污水除磷技术.pdf

收稿日期：!#$#$%污水除磷技术邓聪$，邓春玲!，杨育喜!，宁平!（$&云南省环境监理总队，云南 昆明()*；!&昆明理工大学环境科学与工程学院，云南 昆明(+)）摘要：磷的氧化态和还原态都不可能成为气态，一般只能通过化学或者生物学的方法将其作为一种固体收集。除磷技术中，一是利用沉淀反应，或结晶、吸附等作用，二是利用微生物的作用。前者包括化学凝聚法、离子交换法、吸附法和结晶法等，后者包括生物法、,-./0123 法、4516783-.法和,-.176.9 法。关键词：除磷技术；污水除磷；污水处理中图分类号：:;)文献标识码：文章编号：$#+*;:（!)）$#(!#*含有大量营养成分的污水流入湖泊等封闭性水域，加速了水域的富营养化，这种现象在世界各地，包括我国都不断发生，给工业、生活用水、水产业和农业以及旅游业都带来了极大的危害。因此，防止富营养化现象的发生已成为环保事业中的一项重要工作，控制污染源，降低污水中的各种营养成分是这项工作中的最主要任务之一。本文着重讨论污水的各种除磷技术，为不同条件下的污水除磷提供参考与选择的依据。磷有着不同于氮、硫的性质。无论它的氧化态还是还原态都不可能成为气态而被排放到空气中。一般只能通过化学或者生物学的方法把它作为一种固体收集。因此，在除磷技术中，一是利用沉淀反应，或结晶和吸附等作用，二是利用微生物的作用。从这个意义上说，除磷方法可以分为物理化学处理法和生物处理法两大类。其中，物理化学法包括电渗析法、反渗析法、吸附法、离子交换法、结晶法和化学凝聚法；生物法有 4516783-.法、,-./0123 法、法、法、?A 法和,-.176.9 法。这些除磷方法中，有的已经实际应行，有的处于试验之中，有的由于某种原因只进行试验而未能实际应用。本文对部分主要除磷技术作简要介绍。$化学凝聚沉淀法$B!化学凝聚沉淀法是采用最早、使用最广泛的一种除磷方法。它的原理是将易溶于水的某些金属盐投入水中，金属离子与磷反应生成一种难溶性的盐与水体分离，以此除去水中的磷。它主要是通过调整 3C 值，控制金属离子与磷的浓度比来形成最稳定的难溶性金属磷盐，以此达到高除磷效果。因此，掌握与控制好各种沉淀剂的最佳 3C 值对取得满意的除磷效果是极为重要的。在这个方法中，使用最多的沉淀剂是钙盐、铝盐和铁盐。铝盐或铁盐与磷的反应如下：D7!（E*）)F!,)#*!D7,*F)E!#*（D7G#)）起反应，形成铝或铁的氢氧化物沉淀：D7)F)C#)!D7（C）)F)!（!）由于反应生成了!，因此溶液的 3C 下降。在实际应用中，从沉淀物的溶解度看，最适宜的3C 值铝盐为，铁盐为*J(。在化学药剂经济性方面，最新试验显示，聚合氯化铝（,）是一种便宜的化学沉淀除磷药剂。以,取代普通铝盐，药剂用量低。普通铝盐除磷的摩尔比为 HG,K!J(G$，而,仅为!#*F(5!FF*C#!5(（C）（,*）)C!（)）在这个反应中，3C 值越高，磷的去除率越高。为了使磷浓度降到 J$LM=A 以下，必须将 3C 值提高到$J(以上。在如此高的 3C 下，污水中的碱度、镁也与石灰反应，因而消耗石灰用量。5（C）!F 5（C)）!5)F!C!（*）!5（C）!F DM（C)）!5)F DM（C）!F!C!（(）从整体上看，生成的 5)能改善沉淀状况，DM（C）!对磷也具有一定吸附作用，所以对提高!(云南环境科学第!卷第$期!)年)#月万方数据处理效率有一定好处。但这个处理方法也存在以下一些问题：（!）生成的#$（%&）（%(）)沉淀性比较差，需要在搅拌之后增设一个慢搅拌过程并添加高分子絮凝剂，提高沉降性能，促使其沉降；（*）该反应对正磷酸根以外的磷化合物去除效果较差；（)）处理水中仍有大量钙且+&值太高，造成出水硬度大，不能直接排放。（(）处理时用碱中和，排放时再用酸中和以达到排放标准，耗用大量酸、碱。