磷劑卻很少，因此研發(fā)具有良好除磷效果的微生物菌株是關鍵。相比之下，吸附除磷技術具有選擇性高、性能穩(wěn)定、可解吸再生、無二次污染等優(yōu)點，成為目前除磷領域的研究熱點。

1.脫磷劑的種類及脫磷機理

1.1物理和化學脫磷劑

目前常用的物理化學脫磷劑主要有鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽。其中，鋁鹽脫磷劑有三種，分別是硫酸鋁(Al(2SO4)3)、氯化鋁(AlCl3)和聚合氯化鋁(PAC)。一般認為除磷機理主要包括兩個過程:金屬離子與磷酸根離子反應去除可溶性磷和金屬離子水解后絡合物對污水中有機磷和不溶性磷的混凝作用。為了證實鋁鹽脫磷劑主要是吸附還是化學反應沉淀，陸震等人發(fā)現(xiàn)這類藥劑的脫磷沉淀中磷酸鋁比例較小，含有大量吸附的鋁鹽和氫氧化鋁，過程主要是吸附共沉淀。對比這三種除磷劑，以生活污水為處理對象進行相關實驗。結(jié)果表明，聚合氯化鋁用量少，效果好，出水穩(wěn)定。當投加量為60mg/L時，可以達到預期的除磷效果。

市場上常用的鐵鹽脫磷劑主要有三氯化鐵(FeCl3 6H2O)、硫酸亞鐵(FeSO4 7H2O)和聚合硫酸鐵(PFS)。其機理與鋁鹽的兩種過程相似，但文獻未驗證是混凝作用還是化學作用占主導地位。FeCl3 6H2O很少單獨作為污水深度處理的除磷劑，但可以直接加入生化系統(tǒng)提高除磷效率。在朱亮各向同性SBR系統(tǒng)中加入FeCl3 6H2O，平均除磷效率由76%提高到90%，但對微生物有一定毒性。陳艷麗等人發(fā)現(xiàn)，在生化池中加入FeSO 47H2O可以迅速提高除磷效果，但對活性污泥的性質(zhì)沒有影響。某環(huán)保公司用FeSO4 7h2o和PFS對比低濃度含磷廢水的除磷效果。結(jié)果表明，在相同的投加量下，硫酸鐵的去除率明顯高于聚合硫酸鐵。由于feso 4·7h2o的成本遠低于PFS，因此當TP濃度較低時，可以通過實驗確定feso 4·7h2o的處理效果。

鈣鹽一般指石灰(Ca(OH)2)和氯化鈣(CaCl2)，價格便宜。主要是將鈣鹽直接投加到廢水中，通過生成鈣磷沉淀來去除廢水中的磷。目前，研究者對除磷過程中pH值的適宜條件仍有爭議。如張等人發(fā)現(xiàn)，當pH值為10 ~ 11時，磷的去除率較好。在相同濃度下，李長江等人認為pH值在8.5~9.5時除磷效果較好。為了更好地選擇合適的pH值來提高鈣鹽除磷效率，李生結(jié)合pH值和·OH的影響來探索除磷產(chǎn)物的控制機理，發(fā)現(xiàn)較好的pH值只與廢水的初始pH值和磷酸鹽濃度有關。

1.2微生物制劑

微生物菌劑的制備是基于微生物厭氧釋磷和好氧吸磷的生物除磷機理。目標微生物(聚磷菌)在工業(yè)生產(chǎn)中擴大后，與生物酶、營養(yǎng)物質(zhì)、催化劑等物質(zhì)復配，形成活性菌劑，可有效降低廢水中的磷含量，通過復配，效果優(yōu)于單純的生物處理工藝。

隨著微生物菌劑優(yōu)勢的凸顯，各種微生物菌劑的R&D和制劑企業(yè)也在逐年增加，使用量也在逐年擴大。如污水處理生物菌種，由酵母菌、乳酸菌、硝化細菌、硫細菌、枯草芽孢桿菌等多種有益菌種組成。一種除磷專用微生物菌劑，由植物源枯草芽孢桿菌、高效功能菌、絮凝菌、短鏈脂肪酸SCFA、酶制劑等復合而成。碧峰益除磷產(chǎn)品由除磷菌、生物酶、營養(yǎng)物質(zhì)、催化劑等制成。與物理化學藥劑相比，微生物菌劑雖然具有持效期長、污泥量少、無二次污染等優(yōu)點，但處理速度相對較慢，一般需要先活化再投加。

1.3新型復合脫磷劑

新型復合除磷劑是由前兩種除磷劑演變而來的。研究中發(fā)現(xiàn)，兩種或兩種以上除磷劑的復配比單一除磷劑的除磷效果更好。因此，新型除磷劑在應用中應運而生。在以前的研究中，幾種脫磷劑，如鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽和聚丙烯酰胺(PAM)通過一些攪拌手段混合，甚至連續(xù)加入。聶等人制備了一種有機-無機復合膨潤土吸附劑，用于含磷廢水的處理，除磷率達到97.55%。張大群等利用磷鎖定劑和微生物菌劑復合技術治理富營養(yǎng)化水體，表現(xiàn)出明顯的除磷效果和長效性。隨著技術的進步，復合脫磷劑從簡單的混合發(fā)展到交聯(lián)、共沉淀、包埋等幾種技術。如楊雪等人通過共沉淀法制備了一種對磷具有良好吸附性的新型鐵銅復合吸附劑，具有很好的應用前景。陳力等用反相懸浮交聯(lián)法制備了質(zhì)子化殼聚糖/磁性復合材料，揭示了該材料的吸附過程主要是化學吸附。然而，這些新型復合脫磷劑大多還處于試驗階段，沒有得到廣泛的推廣和應用。

2.除磷劑在廢水中的應用

在項目上，隨著環(huán)保政策的日益嚴格，單純的生物除磷工藝難以使出水達到國家排放標準；單純的化學除磷工藝會增加成本和二次污染。為了在不增加成本的情況下提高處理效率，采用了“生物+化學”組合除磷工藝。朱等結(jié)合某鎮(zhèn)污水處理廠在氧化溝工藝中加入PFS，出水穩(wěn)定，TP ≤ 0.25mg/L，謝等考察了用FeCl3 6H2O處理AB工藝出水。當投加量為75×10-6時，出水穩(wěn)定，TP

3.結(jié)論

由于各種脫磷劑都存在一定的缺陷，促使其向新型高效多功能脫氮除磷劑發(fā)展?；凇皟?yōu)勢互補”的原則，開發(fā)了一種新型高效多功能脫氮除磷劑，并對其在水環(huán)境中的耦合機理進行了研究，以避免藥劑的屏蔽效應，更有效地解決水污染問題。因此，為嚴格控制水體總磷含量，滿足市場需求，研發(fā)經(jīng)濟高效的多功能脫氮除磷劑有著巨大的市場需求，不僅可以全面提升企業(yè)在環(huán)境水污染治理方面的水平和市場競爭力，還將極大地推動我國重點湖泊、重要水庫、近岸海域匯水區(qū)等敏感區(qū)域的富營養(yǎng)化治理進程，具有重要的社會、經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)效益，具有巨大的開發(fā)應用前景。(來源:航天田凱環(huán)?？萍加邢薰?、長沙環(huán)保(服務)工業(yè)技術研究院)

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