城市生活污水除磷技術(shù)的研究進(jìn)展

安徽農業(yè)科學(xué),Joumal of Anhui Agni. Sci. 2010,38(9) :4769 - 4771 ,4774責任編輯熊章琴責任校對盧瑤城市生活污水除磷技術(shù)的研究進(jìn)展駱斌' ,劉水清2 ,蔣志敏?(1.常德市環(huán)境衛生管理處,湖南常德45000:2.湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院.湖南長(cháng)沙410082)磷是造成水體寓營(yíng)養化和水生態(tài)環(huán)境破壞的主要污染物。介紹了目前磷污染現狀,基于污染問(wèn)題的存在,概述了目前常用的幾種除磷技術(shù)及各自的機理、特點(diǎn)和應用前景,探討了今后除磷技術(shù)的發(fā)展方向,并為工程應用中選擇合適的工藝提供參考。中圖分類(lèi)號S188文獻標識碼 A文章編號 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- - ,是生命活動(dòng)的-種必需在絮凝過(guò)程中部分磷酸鹽被吸附在膠體狀的氫氧化物表面元素,也是一切生物重要的營(yíng)養元素。它不僅是生物細胞中上,隨同膠體-起沉淀下來(lái)，提高除磷效率。最終絮凝體通的重要組成成分,而且在遺傳物質(zhì)的組成和能量貯存中都是過(guò)固液分離步驟與水體分開(kāi),得到凈化的廢水和固-液濃縮必需的。在大多數情況下,磷循環(huán)是一-個(gè)單向流動(dòng)過(guò)程,磷物(化學(xué)污泥) ,達到化學(xué)除磷的目的。被利用后,以污水的形式排入水體。1.2 類(lèi)型在污水處理廠(chǎng)中,根據化學(xué)藥劑在處理流程中城市污水中的磷主要來(lái)源于人類(lèi)排泄物、食物殘渣.工投加點(diǎn)的不同可以將化學(xué)除磷工藝分為前置沉淀、協(xié)同沉商企業(yè)合成洗滌劑和家用清洗劑、農藥和化肥"。對其中淀后置沉淀和接觸過(guò)濾。前置沉淀即將化學(xué)藥劑投加在沉的磷若不進(jìn)行處理,則容易引起受納水體的富營(yíng)養化。水體砂池中,或初沉池的進(jìn)水渠中,或文丘里樂(lè )中,其相應產(chǎn)生的富營(yíng)養化就意味著(zhù)藻類(lèi)(主要是藍藻中的微囊藻屬Microcys-沉淀產(chǎn)物在--次沉淀池中通過(guò)沉淀分離去除。協(xié)同沉淀即tis 腔球藻屬Coelosphaerium和魚(yú)腥藻屬Anabaena) 的過(guò)量增將沉淀藥劑投加在曝氣池或二次沉淀池進(jìn)水中,相應產(chǎn)生的長(cháng),其直接后果就是淡水水體發(fā)生“水華”,海洋發(fā)生“赤沉淀產(chǎn)物則通過(guò)二沉池沉淀去除。后置沉淀即將化學(xué)藥劑潮" ,隨后藻類(lèi)死亡,最后造成水體質(zhì)量惡化和水生態(tài)環(huán)境的加入二次沉淀池之后的單獨絮凝-固、液分離設施的進(jìn)水破壞,嚴重的則將進(jìn)- - 步影響人類(lèi)健康'。因此,對廢水進(jìn)中,之后通過(guò)泥水分離去除。接觸過(guò)濾或稱(chēng)直接過(guò)濾,通常行除磷作業(yè)尤為重要。目前,廢水除磷方法主要包括化學(xué)除不作為單獨的除磷步驟,- -般與前置沉淀、協(xié)同沉淀或后置磷.生物除磷及人工濕地技術(shù)(3-8。.沉淀組合起來(lái)，作為第2次除磷,以使出水磷含量達到更低1化學(xué)除磷水平。