含磷废水处理研究

含磷废水处理的研究现状水体富营养化的突出例子就是赤潮现象。赤潮不仅引起海水出现异常,改变颜色,而且致使水质变坏、发臭,恶化了海洋环境条件,是海洋环境污染的一种危险信号,已成为一种世界性的公害,对海洋渔业及海产养殖业危害极大,还严重地损害了滨海的旅游事业。因此,及时地回顾、总结、研究近年来国内外关于废水中磷的去除问题具有非常重要的意义。磷是地球系统中维系生命的主要元素之一,也是构成生物体并参与新陈代谢过程必不可少的元素。元素的丰缺、磷环境的优劣将直接影响包括人在内的一切生物的生长发育。近年来,河流、湖泊、海洋等水域的水质有恶化的现象,特别是富营养化问题时有发生,而且有愈来愈严重的趋势。富营养化不仅使水体丧失应有功能,而且使水体生态环境向不利于人类的方向演变。其中,磷是引起水体富营养化的关键营养物质。一般来讲,水体中总磷质量浓度超过20mg/L,即可认为水体处于富营养化。

1含磷废水的主要来源

含磷废水的主要来源如下:①根据来源分类主要来自于各种洗涤剂、工业原料、农业肥料的生产过程以及人体的排泄等;②根据磷的存在形态可分为无机磷废水(磷酸盐、聚磷酸盐)和有机磷废水(含磷有机化合物混于水)。含磷洗衣粉是含磷废水的主要来源之一。20世纪60年代中期日本的“琵琶湖事件”引起人们对磷的富营养化的关注,于是洗涤剂的无磷化问题便成为研究的热点。人们通过重组产品配方和使用4A沸石替代磷酸盐作为主要助剂来合成无磷洗衣粉取代

原来的含磷洗衣粉取得了不错的效果;对于农业肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被土壤吸附,还有一部分随水土流失,所以在使用肥料时应考虑到尽量减少土壤流失,可以通过绿化荒山荒漠、因地制宜科学种田、建立农田防护林以及在江河湖泊流域建立绿化带等手段最大限度地降低水土流失,这也是降低废水含磷量的一个重要方面;对于人体的排泄,可以对其进行特殊处理后用于农业肥料。

2含磷废水的处理方法

目前,国内外污水除磷技术主要有生物法、化学法两大类。生物法如A/O、A2/O、UCT工艺,主要适合处理低浓度及有机态含磷废水。化学法主要有混凝沉淀法、结晶法、离子交换吸附法、电渗析、反渗透等工艺,主要适合处理无机态含磷废水,其中混凝沉淀与结晶综合处理技术可以处理高浓度含磷废水,除磷率较高,是一种可靠的高含磷废水处理方法。

2.1生物法

20世纪70年代美国的Spector发现,微生物在好氧状态下能摄取磷,而在有机物存在的厌氧状态下放出磷。含磷废水的生物处理方法便是在此基础上逐步形成和完善起来的。目前,国外常用的生物脱磷技术主要有3种:第一,向曝气贮水池中添加混凝剂脱磷;第二,利用土壤处理,正磷酸根离子会与土壤中的Fe和Al的氧化物反应或与粘土中的OH-或SiO22-进行置换,生成难溶性磷酸化合物;第三种方法是活性污泥法,这是目前国内外应用最为广泛的一类生物脱磷技术。生物除磷法具有良好的处理效果,没有化学沉淀法污泥难处理的

缺点,且不需投加沉淀剂。对于二级活性污泥法工艺,不需增加大量设备,只需改变运转流程即可达到生物除磷的效果。但要求管理较严格,为了形成VFA,要保证厌氧阶段的厌氧条件。

张林生等采用石灰沉淀结晶法处理高浓度含磷废水取得成功,该法结合了沉淀法与结晶法的优点,克服了两者的缺点,具有很好的发展前景。实验结果与工程实践表明,该法处理含磷废水除磷效率高,出水水质稳定,且可回用。

2.2化学沉淀法

通过投加化学沉淀剂与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物,可把磷分离出去,同时形成的絮凝体对磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉淀剂有石灰、明矾、氯化铁,石灰与氯化铁的混合物等。影响此类反应的主要因素是pH、浓度比、反应时间等。

