城市污水的除磷技術(shù)分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高，富含氮磷的生活污水以及含有農(nóng)藥化肥殘留的農(nóng)業(yè)廢水污水量越來越高，導(dǎo)致含有大量營養(yǎng)成分的廢水排入封閉性水域，給受納水體造成危害。目前，我國水體特別是內(nèi)陸湖泊的富營養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。所以，加強(qiáng)污水中磷的處理，嚴(yán)格控制排放出水中磷的含量，就顯得尤為重要。國內(nèi)外對廢水中磷的去除研究不是太多，已有除磷工藝各有優(yōu)劣。本文通過對各種除磷技術(shù)進(jìn)行分析，比較各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出今后除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1  物化除磷法

物化除磷法主要利用沉淀、結(jié)晶 、吸附等物理化學(xué)反應(yīng)，使廢水中的磷轉(zhuǎn)化為不溶性的磷酸鹽沉淀從而去除。

1.1 化學(xué)凝聚沉淀法

化學(xué)凝聚沉淀法主要是將易于溶于水的某些金屬鹽投入水中，金屬離子與磷反應(yīng)成一種難溶性鹽與水體分離，以去除水中的磷。磷的去除率在75%左右，處理效果穩(wěn)定，系統(tǒng)操作簡便，易于自動(dòng)化，抗沖擊性強(qiáng)，對管理人員的要求不是很高。因此，它成為目前應(yīng)用最普遍的除磷方法。但由于人為投加了化學(xué)藥劑，造成水處理費(fèi)用的增高，并產(chǎn)生大量的污泥，且難于處理；如果填埋，則需要較大場地；如果焚燒則費(fèi)用很高。上海的白龍港污水處理廠—期工程（旱季120萬m³/ｄ，雨季426.1萬m³/ｄ）即采用化學(xué)凝聚沉淀除磷作為強(qiáng)化一級處理。

1.2 離子交換法

離子交換法是利用多孔性的陰離子交換樹脂，選擇性的吸收去除污水中的磷去除磷。但是存在著一系列問題，比如樹脂藥物易中毒、交換容量低和選擇性差等，因而這種方法難以得到實(shí)際應(yīng)用。

1.3 吸附法除磷

吸附法主要是利用某些多孔或大比表面的固體物質(zhì)對水中磷酸根離子的吸附親和力來實(shí)現(xiàn)對廢水的除磷過程。制備適用的高效吸附劑是吸附法除磷的關(guān)鍵，已有很多學(xué)者對天然材料和爐渣的吸附脫磷性能進(jìn)行研究。趙桂瑜等利用天然沸石復(fù)合吸附劑處理含磷廢水，效果較好。吸附法除磷作為一種從低溶度液中去除特定溶質(zhì)的高效低耗能方法，特別適用于廢水中有害物質(zhì)的去除。在利用藥品進(jìn)行飽和和吸附劑再生過程中，可能會造成污水，不能直接排放，在應(yīng)用上存在困難。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

1.4 結(jié)晶法除磷

主要是利用污水中磷酸根離子與鈣離子以及氫氧根離子反應(yīng)生成堿式磷酸鈣（羥基鈣磷灰石）Ｇa (OH)(PO4)3]的晶析現(xiàn)象。在作為晶核的除磷劑上析出羥基鈣磷灰石，從而達(dá)到除磷目的。一般采用磷礦石作為除磷劑，也是研究采用多孔材料作為載體，在其表面培養(yǎng)羥基鈣磷灰石作為晶核。該法處理過程中產(chǎn)生的污泥量比化學(xué)沉淀法少得多，且析出的羥基鈣磷灰石可用于磷的回收，占地面積小，易于控制；但結(jié)晶法要求進(jìn)水呈堿性（PH>8）,且需一定的鈣離子濃度，而且當(dāng)污水中存在大量有機(jī)物時(shí)，易造成除磷劑的失效。所以該方法作為含磷廢水的深度處理方法是可行的。

綜上所訴，物化除磷的幾種方法的系統(tǒng)造作較為簡單，易于控制，但是均存在著各種問題，導(dǎo)致單獨(dú)使用物化法除磷的應(yīng)用上有困難。但是物化除磷法作為初級處理或是深度處理是可行的，可以與生物除磷技術(shù)相結(jié)合。

2 生物除磷技術(shù)