其中,前置沉淀用于現有超負荷運轉污水處理廠(chǎng)的改1.1原理化學(xué)除磷法 是將可溶性鈣鹽、鐵鹽或鋁鹽等投造,以降低生物處理段的負荷;協(xié)同沉淀是使用最廣泛的化加到污水中與磷酸鹽反應生成不溶性的磷酸鈣.磷酸鐵或磷學(xué)除磷工藝.除磷效率為90%左右,但是此方法對污水的硝酸鋁等沉淀物，另外還包括吸附法和離子交換法、結晶法化反應有一定的影響;后置沉淀是除磷效果最好的工藝,其等°!。常用的金屬鹽主要包括氯化鈣硫酸鋁、鋁酸鈉、三氯效率大于95% ,出水磷濃度能達到0.5 mg/L?；F.二氯化鐵、硫酸亞鐵、氫氧化鎂等。其通式為3M"* +化學(xué)除磷現在主要的研究方向是對金屬鹽類(lèi)投加量的nPO:*→M,(P0.).↓。磷的化學(xué)沉淀包括化學(xué)沉析、絮凝、固液分離3個(gè)過(guò)研究,另外研究的比較多的是與生物法結合.以提高除磷效率并降低生物處理的成本。程!0?；瘜W(xué)沉析是指通過(guò)向污水中投加無(wú)機金屬鹽藥劑與2生物除磷污水中溶解性的鹽類(lèi),如磷酸鹽混合后形成顆粒狀、非溶解2.1原理目前，生物除磷有聚合磷酸鹽累積微生物性的物質(zhì),這-過(guò)程涉及的是相轉移過(guò)程。同時(shí)在-定的(PHA)在厭氧好氧條件下釋磷、聚磷原理和兼性厭氧硝化菌pH值條件下,也會(huì )產(chǎn)生非溶解性的氫氧化物。而隨著(zhù)沉析(DPB)在缺氧(無(wú)O2 ,而存在NO, )的環(huán)境下攝磷原理“"。物的增加,較小的非溶解性磷酸鹽和氫氧化物聚積成較大的PHA原理:在厭氧段,兼性細菌通過(guò)發(fā)酵作用.將污水非溶解性固體物,使穩定的膠體脫穩，在速度梯度或擴散過(guò)物揮發(fā)脂肪酸(VFA)。程作用下互相接觸生成絮凝體,這一過(guò)程即絮凝過(guò)程。同時(shí)聚磷中國煤化工生ATP,并利用ATP將水中:YHC N M H G細胞內,以聚-B-羥基作者簡(jiǎn)介駱斌(1969- ),男，湖南常德人，工程師,從事污水處理丁酸鹽(PHB)、聚-β羥基戊酸鹽( PHA)及糖原等有機顆粒收稿日期2009-12-22的形式貯存于體內,所需的能量來(lái)自聚磷酸鹽的水解及細胞內糖的酵解,同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸釋放到胞4770安徽農業(yè)科學(xué)2010年外,即厭氧放磷。在好氧段.聚磷菌又可以利用聚B-羥基丁氧區之前增設一個(gè)缺氧區.好氧區具有硝化功能,并使好氧酸鹽氧化分解所釋放的能量來(lái)攝取污水中的磷,并把所攝取區的混合液回流到缺氧區,使之反硝化脫氮。其特征是在高的磷合成聚磷酸鹽貯存于細胞內。一般來(lái)說(shuō),微生物增殖過(guò)負荷狀態(tài)下才能獲得良好的除磷效果,污泥齡短,水力停留程中,在好氧環(huán)境下所攝取的磷多于厭氧環(huán)境中所釋放的時(shí)間短。工藝流程見(jiàn)圖3。磷,即好氧聚磷。.混合液回流PHA原理的本質(zhì)是通過(guò)聚磷菌過(guò)量攝取污水中的磷酸選本醫氧區土扶票區一好氧國(二沉池出水鹽,以不溶性的聚磷酸鹽的形式積累于胞內,通過(guò)排放富含污泥回流王工剩余污泥、磷的廢棄污泥來(lái)去除污水中的磷。DPB原理與傳統的除磷過(guò)程( PHA除磷過(guò)程)相似,但圈3 A/0 工藝Fig3 The technology 0ow of A/O其在吸磷階段以硝酸鹽取代氧氣為電子受體進(jìn)行缺氧攝磷，2.2.4氧化溝工藝。 