城市生活污水除磷技术的研究进展

安徽农业科学,Joumal of Anhui Agni. Sci. 2010,38(9) :4769 - 4771 ,4774责任编辑熊章琴责任校对卢瑶城市生活污水除磷技术的研究进展骆斌' ,刘水清2 ,蒋志敏?(1.常德市环境卫生管理处,湖南常德45000:2.湖南大学环境科学与工程学院.湖南长沙410082)磷是造成水体寓营养化和水生态环境破坏的主要污染物。介绍了目前磷污染现状,基于污染问题的存在,概述了目前常用的几种除磷技术及各自的机理、特点和应用前景,探讨了今后除磷技术的发展方向,并为工程应用中选择合适的工艺提供参考。中图分类号S188文献标识码 A文章编号 0517-6611(2010)09 -04769 -03Study Progress of Domestic Sewage Dephosphorization TechnicsLUO Bin et al (Environmental Sanitation Administrative Ofice of Changde, Changde, Hunan 415000)Abstract Phosphorus is the main pollutant causing water eutrophication and destruction of aquatic environment. The current status of thephospborus pollution were intoduced, based on the present situation, several main phosphorus removal processes were concermed , ineludingtheir mechanics , characteristics and prospects respectively, and the development and study direction of phosphorus removal were discused,which provided some reference for choosing right application in the engineering proces.Key words Phosphorus removal from wastewater; Chemical removal technology ; Biological phosphorus removal; Construcled wetland tech-nology磷是生物圈中的重要元素之- - ,是生命活动的-种必需在絮凝过程中部分磷酸盐被吸附在胶体状的氢氧化物表面元素,也是一切生物重要的营养元素。它不仅是生物细胞中上,随同胶体-起沉淀下来，提高除磷效率。最终絮凝体通的重要组成成分,而且在遗传物质的组成和能量贮存中都是过固液分离步骤与水体分开,得到净化的废水和固-液浓缩必需的。在大多数情况下,磷循环是一-个单向流动过程,磷物(化学污泥) ,达到化学除磷的目的。被利用后,以污水的形式排入水体。1.2 类型在污水处理厂中,根据化学药剂在处理流程中城市污水中的磷主要来源于人类排泄物、食物残渣.工投加点的不同可以将化学除磷工艺分为前置沉淀、协同沉商企业合成洗涤剂和家用清洗剂、农药和化肥"。对其中淀后置沉淀和接触过滤。前置沉淀即将化学药剂投加在沉的磷若不进行处理,则容易引起受纳水体的富营养化。水体砂池中,或初沉池的进水渠中,或文丘里樂中,其相应产生的富营养化就意味着藻类(主要是蓝藻中的微囊藻属Microcys-沉淀产物在--次沉淀池中通过沉淀分离去除。协同沉淀即tis 腔球藻属Coelosphaerium和鱼腥藻属Anabaena) 的过量增将沉淀药剂投加在曝气池或二次沉淀池进水中,相应产生的长,其直接后果就是淡水水体发生“水华”,海洋发生“赤沉淀产物则通过二沉池沉淀去除。