污水除磷技術(shù)
除磷是指污水中磷的去除。在污水中，磷具有固體形態(tài)和溶解形態(tài)之間循環(huán)轉(zhuǎn)化的性質(zhì)，而污水除磷就是在磷的這一性質(zhì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
污水除磷技術(shù)包括:化學(xué)除磷法，使磷成為不溶性固體沉淀，并與污水分離；生物除磷法，使溶解狀態(tài)的磷被微生物攝取，與微生物結(jié)合，并隨微生物從污水分離。
根據(jù)污水中磷的不同存在方式，應(yīng)采用不同的除磷技術(shù)。
如何去除廢水中的磷？
常規(guī)的生物處理法可以通過(guò)剩余污泥排放和處理去除廢水中的部分磷，而一些特殊的工藝或普通的工藝具有除磷功能，經(jīng)過(guò)運(yùn)行方式的調(diào)整，可以達(dá)到更好的除磷效果。具體方法有A/O，A/O，SBR，SBR。而生物處理法除磷效果有限。當(dāng)磷的排放標(biāo)準(zhǔn)很高時(shí)，往往需要采用化學(xué)除磷或生物法與化學(xué)除磷相結(jié)合。
化學(xué)除磷是在水中加入化學(xué)藥劑生成不溶性磷酸鹽，然后通過(guò)沉淀、氣浮或過(guò)濾的方法去除污水中的磷?；瘜W(xué)除磷常用的藥劑有石灰、鋁鹽、鐵鹽。
第一，化學(xué)除磷
1.石灰脫磷
石灰除磷就是加入石灰與磷酸鹽反應(yīng)生成羥基磷灰石沉淀。
石灰進(jìn)入水中后，首先與水的堿性反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，然后多余的鈣離子可以與磷酸鹽反應(yīng)生成羥基磷灰石沉淀。因此，石灰的需要量主要取決于待處理廢水的堿度處理，而不是廢水的磷酸鹽含量。
此外，廢水中鎂的硬度也是影響石灰除磷的一個(gè)因素。因?yàn)樵诟遬H值條件下，生成的Mg(OH)2沉淀為膠體沉淀，不僅消耗石灰，而且不利于污泥脫水。
pH值對(duì)石灰除磷有很大影響。隨著pH值的增加，羥基磷灰石的溶解度急劇下降，即磷的去除率增加。pH值大于9.5后，水中的所有磷酸鹽都變成不溶性沉淀物。一般控制pH在9.5~10之間，除磷效果較好。
不同廢水中石灰的用量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
從石灰中除磷有三種具體方法。一是加在污水植物初沉池之前，但加在污水生物處理二沉池之后；第三，在生物處理系統(tǒng)之后加入石灰，并配備碳酸化系統(tǒng)。
2.鋁鹽除磷
硫酸鋁和硫酸鈉通常用于從鋁中除去磷。不同的是，加入硫酸鋁會(huì)降低廢水的pH值，而加入硫酸鈉會(huì)提高廢水的pH值。因此，硫酸鋁和硫酸鈉分別適用于處理堿性和酸性廢水。
鋁的添加是靈活的?？梢栽诔醭脸刂?、曝氣池中或曝氣池和二沉池之間添加。也可將化學(xué)除磷與生物處理系統(tǒng)分離，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。
在初沉池前添加可以提高初沉池中有機(jī)物和SS的去除率；在曝氣池和二沉池之間增加了通道或管道中的紊流，有助于提高藥劑的混合效果；由于生物處理對(duì)磷的水解作用，在生物處理系統(tǒng)之后加入可以使除磷效果更好。
由于廢水堿度和有機(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，鋁鹽的最佳投加量不能通過(guò)計(jì)算來(lái)確定，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
3.鐵鹽脫磷
氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵都可以用來(lái)除磷，常用的是氯化鐵。
與鋁鹽類似，大量的氯化鐵要滿足與堿性反應(yīng)生成的Fe(OH)3的要求，才能促進(jìn)膠體磷酸鐵的沉淀分離。鐵沉淀的最佳pH范圍為4.5~5.0，實(shí)際應(yīng)用中的pH值約為7甚至大于7，仍有較好的除磷效果。
在城市污水中加入約45～90mg/L的氯化鐵，可去除85%～90%的磷。像鋁鹽一樣，鐵鹽可以在預(yù)處理、二級(jí)處理或三級(jí)處理階段加入。
但是化學(xué)除磷會(huì)引起一些問(wèn)題:
1.化學(xué)除磷的大問(wèn)題是污水處理污泥量會(huì)明顯增加。
因?yàn)槌走^(guò)程中產(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，最終成為污泥。在初沉池前加入金屬鹽會(huì)使初沉池內(nèi)的污泥增加60%~100%，整個(gè)污水處理廠的污泥增加60%~70%。在二級(jí)處理工藝中加入金屬鹽會(huì)使剩余污泥增加35%~45%。
2.化學(xué)除磷會(huì)使污泥濃度降低20%左右，所以污泥體積會(huì)增加，從而增加污泥處理和處置的難度。
3.當(dāng)使用化學(xué)除磷時(shí)，流出物中可溶性固體的含量增加。如果固液分離不好，鐵鹽除磷會(huì)使出水泛紅。
二、生物除磷
1.生物除磷原理
污水生物除磷的原理是人為創(chuàng)造一個(gè)生物過(guò)剩除磷過(guò)程，達(dá)到可控的除磷效果。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)厭氧條件下磷釋放
在沒(méi)有溶解氧或硝酸鹽氮的情況下，兼性細(xì)菌可以通過(guò)發(fā)酵將可溶性BOD5轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。聚磷細(xì)菌從污水中吸收這些發(fā)酵產(chǎn)物或VFA，并將它們運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中，將它們同化為細(xì)胞內(nèi)碳能量?jī)?chǔ)存物質(zhì)PHB。所需的能力來(lái)自于多磷酸鹽的水解和細(xì)胞內(nèi)糖的糖酵解，從而導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。