生物除磷技術(shù)主要是利用微生物的作用，使廢水中磷轉(zhuǎn)化到微生物體內(nèi)，通過污泥的排放完成磷的去除。

2.1污水生物除磷機(jī)理

污水生物除磷是利用聚磷菌的超量磷吸收現(xiàn)象。聚磷菌一旦處于厭氧條件下，它會釋放出在好氧條件下吸收的磷，然后進(jìn)入好氧區(qū)后，聚磷菌即可將積貯的PHB好氧分解，釋放出的大量能量可供聚磷菌生長繁殖。當(dāng)環(huán)境中有溶解磷存在時(shí)，一部分能量可供聚磷菌主動(dòng)吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式積貯在體內(nèi)。此時(shí)對磷的積累作用超過微生物正常生長所需的磷量，可見微生物在好氧條件下吸收的磷大大超過了在厭氧條件下釋放的磷。由于系統(tǒng)經(jīng)常排放剩余污泥，被細(xì)菌過量攝取的磷也將隨之排出系統(tǒng)，因而可獲得較好的除磷效果。

2.2污水生物除磷工藝

生物除磷技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，并已逐步在污水除磷工藝中得到應(yīng)用，目前常用于工程實(shí)踐的工藝有：A/O、A²/O、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、UCT、改良型UCT、SBR、Phostrip工藝以及氧化溝工藝。生物除磷工藝表現(xiàn)出除磷效果好，并能改進(jìn)污泥沉降性能，減少活性污泥膨脹現(xiàn)象等突出問題的優(yōu)點(diǎn)。

2.2．1A/O工藝

A/O工藝是最基本的生物除磷工藝，微生物先進(jìn)入A/O法的A段，處于厭氧 或兼氧環(huán)境中，積存于體內(nèi)的多聚磷酸鹽就會釋放到水體中去。然后進(jìn)入A/O法的O段，處于好氧環(huán)境，此時(shí)微生物吸收污水中大量可溶性磷酸鹽，并在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽而積累起來。含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出，另外一部分則回流至A段重新進(jìn)入放磷與聚磷的循環(huán)過程。

A/O法除磷工藝流程簡單，不需要投加化學(xué)藥品，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低。存在的問題是脫磷效果決定于剩余污泥排放放量，而且要求進(jìn)水中磷與BOD之比較低。否則由于BOD負(fù)荷較低，剩余污泥量較少，因而較難以達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行效果。用該工藝磷的去除率在75%左右，出水含磷約1mg/L或略低，很難進(jìn)一步提高。

2.2.2 A²/O

A²/O工藝是在A/O工藝基礎(chǔ)上增加了一個(gè)缺氧階段，使好氧區(qū)中的混合液回流至缺氧區(qū)使之反硝化脫氮，從而使去除磷的脫氮相結(jié)合。縮小了曝氣區(qū)的體積，并且有望降低產(chǎn)生的剩余富磷污泥量。但是由于存在內(nèi)循環(huán)，系統(tǒng)排放的剩余污泥中只有少部分經(jīng)歷了完整放磷吸磷過程，其余基本上未經(jīng)過厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)，這對系統(tǒng)，除磷是不利的。而且為了降低回流污泥中的硝酸鹽，必須提高混合液回流量，從而增加電耗。

2.2.3 Phostrip工藝

該工藝把生物法和化學(xué)除磷結(jié)合在一起，將一部分回流污泥（約為進(jìn)水流量的10%～20%）分流到厭氧池除磷，污泥在厭氧池中通常停留8～10h,聚磷菌則在厭氧池中進(jìn)行磷的釋放，脫磷后的污泥回流到曝氣池中繼續(xù)吸磷。含磷上清液進(jìn)入化學(xué)沉淀池，投加石灰生成沉淀。它除磷效果可達(dá)90%以上，處理出水含磷量可低于1mg/L，對進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)，較少受進(jìn)水BOD的影響，加之大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除，因此污泥處理不像高磷剩余污泥那樣復(fù)雜。

2.2.4 Bardenpho脫氮除磷工藝

Bardenpho工藝設(shè)計(jì)了兩級A/O工藝，涵蓋了二級缺氧及好氧運(yùn)行過程，具有較好的脫磷效果（達(dá)97%），一是因?yàn)樵诙�沉沉中會有磷的釋放，二是在第一個(gè)缺氧池中會有局部的厭氧條件也有磷的釋放現(xiàn)象。但該法很明顯的一大缺點(diǎn)工藝流程長、構(gòu)筑物多。

2.2.5 氧化溝工藝

氧化溝工藝由于其特殊的運(yùn)行方式，在空間上形成了缺氧、好氧的交替變化，達(dá)到硝化、反硝化和生物除菌的目的。其可在低負(fù)荷和較長的泥齡條件下運(yùn)行，由于無需回流，比一般工藝節(jié)能10%～20%。若水量大或負(fù)荷高，則工藝節(jié)能占地面積會很大。我國邯鄲污水處理廠采用了三段式氧化溝工藝，是目前國內(nèi)投入運(yùn)行的最大氧化溝系統(tǒng)。