后置沉淀即将化学药剂潮" ,随后藻类死亡,最后造成水体质量恶化和水生态环境的加入二次沉淀池之后的单独絮凝-固、液分离设施的进水破坏,严重的则将进- - 步影响人类健康'。因此,对废水进中,之后通过泥水分离去除。接触过滤或称直接过滤,通常行除磷作业尤为重要。目前,废水除磷方法主要包括化学除不作为单独的除磷步骤,- -般与前置沉淀、协同沉淀或后置磷.生物除磷及人工湿地技术(3-8。.沉淀组合起来，作为第2次除磷,以使出水磷含量达到更低1化学除磷水平。其中,前置沉淀用于现有超负荷运转污水处理厂的改1.1原理化学除磷法 是将可溶性钙盐、铁盐或铝盐等投造,以降低生物处理段的负荷;协同沉淀是使用最广泛的化加到污水中与磷酸盐反应生成不溶性的磷酸钙.磷酸铁或磷学除磷工艺.除磷效率为90%左右,但是此方法对污水的硝酸铝等沉淀物，另外还包括吸附法和离子交换法、结晶法化反应有一定的影响;后置沉淀是除磷效果最好的工艺,其等°!。常用的金属盐主要包括氯化钙硫酸铝、铝酸钠、三氯效率大于95% ,出水磷浓度能达到0.5 mg/L。化铁.二氯化铁、硫酸亚铁、氢氧化镁等。其通式为3M"* +化学除磷现在主要的研究方向是对金属盐类投加量的nPO:*→M,(P0.).↓。磷的化学沉淀包括化学沉析、絮凝、固液分离3个过研究,另外研究的比较多的是与生物法结合.以提高除磷效率并降低生物处理的成本。程!0。化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与2生物除磷污水中溶解性的盐类,如磷酸盐混合后形成颗粒状、非溶解2.1原理目前，生物除磷有聚合磷酸盐累积微生物性的物质,这-过程涉及的是相转移过程。同时在-定的(PHA)在厌氧好氧条件下释磷、聚磷原理和兼性厌氧硝化菌pH值条件下,也会产生非溶解性的氢氧化物。而随着沉析(DPB)在缺氧(无O2 ,而存在NO, )的环境下摄磷原理“"。物的增加,较小的非溶解性磷酸盐和氢氧化物聚积成较大的PHA原理:在厌氧段,兼性细菌通过发酵作用.将污水非溶解性固体物,使稳定的胶体脱稳，在速度梯度或扩散过物挥发脂肪酸(VFA)。程作用下互相接触生成絮凝体,这一过程即絮凝过程。同时聚磷中国煤化工生ATP,并利用ATP将水中:YHC N M H G细胞内,以聚-B-羟基作者简介骆斌(1969- ),男，湖南常德人，工程师,从事污水处理丁酸盐(PHB)、聚-β羟基戊酸盐( PHA)及糖原等有机颗粒收稿日期2009-12-22的形式贮存于体内,所需的能量来自聚磷酸盐的水解及细胞内糖的酵解,同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸释放到胞4770安徽农业科学2010年外,即厌氧放磷。在好氧段.聚磷菌又可以利用聚B-羟基丁氧区之前增设一个缺氧区.好氧区具有硝化功能,并使好氧酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷,并把所摄取区的混合液回流到缺氧区,使之反硝化脱氮。其特征是在高的磷合成聚磷酸盐贮存于细胞内。一般来说,微生物增殖过负荷状态下才能获得良好的除磷效果,污泥龄短,水力停留程中,在好氧环境下所摄取的磷多于厌氧环境中所释放的时间短。工艺流程见图3。磷,即好氧聚磷。.混合液回流PHA原理的本质是通过聚磷菌过量摄取污水中的磷酸选本医氧区土扶票区一好氧国(二沉池出水盐,以不溶性的聚磷酸盐的形式积累于胞内,通过排放富含污泥回流王工剩余污泥、磷的废弃污泥来去除污水中的磷。DPB原理与传统的除磷过程( PHA除磷过程)相似,但圈3 A/0 工艺Fig3 The technology 0ow of A/O其在吸磷阶段以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧摄磷，2.2.4氧化沟工艺。 氧化沟的种类很多,如Carousel氧化同时硝酸盐被还原成氮气而得以去除.达到同时脱氮除磷的沟.Orbal氧化沟、DE型氧化沟和三沟式氧化沟等。其特点目的,实现了“一碳两用"。