用化学沉淀法除磷，其药剂投加的地点可能不同，即在曝气池前、中、后出水中，因此沉淀又分为直接沉淀法、前沉淀法、同时沉淀法和后沉淀法。但除磷原理相同，其工艺流程见图!。图!化学凝聚沉淀法除磷工艺流程简图化学凝聚沉淀法磷的去除率在,$-左右，处理效果稳定，系统操作简便，易于自动化，抗冲击性强，对管理人员的要求不是很高。因此，它成为目前应用最普遍的除磷方法。但由于人为投加了化学药剂，产生大量的污泥，且难于处理；如果填埋，则需要较大场地；如果焚烧，则费用很高。*离子交换法离子交换法是利用多孔性的阴离子交换树脂，选择性地吸收除去污水中的磷，反应的一般形式为：&*%.(/01&*2!01&*%(/2.（3）用离子交换法去除磷存在着树脂药物易中毒、交换容量低和选择性差等一系列问题，因而这种方法难以得到实际应用。)吸附法吸附法依靠吸附剂与污水中的磷之间进行的一种化学反应过程以达到去除磷的目的。这种方法与化学沉淀法相比，几乎不产生污泥，而且处理设备简单，处理效果比较稳定。吸附法除磷的关键在于寻找一种恰当适用的吸附剂。宁平等)对活性氧化铝处理磷酸盐进行研究后发现，活性氧化铝对磷的吸附容量可以达到!45676，是活性炭的)8 9 倍。最近，利用!.:2*%)与:2*（;%(）)烧结而成的一种新型吸附剂表现出对磷酸根离子的高选择性和较大的吸附容量。其反应式为：(&*%.(/:2(（%&）3（;%(）)(:2%(/);%*.(/*&/3&*%（,）对饱和后的吸附剂利用药品进行再生，效果比较理想，有希望得到实际应用。另外，如温石棉、橄榄石等一些天然矿物质对磷也有一定的吸附能力。孙家寿等(利用天然沸石复合吸附剂处理含磷废水，效果较好。以镁为主要原料合成的吸附剂$以上，不易直接排放，致使该吸附剂不适于采用过滤塔处理，因此在应用上也存在一定困难。(结晶法结晶法除磷是利用污水中磷酸根离子与钙离子以及氢氧根离子反应生成碱式磷酸钙（羟基钙磷灰石）#$（%&）（%(）)的晶析现象。其反应式如下：)&%*.(/$#*/(%&.#$（%&）（%(）)#)&*%（?）在作为晶核的除磷剂上析出羟基钙磷灰石（#2AB5.&CDEFGC#+#HAHI），从 而 达 到 除 磷 的 目的!。因此，作为晶核的除磷剂绝大多数都是含钙的矿物质材料，如磷矿石、骨炭、高炉铁渣3等，都被利用于除磷，但以磷矿石与骨炭的效果为最好。采用结晶法除磷，磷在晶核表面析出。因此仅仅是晶核变大，处理过程中产生的污泥量比化学沉淀法少得多。流化床结晶法是结晶法中的一种，它是为解决化学沉淀法中的污泥问题而开发的化学除磷法。在以石英砂等材料为载体的流化床中，含磷二级出水以上向流方式通过床体，并由底部引入少量碱（苛性钠或石灰）。水中磷在向上流动的过程中以磷酸钙结晶形式沉积于砂粒表面，从而避免了化学污泥的产生。干燥后被磷酸钙包裹着的无水砂粒可用于磷的回收。结晶法除磷处理过程的工艺流程如图*所示。图*结晶法除磷的工艺流程)$污水除磷技术邓聪万方数据在上述工艺流程中，污水的!#$重量比要求大于%&，所以在一般情况下需要从外部添加!。同时，鉴于污水中的炭成分与钙结合生成的!(吸附在磷酸钙表面会影响结晶反应，在前处理部分设置了一个除炭酸的工序。另外，还有控制实验条件的)*调整过程。结晶法除磷一般采用过滤式通水法，因此它占地面积小、管理费用低、易于控制。但当污水中存在大量有机物时，易造成除磷剂的失效。大量的+成分也会引起通水反应塔的堵塞。所以，该方法作为一种高级处理方法是可行的，对于防止富营养化、污水的深度除磷是极为有效的。,生物法除磷在微生物的增殖过程中，好氧微生物一旦处于厌氧条件下，它会释放出在好氧条件下吸收的磷。此后置于好氧环境中时，微生物能吸收比它在厌氧下放出的磷多好几倍的磷，这个变化一般称之为-./.01.)2345现象。