污水除磷及回收技術(shù)應(yīng)用探討

黃光穩(wěn) 王 慧

（安徽匯澤通環(huán)境技術(shù)有限公司 安徽合肥 230088）

引言

磷（P）是生物體必備的營(yíng)養(yǎng)元素之一，在生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著極其重要的作用。但在常規(guī)淡水系統(tǒng)中磷含量是有限的，一旦水中磷酸鹽的含量超過(guò)一定濃度勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致植物過(guò)度生長(zhǎng)。因此，含磷污水排入水體中，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，提升藻類繁殖速度，發(fā)生“水華”現(xiàn)象，加劇水質(zhì)惡化，最終會(huì)導(dǎo)致水體中的生物大量死亡。近年來(lái)，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，城市生產(chǎn)生活污水排放量持續(xù)增加，不僅嚴(yán)重的污染了生態(tài)環(huán)境，也給市民生產(chǎn)生活帶來(lái)影響。其中，污水中的磷含量超標(biāo)成為污水處理關(guān)注的重點(diǎn)方向之一。因此，要切實(shí)采取有效措施，解決好污水中的磷超標(biāo)問(wèn)題，切實(shí)推進(jìn)污水除磷工作，真正實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，為市民生產(chǎn)生活營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境。含磷污水主要來(lái)自生活污水、養(yǎng)殖業(yè)及農(nóng)田徑流，其中，含磷生活污水約占全部磷來(lái)源的63%左右。含磷生活污水80%來(lái)自人體排泄，其余主要來(lái)自食物廢渣及洗滌廢水。含磷生活污水通常以聚合磷酸鹽離子、正磷酸鹽離子、縮合磷酸鹽及有機(jī)磷化物，以及非溶解性無(wú)機(jī)磷[1]形式存在。此外，地表徑流中的內(nèi)河含磷也有降水因素，其總磷濃度約為0.03-0.04mg/L。目前，化學(xué)除磷和生物除磷是城鎮(zhèn)污水最為常用的除磷工藝技術(shù)，均是將可溶性磷轉(zhuǎn)化為懸浮性磷，從污水中分離。其中，化學(xué)除磷是利用磷的循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程，或?qū)⒘邹D(zhuǎn)化為不溶性磷酸鹽沉淀；生物除磷則是利用細(xì)胞合成，將污水中的磷吸收至生物細(xì)胞，隨著生物成長(zhǎng)后達(dá)到降低去除效果[2]。從我國(guó)城鎮(zhèn)污水排放實(shí)際看，普遍存在碳氮比較低，而生物除磷工藝較適合于BOD5＞200mg/L 的高濃度污水，對(duì)于BOD5＜200mg/L的低濃度污水，以及因DO、pH 值、有機(jī)物濃度、硝態(tài)氮等因素變化也會(huì)影響污水除磷效果，因此，應(yīng)輔之以化學(xué)除磷工藝技術(shù)。

1 案例概況

1.1 污水排放規(guī)模及水質(zhì)

某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水處理規(guī)模為6.5×104t/d，其實(shí)際處理廢水規(guī)模則為6.8×104t/d，進(jìn)水水質(zhì)COD、氨氮、BOD5、總磷、總氮平均分別為210mg/L、120mg/L、25mg/L、5mg/L、40mg/L，進(jìn)水水質(zhì)中的污染物含量濃度指標(biāo)低于設(shè)計(jì)值。

1.2 污水處理工藝流程

該城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理工藝選用“旋流沉沙+改良式氧化溝工藝”，其中，深度處理工藝為“混凝沉淀+過(guò)濾、消毒處理工藝”。

具體工藝流程為：城鎮(zhèn)污水處理經(jīng)城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)統(tǒng)一收集進(jìn)廠，流經(jīng)格柵和沉砂池，其中20%污水經(jīng)預(yù)缺氧區(qū)、80%污水經(jīng)厭氧區(qū)、好氧區(qū)處理后，經(jīng)二沉池、集水池、混凝沉淀池及過(guò)濾池和消毒池處理后，實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。