为了降低废水的处理成本,提高处理效果,学者们在研制开发新型廉价高效化学沉淀剂方面做了大量工作。王光辉发现,原水含磷10mg/L时,投加300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷70%左右,而在初沉时加入过量石灰,一般总磷可去除80%左右。他根据化学凝聚能增加可沉淀物质的沉降速度,投加新型净水剂碱式氯化铝,沉降效果达80%～85%,很好地解决了生产用水的PO43-污染问题。混凝沉淀法是一种传统的除磷方法,具有简便易行,处理效果好的优点。但是长期的运行结果表明,化学沉淀剂的投加会引起废水pH值上升,在池子及水管中形成坚硬的垢片,还会产生一定量的污泥。另外,研究

表明:除磷效率对应沉淀剂剂量的曲线是指数型的,当化学沉淀剂超出一定量,曲线即达到停滞期。所以,试图用沉淀法将废水中磷的质量浓度降到0.1mg/L以下,是不太经济的。

丛广治等主持的大连开发区污水厂A/O改造实践表明,系统在下列参数下可取得较好的净化效果:BOD5负荷为0.2～0.3kg/(kgMLSS·d),TP负荷为(2.8～3.0)×10-3kg/(kgMLSS·d)。厌氧段容积∶好氧段容积=1∶2,厌氧段DO<0.6mg/L,好氧段DO为3～3.5mg/L,水温12℃。出水含磷量稳定在10mg/L以下。厌氧好氧活性污泥除磷工艺在不增加标准活性污泥法基建投资和维护费用条件下,可以较彻底地除磷,且运行稳定。这一工艺不但继承了传统的标准活性污泥法的优点,又增加了生物除磷功能。

黄理辉等主持的倒置A2/O工艺克服了A2/O工艺比较复杂以及在吸磷动力利用方面存在明显不足的缺点,将厌氧、缺氧环境倒置,只利用一套污泥回流系统来取代原来的几套回流系统。试验结果表明,对于工业废水占2/3的城市污水而言,倒置A2/O工艺在生产运行中具有较高的去除有机物和脱氮除磷能力。整个工艺具有流程简洁、能耗低、运行稳定、抗冲击力强的特点,适于老厂的改造。

2.3吸附法

20世纪80年代,多孔隙物质作为吸附剂和离子交换剂就已应用在水的净化和控制污染方面。黄巍等人以粉煤灰作为吸附剂,对含磷50～120mg/L模拟废水脱磷的规律特征进行了研究。研究表明粉煤灰中含有较多的活性氧化铝和氧化硅等,具有相当大的吸附作用,粉煤

灰对无机磷酸根不是单纯吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可以和磷酸根生成不溶或直溶性沉淀现象,因而在废水处理方面具有广阔的应用前景。试验结果表明,粉煤灰是一种有效的吸附剂,在含P质量浓度为50～120mg/L,粉煤灰用量每50mg为2～2.5g,粒径范围140～160目,pH中性的实验条件下,磷的去除率最高可达99%以上。丁文明、黄霞等合成的铁铈复合除磷剂除磷效果也比较好。它是通过铁盐与铈盐的混合溶液与碱液反应合成的,对水溶液中的磷酸盐具有高效吸附作用。经正交试验发现,盐溶液中铁、铈离子的含量是影响除磷效果的最重要因素,此外合成温度、干燥温度也对吸附性能有一定影响。各种测试证明,结晶破碎是复合除磷剂比表面积增大的主要原因,而比表面积增大又是高效吸附除磷的主要原因。预计以后会出现更多吸附除磷的吸附剂。

2.4其他的除磷方法

邹伟国等研究的新型双污泥脱氮除磷工艺系统处理生活污水取得成功。传统的脱氮除磷工艺多采用单污泥系统,因此存在着硝化和除磷泥龄之间的矛盾,将活性污泥法与生物膜法相结合,可解决这个问题。实验结果表明,该工艺对PO43-的去除率达到了90%,处理效果稳定,对水质的适应能力很强。陈滢等进行了低溶解氧SBR除磷工艺的研究。实验结果表明,在全程低氧曝气的SBR系统内聚磷菌可得到富集,并出现了明显的放磷、过量吸磷现象。该方法要注意的是污泥负荷对COD去除率和除磷效果的影响较大,因此要选择合适的污泥负荷。污泥负荷过高时会导致非丝菌污泥膨胀。方茜等利用SBR法处理