2.2工艺类型传统的生 物除磷工艺都是通过厌氧/好氧是在氧化沟内部随曝气位置的变化形成好氧区、缺氧区和厌在时间或空间上不同的排列组合来实现除磷的目的,另外在氧区,从而达到脱氮除磷的目的[)。为了提高除磷效果,可流程中设置缺氧段.则可在同- -工艺中实现同时脱氮除磷,在氧化沟前增设厌氧区。其工艺设备简单,可不设二沉池，处理效果良好。工艺流程见图4。而后发展则有了反硝化除磷工艺。2.2.1 Phostrip 侧流生物除磷工艺。侧流除磷工艺是将生物进水沉。]前重庆氧区氧化内)一 4三沉地出水◆除磷与化学除磷相结合的工艺”2 ,Phostrip侧流除磷工艺是↑污泥回流↓剩余污泥在常规活性污泥工艺的基础上,在回流污泥过程中增设厌氧磷释放池和化学反应沉淀池将来自常规生物除磷工艺的一图4氧化沟工艺部分回流污泥转移到一个厌氧磷释放池.释放池内释放的磷Fig.4 The technology flow of oxidation ditch随上层清液流到磷化学反应沉淀池,富磷上层清液中的磷在2.2.5 序批式反应器( SBR)工艺。SBR系统运行模式为进反应沉淀池内被石灰或其他沉淀剂沉淀.然后进入初沉池或水反应沉淀.排水和闲置.这些都是在同一个反应器中进一个单独的絮凝/沉淀池进行固液分离,最终磷以化学沉淀行的-151。在进水期既不混合也不曝气,为了使微生物与物的形式从系统中去除。其优点是出水总磷浓度低于底物有充分的接触,进水时也可以只搅拌而不曝气,保证混1 mg/L,而且不太受进水BOD的影响。其工艺流程见图1。合液处于厌氧状态;反应期进行曝气,该阶段反应池内进行碳氧化硝化和磷的吸收.好氧阶段的长短-般由要求处理原水+曝气池聚磷污泥+脱磷污水的程度决定;停止曝气后,反应器处于缺氧状态.此时进行反二沉池回流污泥侧流处剩余污泥硝化,达到脱氮的目的,缺氧期不宜过长,以防止聚磷菌过量理污泥本沉淀池吸收的磷发生释放;沉淀时反应器处于完全静止状态,所以弥混合磷厌氧其沉淀效果高于-般沉淀池的沉淀效率;沉淀完后进行排释放池/↓蔡污泥T灰水，排水期的长短由一个周期的处理水量和排水设备来确脱磷回流污泥定;当系统为多池运行时,反应器会有一个闲置期,在此阶段从反应器中排出废弃富含磷的活性污泥。工艺流程如图5图1 Phostrip 侧流除磷工艺所示。Fig.1 The technology side flow of Photrip2.2.2厌氧/好氧( AO)生物除磷工艺,这是最简单的生进水期进反应期沉淀期排水期物除磷工艺,反应池划分为好氧区和厌氧区，进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区,随后是多个反应格申联组成的好氧区.混合液最后进人充水-厌氧阶段骤气-好氧阶段 停曝-缺氧阶段沉淀 -排水阶段二沉池,通过固液分离污泥从二沉池回流到厌氧区。部分富磷的污泥以废弃污泥的形式从系统中排出.实现磷的去围5 SBR 工艺流程除。其特征是负荷高、泥龄和水力停留时间短。I艺流程见Fig.5 The technology fDow ot SBR图2。典型的SBR反应器还包括其改进工艺,如CASS工艺、UNTTANK工艺和AICS工艺等。SBR 工艺运行方式可灵活厌氧国好氧(无销化)国(二沉池;调整,并能达到良好的脱氮除磷效果。剩余污泥、2.2.6中国煤化工徐磷工艺相比,反硝化圈2厌氧/好氧(A/O) 生物除磷工艺除磷1YHCN M H G求在厌氧段碱轻或消Fig.2 The technology now of A/O除硝酸盐对伏氧释磷的影啊.在缺氧段提供足够的硝酸盐，2.2.3厌氧/缺氧/好氧(AVAO)生物脱氮除磷工艺。 为了强化聚磷菌的缺氧摄磷作用“6)。目前,常见的反硝化除磷同时达到脱氮除磷的目的,可在A/O工艺的厌氧区之后.好工艺主要有BCFS工艺、DEPHANOX工艺和A, NSBR工艺。38卷9期骆斌等城市生活污水除磷技术的研究进展其中DEPHANOX工艺是Wanner于1992 年在A'/O工艺的作为一种低能耗高效率且与自然相和谐的污水处理工基础上开发的,工艺流程如图6所示。艺,人工湿地技术目前在各国都受到极大的关注。