2 除磷工藝技術(shù)應(yīng)用及效果

2.1 生物除磷工藝原理

生物除磷工藝是利用細(xì)菌在厭氧、好氧交替條件下，誘導(dǎo)激發(fā)細(xì)胞將其內(nèi)體聚合磷累積并釋放出磷酸根和鍵能，再經(jīng)ATP、ADP 轉(zhuǎn)換，聚磷菌將VFA 攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚β-PHB 形式貯存，提高污水中磷含量，降低BOD5含量。再在好氧條件下，PHB 有機(jī)物被聚磷菌吸收氧化分解，吸收磷，降低污水中的磷含量，將剩余污泥排出，從而實(shí)現(xiàn)除磷效果[3]。從其工藝原理來(lái)看，本污水處理廠所選生物除磷工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程主要經(jīng)歷三個(gè)階段：（1）過(guò)量攝取磷。好氧條件下，生物除磷菌利用污水中有機(jī)物，及其體內(nèi)存儲(chǔ)的聚β-PHB 氧化分解釋放出的能量，為聚磷菌吸收污水中的磷酸鹽提供能量。經(jīng)此吸收，其中部分磷合成了ATP，大部分磷則被合成為聚磷酸鹽存儲(chǔ)于細(xì)胞體內(nèi)。（2）釋放磷。厭氧條件下，微生物聚磷菌分解體內(nèi)聚磷酸鹽，其中的無(wú)機(jī)磷鹽釋放出來(lái)，利用ATP 將污水中有機(jī)物輸入細(xì)胞體內(nèi)，并以聚β-PHB 等有機(jī)顆粒形式存儲(chǔ)于細(xì)胞體內(nèi)，排出因聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸。（3）排放富磷污泥。厭氧條件下攝取的磷要低于好氧條件下所攝取的磷，生物除磷工藝?yán)煤醚酢獏捬踅惶姝h(huán)境，達(dá)到轉(zhuǎn)移磷酸鹽的效果。最后，將剩余污泥排放，達(dá)到降低污水中的磷含量，實(shí)現(xiàn)高效除磷。

2.2 化學(xué)除磷工藝原理

化學(xué)除磷是利用化學(xué)試劑與污水中的磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀物，實(shí)現(xiàn)除磷效果。目前，鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽等沉淀劑使用最為廣泛?；瘜W(xué)除磷主要是針對(duì)單獨(dú)利用生物除磷工藝無(wú)法達(dá)到預(yù)期除磷效果的一種輔助性技術(shù)手段。影響化學(xué)除磷效果的因素主要包括化學(xué)試劑種類、投加量、溫度、污泥濃度及藥劑投加位置[4]。（1）除磷藥劑比選。目前，常用到的化學(xué)除磷試劑包括聚合氯化鋁、三氯化鐵和聚合硫酸鐵。以該污水處理廠所選用的工藝，以二沉池出水為試驗(yàn)原水，在總磷濃度為0.68mg/L 條件下，根據(jù)10mg/L、20mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L 等不同濃度梯度下投藥量進(jìn)行混凝試驗(yàn)，從處理的經(jīng)濟(jì)成本及處理的綜合效果來(lái)看，氯化鐵藥劑應(yīng)用于本污水處理廠除磷藥劑使用更為妥當(dāng)，按35mg/L 的投加量計(jì)算，藥劑成本約為0.085 元/t。（2）投加點(diǎn)選擇。污水處理廠除磷化學(xué)藥劑投加點(diǎn)包括前沉析、同步沉析和后沉析，不同投加點(diǎn)會(huì)影響藥劑投加量及其應(yīng)用效果。其中，前沉析階段投加化學(xué)藥劑，所需化學(xué)藥劑投加量大，且后期產(chǎn)生污泥量更多，降低污水處理中的有機(jī)碳源。后沉析環(huán)節(jié)添加化學(xué)藥劑，則需要單獨(dú)增設(shè)混凝沉淀設(shè)備，增加了處理過(guò)程和成本，影響處理效率。鑒于此，本污水處理廠采取同步沉析法，將氯化鐵藥劑投加至氧化溝至二沉池中間的配水井，利用管道混合及二沉池配水完成藥劑混凝反應(yīng)?？捎行Ы档臀勰喈a(chǎn)量，提升污水中磷的去除效率，所用藥劑量較少，投加量為30mg/L。