氧化溝的種類(lèi)很多,如Carousel氧化同時(shí)硝酸鹽被還原成氮氣而得以去除.達到同時(shí)脫氮除磷的溝.Orbal氧化溝、DE型氧化溝和三溝式氧化溝等。其特點(diǎn)目的,實(shí)現了“一碳兩用"。2.2工藝類(lèi)型傳統的生 物除磷工藝都是通過(guò)厭氧/好氧是在氧化溝內部隨曝氣位置的變化形成好氧區、缺氧區和厭在時(shí)間或空間上不同的排列組合來(lái)實(shí)現除磷的目的,另外在氧區,從而達到脫氮除磷的目的[)。為了提高除磷效果,可流程中設置缺氧段.則可在同- -工藝中實(shí)現同時(shí)脫氮除磷,在氧化溝前增設厭氧區。其工藝設備簡(jiǎn)單,可不設二沉池，處理效果良好。工藝流程見(jiàn)圖4。而后發(fā)展則有了反硝化除磷工藝。2.2.1 Phostrip 側流生物除磷工藝。側流除磷工藝是將生物進(jìn)水沉。]前重慶氧區氧化內)一 4三沉地出水◆除磷與化學(xué)除磷相結合的工藝”2 ,Phostrip側流除磷工藝是↑污泥回流↓剩余污泥在常規活性污泥工藝的基礎上,在回流污泥過(guò)程中增設厭氧磷釋放池和化學(xué)反應沉淀池將來(lái)自常規生物除磷工藝的一圖4氧化溝工藝部分回流污泥轉移到一個(gè)厭氧磷釋放池.釋放池內釋放的磷Fig.4 The technology flow of oxidation ditch隨上層清液流到磷化學(xué)反應沉淀池,富磷上層清液中的磷在2.2.5 序批式反應器( SBR)工藝。SBR系統運行模式為進(jìn)反應沉淀池內被石灰或其他沉淀劑沉淀.然后進(jìn)入初沉池或水反應沉淀.排水和閑置.這些都是在同一個(gè)反應器中進(jìn)一個(gè)單獨的絮凝/沉淀池進(jìn)行固液分離,最終磷以化學(xué)沉淀行的-151。在進(jìn)水期既不混合也不曝氣,為了使微生物與物的形式從系統中去除。其優(yōu)點(diǎn)是出水總磷濃度低于底物有充分的接觸,進(jìn)水時(shí)也可以只攪拌而不曝氣,保證混1 mg/L,而且不太受進(jìn)水BOD的影響。其工藝流程見(jiàn)圖1。合液處于厭氧狀態(tài);反應期進(jìn)行曝氣,該階段反應池內進(jìn)行碳氧化硝化和磷的吸收.好氧階段的長(cháng)短-般由要求處理原水+曝氣池聚磷污泥+脫磷污水的程度決定;停止曝氣后,反應器處于缺氧狀態(tài).此時(shí)進(jìn)行反二沉池回流污泥側流處剩余污泥硝化,達到脫氮的目的,缺氧期不宜過(guò)長(cháng),以防止聚磷菌過(guò)量理污泥本沉淀池吸收的磷發(fā)生釋放;沉淀時(shí)反應器處于完全靜止狀態(tài),所以彌混合磷厭氧其沉淀效果高于-般沉淀池的沉淀效率;沉淀完后進(jìn)行排釋放池/↓蔡污泥T灰水，排水期的長(cháng)短由一個(gè)周期的處理水量和排水設備來(lái)確脫磷回流污泥定;當系統為多池運行時(shí),反應器會(huì )有一個(gè)閑置期,在此階段從反應器中排出廢棄富含磷的活性污泥。工藝流程如圖5圖1 Phostrip 側流除磷工藝所示。Fig.1 The technology side flow of Photrip2.2.2厭氧/好氧( AO)生物除磷工藝,這是最簡(jiǎn)單的生進(jìn)水期進(jìn)反應期沉淀期排水期物除磷工藝,反應池劃分為好氧區和厭氧區，進(jìn)水與回流污泥在厭氧區進(jìn)水端混合后流經(jīng)多個(gè)反應格串聯(lián)組成的厭氧區,隨后是多個(gè)反應格申聯(lián)組成的好氧區.