其具有高反硝化除磷的主要特点是碳源利用高效泥龄控制先效率 低投资、低运转费低维持技术、处理量灵活、低能耗、进,在处理低碳氮比废水方面具有很大的优越性。处理效果好等优点。根据湿地水流方式不同可以分为表面流湿地.潜流湿地和垂直流湿地:2)。沉淀池，厌氧池十国魅嘴!出水4结语随着社会经济的发展.人们环保意识愈加强烈，人们对污泥跨越污泥回流环境污染的治理也愈加严格,磷作为一种致富营养化因子也图6 DEPHANOX 工艺流程越来越引起人们的关注。各种除磷工艺中,化学除磷法工艺Flg.6 The tchnology Dow of DEPHANOX简单,处理效果良好,处理后水质达标率较高,且处理运行稳除以上常见的几种生物除磷工艺,另外还有许多如除磷定,当进水浓度较大或有一定波动时,该方法仍能保持较好糖控制(CHC)工艺["、UCT工艺、VIP工艺、PASF工艺和的除磷效果。但是.化学药剂耗费量大,自然就增加了其处BICT工艺”等。生物除磷工艺已经有了较成熟的发展，尤理 费用,且需增加相应的投药设备运行管理费用增加。另其在现今对污染物排放愈加严格的情况下,生物除磷由于其-方面,化学除磷产生大量的污泥,增加了污泥处理的难度,无二次污染现象而将得到更快的发展。且可能造成二次污染;生物除磷工艺操作简单,是相对较经3人工湿地技术济的除磷方法.且所产生的污泥不易对环境造成二次污染。人工湿地作为--种集生态性.景观性.高效低耗的废水但是.单单就用生物法处理污水很难达标排放，且因其为生处理工艺,兴起于20世纪70年代，并迅速得到蓬勃发展。物处理.所以对外界条件的变化比较敏感,因而,当进水水质其原理是主要通过湿地中基质.湿地植物和微生物间的相互发生较大的变动时可能导致处理效率下降。人工湿地技术作用,通过-系列物理的、化学的以及生物的途径来净化具有投资少.效率高.运行维护方便等优点,但是,若要广泛污水[9。地应用则还存在--些局限性.如占地面积大.不易达到长期人工湿地除磷是在- -般的人工湿地系统的基础,上,通过运行的目的,且受外界环境(如温度.季节)的影响较大。人为控制措施,如添加吸附基质,优化系统达到以除磷为主综上所述,要达到更好的除磷效果,必须根据实际情况要目标的废水处理技术田。人工湿地系统去除污水中磷的进行方法的选择。当污水处理厂出水中对总磷的要求不高机理主要为物理、化学和生物作用(表1)。磷在污水中常以(《城镇污水处理厂污染物排放标准》(CB18918- 2002)二级磷酸盐(PO}、HPO,"-、H2P0。”)、聚磷酸盐和有机磷的形式标准)时,可以考虑较经济的处理方法,如- -般的生物法处理存在。污水中的无机磷-方面在植物的吸收和同化作用下即可达标排放,也可考虑应用人工湿地技术。当对出水中总被合成ATP ,DNA和RNA等有机成分,通过对植物的收割而磷的要求较高时，可以结合生物化学相结合进行处理。同时将磷从系统中去除。但是植物的吸收作用只占很少的-部还应考虑原水水质运行费用、影响因素等,选用最合理的方分,有关研究发现.加入系统中的磷主要存留在土壤中,留存法,保证同时达到较高的社会、经济、环境效益。在植物体和凋落叶中的很少。磷的另- -个去除途径是通过参考文献微生物的正常吸收.聚磷菌对磷的过量积累,通过湿地床的[1]李亚新.活性污泥法理论与技术[ M].北京:中国建筑工.业出版社，2007:326 -383.定期更换而将其从系统中去除。在传统的二级污水处理中,[2]王秀云废水除磷技术的研究进展[J].安徽农学通报,2009,15(16):92微生物对磷的正常同化吸收一般只能去除进水中磷含量的[3]龚云峰,孙素敏,钱玉.污水化学除磷处理技术[J].能原环境保护，4.5% ~ 19.0% ,因此,微生物对磷的去除主要是通过聚磷菌20090 23(3);1 -4.的过量吸磷作用而实现的。由于人工湿地中植物的光合作[4] NHAL BEKTAS, HILAL AKBULUT, HATICE INAN,et al. 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