所有的生物除磷系統(tǒng)都有以下幾個(gè)特點(diǎn)：保證厭氧區(qū)真正處于厭氧狀態(tài)，既不存在游離態(tài)的溶解氧，也不存在硝酸根等結(jié)合態(tài)氧，如果通過改變污泥回流方式和路徑以避免硝酸根進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，而防止厭氧區(qū)的反硝化作用，對聚磷菌厭氧釋放磷的競爭抑制作用：保證厭氧區(qū)進(jìn)水中易生物降解有機(jī)物的含量，以使聚磷菌能在與其它細(xì)菌對食的爭奪中占優(yōu)勢，如何在進(jìn)水中加入初沉污泥酸性發(fā)酵液等。

生物除磷技術(shù)因工藝簡單、運(yùn)行簡便，處理效果好，運(yùn)行靈活等，得到廣泛應(yīng)用。隨著生物學(xué)及其技術(shù)的發(fā)展，新的除磷理論不斷出現(xiàn)，生物除磷工藝也將得到更大發(fā)展，可持續(xù)污水生物除磷工藝的開發(fā)也將成為研究重點(diǎn)。

3  生物除磷新技術(shù)—反硝化聚磷菌除磷工藝

3.1 反硝化除磷機(jī)理

反硝化除磷就是在厭氧/缺氧環(huán)境交替運(yùn)行的條件下，易富集一類兼有反硝化作用的兼性厭氧微生物，該聚磷菌能利用NO3作為電子受體，通過他們的代謝作用同時(shí)完成過量吸磷和反硝化過程。最大限度地減少碳源需求量，實(shí)現(xiàn)了能源和資源的雙重節(jié)約。反硝化除磷能節(jié)能COD約50%，節(jié)省氧約30%，剩余污泥量減少50%左右。

大量實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)性規(guī)模的生物除磷脫氮研究也表明，當(dāng)微生物依次經(jīng)過厭氧、缺氧和好氧3個(gè)階段后，約占50%的聚磷菌既能利用氧氣又能利用NO3作為電子受體來聚磷，即反硝化聚磷菌（DPB的除磷效果相當(dāng)于總聚磷菌的50%左右）。這些發(fā)現(xiàn)一方面說明了硝酸鹽亦可作為某些微生物氧化PHB的電子受體，另外一方面也證實(shí)了在污水的生物除磷系統(tǒng)中的確存在著DPB屬微生物，而且通過馴化可得到富集DPB的活性污泥。

3.2 反硝化除磷

該技術(shù)對城市污水特別是C/N比較低的污水有很好的處理效果。目前滿足DPB所需環(huán)境和基質(zhì)的工藝有單雙兩級。在單極工藝中，DPB細(xì)菌、硝化細(xì)菌及非聚磷菌異樣菌同時(shí)存在于懸浮增長的混合液中，順序經(jīng)歷厭氧/缺氧/好氧3種環(huán)境，最具代表性的是BCFS工藝。在雙極工藝中，硝化細(xì)菌獨(dú)立于DPB而單獨(dú)存在于某一反應(yīng)器中，Dephanox工藝和A2N工藝是最具代表性的雙極工藝。

3.2.1 BCFS工藝

 BCFS工藝是在UCT工藝及原理的基礎(chǔ)上開發(fā)的。改進(jìn)在于增加了2個(gè)反應(yīng)池，接觸池與混合池；增加了2個(gè)混合循環(huán)Q1和Q3。接觸池的功能為：回流污泥和來自厭氧池的混合液在池中充分混合，吸附剩余COD;有效防止污泥膨脹。混合池的功能為：最大程度保證污泥再生而不影響反硝化或除磷；容易控制SVI；最大程度利用DPB以獲得最少污泥產(chǎn)量�；旌弦貉�環(huán) Q1的功能是為了增加硝化或同時(shí)反硝化的機(jī)會，從而獲得良好的出水氮濃度。Q3則是起輔助回流污泥向缺氧池補(bǔ)充硝化酸鹽氮的作用。

BCFS將生物、化學(xué)除磷工藝合并，是在線磷分離與離線磷沉淀的生物與化學(xué)除磷結(jié)合方式，充分利用反硝化聚磷菌的反硝化除磷和脫氮雙重作用，來實(shí)現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳去除過程。由于充分利用BCFS工藝中的污泥齡易滿足硝化細(xì)菌增長所需的生長條件，污泥產(chǎn)量較低。目前，荷蘭BDG與WGS工程咨詢公司爭對BCFS技術(shù)合作開發(fā)設(shè)計(jì)相互同心圓反應(yīng)池，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。但是該工藝回流系統(tǒng)較復(fù)雜且總回流比高，同時(shí)在流程上比較復(fù)雜，污水處理廠通常采用同心圓構(gòu)型，運(yùn)行管理相對復(fù)雜，運(yùn)行成本相對較高。