混合液最后進(jìn)人充水-厭氧階段驟氣-好氧階段 停曝-缺氧階段沉淀 -排水階段二沉池,通過(guò)固液分離污泥從二沉池回流到厭氧區。部分富磷的污泥以廢棄污泥的形式從系統中排出.實(shí)現磷的去圍5 SBR 工藝流程除。其特征是負荷高、泥齡和水力停留時(shí)間短。I藝流程見(jiàn)Fig.5 The technology fDow ot SBR圖2。典型的SBR反應器還包括其改進(jìn)工藝,如CASS工藝、UNTTANK工藝和AICS工藝等。SBR 工藝運行方式可靈活厭氧國好氧(無(wú)銷(xiāo)化)國(二沉池;調整,并能達到良好的脫氮除磷效果。剩余污泥、2.2.6中國煤化工徐磷工藝相比,反硝化圈2厭氧/好氧(A/O) 生物除磷工藝除磷1YHCN M H G求在厭氧段堿輕或消Fig.2 The technology now of A/O除硝酸鹽對伏氧釋磷的影啊.在缺氧段提供足夠的硝酸鹽，2.2.3厭氧/缺氧/好氧(AVAO)生物脫氮除磷工藝。 為了強化聚磷菌的缺氧攝磷作用“6)。目前,常見(jiàn)的反硝化除磷同時(shí)達到脫氮除磷的目的,可在A(yíng)/O工藝的厭氧區之后.好工藝主要有BCFS工藝、DEPHANOX工藝和A, NSBR工藝。38卷9期駱斌等城市生活污水除磷技術(shù)的研究進(jìn)展其中DEPHANOX工藝是Wanner于1992 年在A(yíng)'/O工藝的作為一種低能耗高效率且與自然相和諧的污水處理工基礎上開(kāi)發(fā)的,工藝流程如圖6所示。藝,人工濕地技術(shù)目前在各國都受到極大的關(guān)注。其具有高反硝化除磷的主要特點(diǎn)是碳源利用高效泥齡控制先效率 低投資、低運轉費低維持技術(shù)、處理量靈活、低能耗、進(jìn),在處理低碳氮比廢水方面具有很大的優(yōu)越性。處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。根據濕地水流方式不同可以分為表面流濕地.潛流濕地和垂直流濕地:2)。沉淀池，厭氧池十國魅嘴!出水4結語(yǔ)隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展.人們環(huán)保意識愈加強烈，人們對污泥跨越污泥回流環(huán)境污染的治理也愈加嚴格,磷作為一種致富營(yíng)養化因子也圖6 DEPHANOX 工藝流程越來(lái)越引起人們的關(guān)注。各種除磷工藝中,化學(xué)除磷法工藝Flg.6 The tchnology Dow of DEPHANOX簡(jiǎn)單,處理效果良好,處理后水質(zhì)達標率較高,且處理運行穩除以上常見(jiàn)的幾種生物除磷工藝,另外還有許多如除磷定,當進(jìn)水濃度較大或有一定波動(dòng)時(shí),該方法仍能保持較好糖控制(CHC)工藝["、UCT工藝、VIP工藝、PASF工藝和的除磷效果。但是.化學(xué)藥劑耗費量大,自然就增加了其處BICT工藝”等。生物除磷工藝已經(jīng)有了較成熟的發(fā)展，尤理 費用,且需增加相應的投藥設備運行管理費用增加。另其在現今對污染物排放愈加嚴格的情況下,生物除磷由于其-方面,化學(xué)除磷產(chǎn)生大量的污泥,增加了污泥處理的難度,無(wú)二次污染現象而將得到更快的發(fā)展。且可能造成二次污染;生物除磷工藝操作簡(jiǎn)單,是相對較經(jīng)3人工濕地技術(shù)濟的除磷方法.且所產(chǎn)生的污泥不易對環(huán)境造成二次污染。人工濕地作為--種集生態(tài)性.景觀(guān)性.高效低耗的廢水但是.單單就用生物法處理污水很難達標排放，且因其為生處理工藝,興起于20世紀70年代，并迅速得到蓬勃發(fā)展。