2.3 除磷工藝技術(shù)應(yīng)用效果

2020 年5 月該污水處理廠進(jìn)出水總磷指標(biāo)，進(jìn)水總磷＜5mg/L時(shí)，二沉池出水總磷在0.48mg/L-0.8mg/L 范圍。進(jìn)水COD 濃度平均低于200mg/L，生物除磷可達(dá)到87%左右，各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定，參數(shù)控制也滿足了相關(guān)要求。為進(jìn)一步提升污水總磷處理效果，降低出水總磷濃度，還需采取化學(xué)除磷輔助工藝。2020年10 月開(kāi)始投加氯化鐵化學(xué)藥劑輔助除磷，投加5 天后，出水總磷降低至0.3mg/L 以下，目前，整個(gè)污水處理廠的出水水質(zhì)可穩(wěn)定于0.2mg/L 以內(nèi)（見(jiàn)表1），相比較2020 年10 月同期的出水總磷指標(biāo)而言，除磷效果顯著。

表1 2020年10月進(jìn)出水總磷及處理效率

3 污水處理中磷的回收利用

生物除磷后的含磷污泥可作為肥料使用，但生物污泥直接施用于土壤，在增加土壤營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)，也存在增加土壤及植物中重金屬濃度的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要通過(guò)適當(dāng)技術(shù)處理好生物污泥，以實(shí)現(xiàn)從污水中獲得更加純凈、更為有效形式的磷的利用。

3.1 厭氧消化及脫水污泥

利用厭氧消化污泥穩(wěn)定技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)病原體與有機(jī)固體物分解，并以甲烷形式回收能量。利用厭氧消化技術(shù)可將污泥中的磷進(jìn)行生物降解，并釋放至消化液。利用含磷生物污泥厭氧消化，使污泥中的磷溶解釋放，生成鳥(niǎo)糞石實(shí)現(xiàn)磷的回收利用。

3.2 濕法化學(xué)萃取

利用酸或堿使污泥灰分、污泥或其他污泥殘留物中磷的溶解釋放，即濕法化學(xué)萃取技術(shù)，但利用該技術(shù)回收利用污泥中的磷，也要做好磷與重金屬分離，可利用鳥(niǎo)糞石結(jié)晶，降低污水中鐵離子、鋁離子和鈣離子的濃度，提升鳥(niǎo)糞石回收利用率。與酸萃取相比，堿萃取技術(shù)能夠有效降低重金屬或準(zhǔn)金屬釋放，但后續(xù)過(guò)濾成本較高。根據(jù)污水一級(jí)或二級(jí)處理過(guò)程對(duì)磷的去除情況及去除工藝的選擇相應(yīng)磷回收技術(shù)。

3.3 污泥焚燒灰中回收磷

污水處理后產(chǎn)生的污泥，對(duì)其進(jìn)行焚燒，可滿足高溫條件下有機(jī)成分的充分氧化，利用控制焚燒條件使污泥焚燒至污染物可回收利用產(chǎn)品階段[5]。由于磷酸鹽的熱穩(wěn)定性，經(jīng)焚燒后磷依然被留存于污泥灰分中，再利用酸來(lái)溶解污泥灰分，實(shí)現(xiàn)重金屬、磷酸鈣、氫氧化鐵及氫氧化鋁的分離效果，磷以鳥(niǎo)糞石形式回收，且重金屬含量極低，實(shí)現(xiàn)商業(yè)利用。

結(jié)語(yǔ)

污水除磷并做好回收利用，是實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措，面對(duì)各種污水除磷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，應(yīng)圍繞污水處理工作的實(shí)際，第一，采取生物除磷技術(shù)為主，輔之以化學(xué)除磷工藝技術(shù)，可有效解決污水富營(yíng)養(yǎng)化，從而提升污水處理廠除磷的效果。第二，污水處理采用除磷技術(shù)應(yīng)充分考慮環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益兩大因素，在考慮除磷效果的同時(shí)，也要關(guān)注相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，注重磷回收利用，以鳥(niǎo)糞石結(jié)晶沉淀方式，可實(shí)現(xiàn)污水中磷的回收，降低處理成本。