3.2.2Dephanox工藝

Wanner在1992年率先開發(fā)出第一個(gè)厭氧污泥中PHB為反硝化碳源的工藝，取得了良好的除磷脫氮效果，之后，據(jù)此提出了具有硝化和反硝化除磷雙回流系統(tǒng)的Depganox工藝。Depganox工藝是在厭氧池和好氧池之間增加沉淀池和固定膜反應(yīng)池。固定膜反應(yīng)池的功能在于可以避免由于氧化作用而造成的有機(jī)碳源的損失和穩(wěn)定系統(tǒng)的硝酸鹽濃度。污水在厭氧池中釋磷，在沉淀池中進(jìn)行泥水分離含氮較多的上清液進(jìn)入固定膜反應(yīng)池進(jìn)行硝化，被沉淀的污泥則與固定膜反應(yīng)池中的NO一同進(jìn)入缺氧段，完成反硝化和攝磷。

此工藝的優(yōu)點(diǎn)在于能解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題和降低系統(tǒng)的能耗，降低剩余污泥量且COD消耗量低。

3.2.3A2N工藝

把硝化菌和反硝化聚磷菌在不同的污泥系統(tǒng)分別進(jìn)行培養(yǎng)，即雙污泥系統(tǒng)，簡稱為A2N工藝。A2N連續(xù)流反硝化除磷脫氮雙泥系統(tǒng)利用DPB體內(nèi)PHB“一碳兩用”來實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，從而為改良現(xiàn)有污水生物脫氮除磷工藝提供了一個(gè)新思路。A2N—SBR工藝是一種新興的雙泥反硝化除磷 工藝，由AAO—SBR反應(yīng)器和N—SBR反應(yīng)器組成。AAO-SBR的主要功能是去除COD和反硝化除磷脫氮；N—SBR的反應(yīng)器主要起硝化作用，這2個(gè)反應(yīng)器的活性污泥是完全分開的，之將各自沉淀后的上清液相互交換。

彭永臻等研究了連續(xù)流雙泥系統(tǒng)反硝化脫氮除磷的特性，研究發(fā)現(xiàn)，A2N雙泥系統(tǒng)能使硝化菌和反硝化聚磷菌分別在各自最佳的環(huán)境中生長，利于系統(tǒng)脫氮除磷的高效和穩(wěn)定，當(dāng)C/N提高6.49，TN、TP、COD的去除率分別為92.7%、97.95%、95%。

A2N工藝在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要問題是：當(dāng)缺氧段硝酸鹽量不充足時(shí)磷的過量攝取受到限制，而硝酸鹽量富余時(shí)硝酸鹽又會隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵�，干擾磷的釋放和聚磷菌PHB的合成。

反硝化除磷技術(shù)將反硝化脫氮和生物除磷兩者相結(jié)合，是可持續(xù)發(fā)展的污水生物處理工藝。現(xiàn)在已經(jīng)由試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用，具有極好的發(fā)展前景。

4 污水除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢及研究動(dòng)向

4.1物化除磷與生物除磷技術(shù)相結(jié)合

目前普遍采用物化和生化相結(jié)合的城市污水處理工藝。其最顯著的特點(diǎn)是流程中投加化學(xué)混凝劑，其余則與普通活性污泥法類似。生物除磷的工藝穩(wěn)定性可通過附加化學(xué)沉淀來改善。在國外很多二級污水處理廠的曝氣池中投入混凝劑，主要目的是幫助除磷，使原來設(shè)計(jì)具有氮磷脫除能力的污水廠，在生物處理的基礎(chǔ)上物化法，可大大提高出水水質(zhì)。將生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合，可以充分利用生物除磷費(fèi)用低、化學(xué)除磷出水磷濃度低且比較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

4.2 采用微生物固化技術(shù)處理含磷廢水

微生物固化技術(shù)通常用于難降解有機(jī)廢水、含磷法廢水等。研究表明，以PVA-硼酸法固定以假單胞菌為優(yōu)勢菌的活性污泥進(jìn)行除磷的研究中，固定化的污泥具有較高的活性及除磷效率，6H內(nèi)可將起始質(zhì)量濃度為87.5mg/L的磷降至44mg/L.對于采用微生物固化技術(shù)除磷含磷廢水還有待研究。

4.3 反硝化除磷技術(shù)的研究動(dòng)向

反硝化除磷技術(shù)以其獨(dú)特的高效脫氮除磷技術(shù)還需要更多研究。富集DPBS反硝化除磷的關(guān)鍵，要對DPBS的種群進(jìn)行研究，認(rèn)識其生化特性，摸索其培養(yǎng)馴化方法，富集和篩選出更多的DPBS�？梢岳�用現(xiàn)代分子微生物分析技術(shù)對DPBS及其吸磷有關(guān)的基因和酶進(jìn)行深入的研究和探索。

總之，研究開發(fā)高效生物脫氮除磷新技術(shù)是今后污水處理研究的重要課題。(來源：谷騰水網(wǎng))