物處理.所以對外界條件的變化比較敏感,因而,當進(jìn)水水質(zhì)其原理是主要通過(guò)濕地中基質(zhì).濕地植物和微生物間的相互發(fā)生較大的變動(dòng)時(shí)可能導致處理效率下降。人工濕地技術(shù)作用,通過(guò)-系列物理的、化學(xué)的以及生物的途徑來(lái)凈化具有投資少.效率高.運行維護方便等優(yōu)點(diǎn),但是,若要廣泛污水[9。地應用則還存在--些局限性.如占地面積大.不易達到長(cháng)期人工濕地除磷是在- -般的人工濕地系統的基礎,上,通過(guò)運行的目的,且受外界環(huán)境(如溫度.季節)的影響較大。人為控制措施,如添加吸附基質(zhì),優(yōu)化系統達到以除磷為主綜上所述,要達到更好的除磷效果,必須根據實(shí)際情況要目標的廢水處理技術(shù)田。人工濕地系統去除污水中磷的進(jìn)行方法的選擇。當污水處理廠(chǎng)出水中對總磷的要求不高機理主要為物理、化學(xué)和生物作用(表1)。磷在污水中常以(《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(CB18918- 2002)二級磷酸鹽(PO}、HPO,"-、H2P0?！?、聚磷酸鹽和有機磷的形式標準)時(shí),可以考慮較經(jīng)濟的處理方法,如- -般的生物法處理存在。污水中的無(wú)機磷-方面在植物的吸收和同化作用下即可達標排放,也可考慮應用人工濕地技術(shù)。當對出水中總被合成ATP ,DNA和RNA等有機成分,通過(guò)對植物的收割而磷的要求較高時(shí)，可以結合生物化學(xué)相結合進(jìn)行處理。同時(shí)將磷從系統中去除。但是植物的吸收作用只占很少的-部還應考慮原水水質(zhì)運行費用、影響因素等,選用最合理的方分,有關(guān)研究發(fā)現.加入系統中的磷主要存留在土壤中,留存法,保證同時(shí)達到較高的社會(huì )、經(jīng)濟、環(huán)境效益。在植物體和凋落葉中的很少。磷的另- -個(gè)去除途徑是通過(guò)參考文獻微生物的正常吸收.聚磷菌對磷的過(guò)量積累,通過(guò)濕地床的[1]李亞新.活性污泥法理論與技術(shù)[ M].北京:中國建筑工.業(yè)出版社，2007:326 -383.定期更換而將其從系統中去除。在傳統的二級污水處理中,[2]王秀云廢水除磷技術(shù)的研究進(jìn)展[J].安徽農學(xué)通報,2009,15(16):92微生物對磷的正常同化吸收一般只能去除進(jìn)水中磷含量的[3]龔云峰,孫素敏,錢(qián)玉.污水化學(xué)除磷處理技術(shù)[J].能原環(huán)境保護，4.5% ~ 19.0% ,因此,微生物對磷的去除主要是通過(guò)聚磷菌20090 23(3);1 -4.的過(guò)量吸磷作用而實(shí)現的。由于人工濕地中植物的光合作[4] NHAL BEKTAS, HILAL AKBULUT, HATICE INAN,et al. Renoval ofphosphate from aquecous solutions by electro-coagulation[J]. Joural of用及呼吸作用(即所謂的光反應和暗反應)的交替進(jìn)行,致使Hazardous Materials ,2004 ,106:101 - 105系統中交替出現好氧和厭氧條件下的攝磷(過(guò)量攝磷)而利[5]楊慶娟,王淑瑩,彭永臻生活污水生物除磷研究及工藝發(fā)展進(jìn)程[J].