2)有氧條件下的磷吸收
在好氧條件下，聚磷菌的活性得到恢復(fù)，超過(guò)所需生長(zhǎng)量的磷以聚磷的形式儲(chǔ)存起來(lái)。PHB氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷吸收和磷積累合成。能量以多聚磷酸高能鍵的形式被捕獲和儲(chǔ)存，磷酸鹽從水中被去除。
3)富磷污泥的排放
產(chǎn)生的富磷污泥以剩余污泥的形式排出，從而去除磷。從能量上看，聚磷菌在厭氧條件下釋放磷獲得能量吸收廢水中的溶解性有機(jī)物，在好氧條件下降解吸收溶解性有機(jī)物獲得能量吸收磷。
除磷的關(guān)鍵是厭氧區(qū)的設(shè)置，厭氧區(qū)可以說(shuō)是聚磷菌的生物選擇器。聚磷菌可以吸收低分子基質(zhì)，并在短暫的厭氧條件下快速同化儲(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)。
這樣就可以在處理系統(tǒng)中選擇性增殖能夠大量吸收磷的聚磷菌，通過(guò)去除磷含量高的剩余污泥達(dá)到除磷的目的。這種選擇性增殖的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抑制了絲狀菌的增殖，避免了沉淀性能差的污泥的可能。因此，厭氧/好氧生物除磷工藝一般不會(huì)引起污泥膨脹。
2.生物除磷的影響因素:
1)溶解氧
首先，厭氧區(qū)必須嚴(yán)格控制厭氧環(huán)境，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長(zhǎng)狀況、釋磷能力和PHB合成能力。其次，好氧區(qū)必須提供足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌降解儲(chǔ)存的PHB并為其過(guò)量吸磷釋放足夠能量的要求。一般厭氧段DO應(yīng)嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下，好氧段DO應(yīng)嚴(yán)格控制在2mg/L以上。
2)厭氧區(qū)的硝態(tài)氮
硝態(tài)氮包括硝酸鹽和亞硝酸鹽。硝態(tài)氮的存在還會(huì)消耗有機(jī)基質(zhì)，抑制聚磷菌釋放磷，從而影響聚磷菌在好氧條件下對(duì)磷的吸收。此外，硝態(tài)氮的存在會(huì)被一些聚磷菌作為電子受體反硝化，但從未影響它們以發(fā)酵產(chǎn)物為電子受體發(fā)酵產(chǎn)酸的能力，抑制聚磷菌的釋磷和吸磷以及PHB合成能力。
3)溫度
一般來(lái)說(shuō)，在5~30℃范圍內(nèi)，可以獲得較好的除磷效果。
4)pH值
當(dāng)pH值在6~8范圍內(nèi)時(shí)，磷的釋放相對(duì)穩(wěn)定。
5)BOD負(fù)荷和有機(jī)物特性
一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)水中的BOD5/TP應(yīng)大于15，以保證聚磷菌有足夠的底物，從而獲得理想的除磷效果。因此，可以采用部分進(jìn)水和穿越初沉池來(lái)獲得除磷所需的BOD5量。
6)泥齡
生物處理除磷系統(tǒng)的污泥齡一般控制在3.5~7d。
3.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吸磷兩個(gè)過(guò)程，所以工藝流程廢水生物除磷由厭氧和好氧兩部分組成。根據(jù)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副流程除磷工藝。
主流除磷工藝的厭氧段在處理污水的流向，最終除磷通過(guò)剩余污泥排出。典型的方法是厭氧/好氧(A/O)工藝，其他方法是厭氧/缺氧/好氧(A
側(cè)流工藝的厭氧段不在處理污水的水流方向，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至厭氧段釋放磷，然后通過(guò)石灰沉淀將富磷上清液除磷。
4.除磷設(shè)施運(yùn)行管理注意事項(xiàng)
1)厭氧段是生物除磷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其容積一般按水力停留時(shí)間0.5~2h確定。如果進(jìn)水中可生物降解有機(jī)物含量較高，應(yīng)盡量減少水力停留時(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，選擇的除磷工藝不能滿足出水要求，可以增加化學(xué)除磷或過(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)理是將溶出物轉(zhuǎn)移到活性污泥生物細(xì)胞中，通過(guò)剩余污泥的排放將其從系統(tǒng)中去除。在污泥處理的過(guò)程中，如果出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，剩余污泥中的磷會(huì)休眠，重新被釋放出來(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)采用氣浮選礦、機(jī)械選礦、皮帶重力選礦等不產(chǎn)生厭氧狀態(tài)的選礦方法。如果重力濃縮是唯一的選擇，則必須在工藝流程中添加化學(xué)沉淀設(shè)施，以去除濃縮上清液中包含的磷。
4)泥齡是影響生物脫氮除磷的主要因素。脫氮要求越高，污泥齡越長(zhǎng)。污泥齡越長(zhǎng)，除磷效果越差。特別是當(dāng)進(jìn)水BOD5/TP小于20時(shí)，泥齡越短越好。
但如果進(jìn)水BOD5較低，活性污泥生長(zhǎng)較慢，無(wú)法控制泥齡過(guò)短，此時(shí)必須進(jìn)行化學(xué)除磷。
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