从代谢的角度看，厌氧条件下微生物利用正磷酸与聚磷酸水解反应放出的能量吸收有机物，作为细胞内贮藏物$*6，并同时放出吸收的磷。在好氧状态下，它又利用$*6 氧化分解释放的能量来吸收细胞外溶液中存在的磷。这种磷的吸收与释放速度的差造成了磷的过量吸收7。809:等（%;7（%;5?）和-9409（%;5;）确立，并经过不断的充实与演变，从仅仅以除磷为目的的 A#（AB40CD9E#/9E）法发展成同时实现除磷除氮过程的 A#法（AB40CD9E，ABC/F9E#/9E）。废水生物除磷的 A#流程如图(。图(废水生物除磷的 A#流程A#生物脱磷工艺的主要特点是：工艺流程简单，不需要投加化学药品；建设费用和运行费用均较低。存在的问题是脱磷效果决定于剩余污泥排放量，在二沉池中还难免有磷的释放。因此处理城市废水时除磷率大致为 G&H左右，出水中磷的浓度约%IJ#K 略低，很难再进一步提高。A#法是 A#工艺基础上的改进，中间加了一级缺氧过程（见图?）。它不但能有效地去除6L 和磷，还能进行硝化、反硝化以去除水中的氮。进水中总磷浓度为%&IJ#K 时，去除率为 7,HM;&H。图?A#生物脱氮除磷工艺流程在厌氧、缺氧、好氧(种不同的环境条件下，不同功能的微生物菌群的有机配合协作是 A#工艺流程的主要特点，它可以同时达到去除有机物、脱氮、除磷的目的，而且工艺流程较简单，基建费用和运行费用与传统的活性污泥相比增加不多。A#工艺的缺点是：除磷效果因污泥龄和回流污泥中挟带的溶解氧和 N(O N 受到限制，去除率不可能十分高。,=4B)PC 法%&604B)PC 脱氮除磷工艺流程如图 G 所示。?,云南环境科学第 卷第%期&(年(!月万方数据图!#$%&()*脱氮除磷工艺流程图本工艺流程之所以有较好的脱磷效果（达+,-），一是在二沉池中会有磷的释放，二是在第一个缺氧池中会有局部的厌氧条件，也有磷的释放现象。由于设计了两级./0 工艺，因此#$%&()*法的脱氮效果可以达+1 2+3-。显然，工艺流程长、构筑物多，这是它的一大缺点。3456)*$&%*7 法88这是前述#$%&()*工艺流程的改进，其差别仅在于第一个缺氧池前增加了一个厌氧池，以保证磷的释放，从而使微生物在缺氧条件下有更强的吸收磷的能力，提高除磷的效果。图,6)*$&%*7 生物脱氮除磷工艺流程图!结语在常用的化学凝聚沉淀法、生物法、结晶法、吸附法中，前二者易于在现有条件下实施，尤其是生物法除磷，在我国现阶段是一种值得推广与应用的方法。结晶法、吸附法要求增加处理设备，在建设资金紧缺的情况下不易被采用。但由于它们的许多长处，从环境保护对高级处理的要求上看，必将愈来愈受到重视。因此，开展这方面的研究是很有必要的。参考文献：8宗宫功日编著9 污水除磷脱氮技术:9 北京：中国环境科学出版社，8+;,，819郝晓地等9 欧洲水环境控磷策略与污水除磷技术（上）=9给水排水，8+;，9宁平等9 活性氧化铝处理水中磷酸盐的研究=9 有色金属，11，（）95孙家寿等9 天然沸石复合吸附剂处理含磷废水=9 离子交换与吸附，8+，;（8），193?*A&B，=$9，=*C$9 D6EF，8!（88），5+;（8+,5）9!GH&，D9:9&A#9，IJH$*9 K&L)9 M&AA9，;（88），3;+（8+;,）9,M&JH，N9 O9&A#9，=9 D6EF，55（81），8+51（8+,P!;9+:#$#HQ，N9 O9 R9&A#9，S.D6R 6*QA E*T&$&L&U&VH#A*6)*Q()#A&R&V*J#H H*WHL#K$&#AV&A 6$*L&QQ，（8+;，3988北京市环境保护科学研究所编9 大气污染防治手册:9上海：上海科学技术出版社，8+;,9!#!