給水排水208.3(S1).202-2于對磷的去除121221。[6] XIE B 2,WANG L,uU IUsing low intensity ultn wound to improve thefficiency of biological phosphorus remova[J]. Ulurasonics Sonochenmisty,表1 人工濕地的除磷機理2008,15:775 -781.Table 1 The phospborus removal mechanism of constructed wetlands[7]李海波，楊瑞崧,李曉東,等水淬渣人工濕地強化除磷作用研究[J].環(huán)境科學(xué).2009 30(8) :2302 -2308.作用方式備注[8] JI-HYOCK YOO.HEE MYONG RO,WOO-JUNG CHOI,et al. PophorursMechanismMode of actionNotesadsorpcion and removal by sediments o a constructed marsh in Korea[J].物理作用沉積固體重力沉淀Eeologjcal Enginein.206 ,27 :109 - 17.Physical9]左艷兵.楊春平,曾光明，等同步沉淀除磷在污水生物處理中的應用interaction化學(xué)作用沉淀不溶物的形成或共沉淀10]中國煤化工處理中的應用[]水科學(xué).Chemical action吸附吸附在基質(zhì)或植物表面1]0HCN M H G技術(shù)棉述1].水科學(xué)與工.生物作用植物吸收適宜條件下植物攝取量較明顯程技術(shù)2006(6):25-28.Biological efe微生物物吸收與資朱黎霜你量平內于共有所需，[12 復泉，比聯(lián)盟陳按杰側流除磷藝在城市污水廠(chǎng)中的應用[小.環(huán)境T程2000 ,23(6) :28 -29.(下轉第4774頁(yè))4774安徽農業(yè)科學(xué)2009年.而黑林頂剖面位于臨夏盆地的南緣.相對于盆地中心的毛溝[8]李吉均,方小敏,朱俊杰,等臨夏盆地新生代地層古地磁年代與模式剖面來(lái)說(shuō)，更容易受到青藏高原隆升的影響。方小敏等將毛序列[ M]//青藏項目專(zhuān)家委員會(huì ).青藏高原形成演化、環(huán)境變遷與生態(tài)系統研究( 1994).北京:科學(xué)出版社,1995:41 -53.溝剖面磁化率增大的原因解釋為流域外粉塵物質(zhì)加入回,9]馬玉貞,李吉均,方小敏臨夏地區30.6 -5.0Ma紅層孢粉植物群與氣候演化記錄[J].科學(xué)通報.1998 ,43(3) :301 - 304.這與青藏高原階段性快速隆升密切相關(guān).因此,筆者認為Ca-10]徐先海.方小敏.宋春暉等臨夏盆地新生代沉積物粒度記錄與亞洲CO,含量在8. 6 Ma減小,是由青藏高原階段性快速隆升帶來(lái)內陸千阜化[].湖泊科學(xué)200);60 -75.敏醫鎮室 23-44Ma積物顏色記[11]宋春暉，白晉鋒,趙彥德,等臨夏盆地I3 -4.4 Ma湖相沉色記的碎屑物質(zhì)的大量快速沉積導致的。錄的氣候變化探討[J]. 沉積學(xué)報,2000 ,23(3) :507 -513.沉積逢率Sedinentation rate I mwMa[12] UJJ,FANG x M.MA H Z.et al. 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