#$%&()&%*#+&,-&./&01&230.2&+4#5-04#5-4#2XIYN E*W8，XIYN E)C P HW，Z.YN ZC P 7H，YSYN 6HW5，E)H#；，E)H#）67042-$4：K)&*7H%#AH*QA#A&#%$&%CLAH*QA#A&*T()*Q()*$CQ L#A&L*V&W#Q QA#A&9 Y*$V#_&L*&LA A)&()*Q()*$CQ#Q#BH%*T Q*H%A)&_#*T L)&VHQA$#%H*W9.V*W A)&A&L)*WH&Q*$&V*J#*T()*Q()*$CQ，Q*V&#$&A)&($&LH(HA#AH*$&#LAH*，A)&#Q*$(AH*#%A)&L$QA#Ha#AH*，#%*A)&$_#Q，QCL)#Q A)&CAHHa#AH*T VHL$*H*Q9 K)&L)&VHL#_#Q HLC%&L)&VHL#L*#WC#AH*V&A)*%，H$*&7L)#W&V&A)*%，#%Q*$(AH*V&A)*%#%L$QA#Ha#AH*V&A)*%9 K)&H*WHL _#Q HLC%&H*W V&A)*%，6)*QA$H(V&A)*%，#$%&$)*V&A)*%#%()*$&%*7 V&A)*%98#)9&2:0：A&L)*W$&V*J#*T()*Q()*C$Q；$&V*J#*T()*Q()*$CQ T$*V _#QA&_#A&$；_#QA&_#A&$A$&#AV&A33!污水除磷技术邓聪万方数据污水除磷技术污水除磷技术作者：邓聪，邓春玲，杨育喜，宁平作者单位：邓聪(云南省环境监理总队,云南,昆明,650034)，邓春玲,杨育喜,宁平(昆明理工大学环境科学与工程学院,云南,昆明,650093)刊名：云南环境科学英文刊名：YUNNAN ENVIRONMENTAL SCIENCE年，卷(期)：2003,22(1)被引用次数：30次 参考文献(11条)参考文献(11条)1.宗宫功 污水除磷脱氮技术 19872.郝晓地 欧洲水环境控磷策略与污水除磷技术（上）期刊论文-给水排水 1998(08)3.宁平 活性氧化铝吸附水中的磷酸盐期刊论文-有色金属 2002(01)4.孙家寿 天然沸石复合吸附剂处理含磷废水 1992(01)5.ZoltekJ Jr 查看详情 1974(11)6.XieWM 查看详情 1987(11)7.LevinGV 查看详情 1972(10)8.谢维民 水处理技术 1989(05)9.Marais,G.V.R IAWPR Post Conference Seminat on Phosphate Removal in Biological Treatment Process198210.钱易 现代废水处理新技术 199311.北京市环境保护科学研究所 大气污染防治手册 1987 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.罗肖肖.陶禹传.Luo Xiaoxiao.Tao Yuchuan 污水除磷技术的研究进展期刊论文-广东化工2010,37(5)2.魏双勤.刘媛.WEI Shuang-qin.LIU Yuan 废水除磷方法与原理的研究进展期刊论文-中国环保产业2010(10)3.张雪影 污水的除磷技术概述期刊论文-华章2009(12)4.张文安.朱开东 城市污水除磷技术会议论文-20095.王芳.娄金生.韩庆昌.刘海波 污水吸附法除磷技术研究现状期刊论文-中国科技信息2006(2)6.吴海林.杨开.王弘宇.张凯 废水除磷技术的研究与发展期刊论文-环境污染治理技术与设备2003,4(1)7.张凤鸣 废水除磷技术探究期刊论文-绿色大世界绿色科技2010(7)8.贾晓燕 废水除磷技术的研究进展期刊论文-三峡环境与生态2003,25(12)9.卢宁.王世和.杨小丽 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