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汙水除磷的相關知識

2019/2/2 15:56:57 次瀏覽 分類:技術資料

除磷指去除汙水中的磷。磷在汙水中具有以固體形態和溶解形態互相循環轉化的性能,汙水除磷就是以磷的這種性能為基礎而開發的。

汙水除磷技術有:使磷成為不溶性的固體沉澱物,從汙水中分離出去的化學除磷法;使磷以溶解態為微生物所攝取,與微生物成為一體,並隨同微生物從汙水中分離出去的生物除磷法。

根據磷在廢水中不同的存在方式,應采用不同的除磷技術。

 

 

如何除去廢水中的磷?

 

 

常規的生物處理法通過剩餘汙泥排放和處理可以從廢水中去除部分磷,一些特殊工藝或經過調整運行方式以後具有除磷功能的普通工藝可以取得較好的除磷效果,具體方法有A/O,A²/O、SBR、氧化溝等。但生物處理法的除磷效果有限,當磷的排放標準很高時,往往需要使用化學除磷或將生物法與化學除磷結合起來使用。

 

化學除磷是向水中投加化學藥劑,生成不溶性的磷酸鹽,然後再利用沉澱、氣浮或過濾等方法將磷從汙水中除去。用於化學除磷的常用藥劑有石灰,鋁鹽和鐵鹽等三大類。

 

 

一、化學除磷

 

 

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石灰除磷

 

石灰除磷是投加石灰與磷酸鹽反應生成羥基磷灰石沉澱。

 

由於石灰進入水中後,首先與水的堿度反應生成碳酸鈣沉澱,然後過量的鈣離子才能與磷酸鹽反應生成羥基磷灰石沉澱,因此所需的石灰量主要取決於待處理廢水的堿度,而不是廢水的磷酸鹽含量。

 

另外,廢水的鎂硬度也是影響石灰除磷的因素。因為在高pH值條件下,生成的MgOH2沉澱是膠體沉澱,不但消耗石灰,而且不利於汙泥脫水。

 

pH對石灰除磷的影響很大,隨著pH升高,羥基磷灰石的溶解度急劇下降,即磷的去除率增加,pH大於9.5後,水中所有磷酸鹽都轉為不溶性的沉澱。一般控製pH9.5~10之間除磷效果最好。

 

不同廢水的石灰量投加應該通過實驗確定。

 

石灰除磷的具體方法有三種。一是在汙水廠初沉池之前投加,而是在汙水生物處理之後的二沉池投加,三是在生物處理係統之後投加石灰並配有再碳酸化係統。

 

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鋁鹽除磷

 

鋁鹽除磷的常用藥劑是硫酸鋁和硫酸鈉。不同的是投加硫酸鋁會降低廢水的pH,而投加硫酸鈉會提高廢水的pH。因此硫酸鋁和硫酸鈉分別適用於處理堿性和酸性廢水。

 

鋁鹽的投加比較靈活,可以在初沉池前投加,也可以在曝氣池中投加,或者在曝氣池和二沉池之間投加,還可以將化學除磷與生物處理係統分開,以二沉池出水為原水投加鋁鹽進行混凝過濾、或在濾池前投加鋁鹽進行微絮凝過濾。

 

在初沉池前投加,可以提高初沉池對有機物和SS的去除率,在曝氣池和二沉池之間投加,渠道或者管道的湍流有助於改善藥劑的混合效果,在生物處理係統之後投加,因生物處理對磷的水解作用可以使除磷效果更好。

 

由於受廢水堿度和有機物的影響,除磷的化學反應是一個複雜的過程,因此鋁鹽的最佳投加量不能按計算確定,必須經過試驗確定。

 

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鐵鹽除磷

 

三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等都可以用來除磷,常用的是三氯化鐵。

 

與鋁鹽相似,大量三氯化鐵要滿足與堿度反應生成的FeOH3,以此促進膠體磷酸鐵的沉澱分離。磷酸鐵沉澱的最佳pH範圍是4.5~5.0,實際應用中pH值在7左右甚至超過7,仍有較好的除磷效果。

 

城市廢水投加大約45~90mg/L三氯化鐵,可去除磷85%~90%。和鋁鹽一樣,鐵鹽投加點可以在預處理、二級處理或三級處理階段。

 

但是化學除磷會產生一些問題:

1、化學除磷最大的問題是會使汙水處理汙泥量顯著增加。

 

因為在除磷時產生的金屬磷酸鹽和金屬氫氧化物以懸浮固體的形式存在於水中,最終變成汙泥。在初沉池前投加金屬鹽,初沉池汙泥增加60%~100%,整個汙水處理廠汙泥量會增加60%~70%.在二級處理過程中投加金屬鹽,剩餘汙泥量增加35%~45%.

 

2、化學除磷會使汙泥濃度降低20%左右,因此汙泥體積加大,從而增加了汙泥處理與處置的難度。

 

3、使用化學除磷時,出水可溶性固體含量增加。若固液分離不好時,鐵鹽除磷會使出水呈微紅色。

 

 

二、生物除磷

 

 

01

生物除磷的原理

 

汙水生物除磷的原理就是人為創造生物超量除磷過程,實現可控的除磷效果。整個過程必須通過創造厭氧環節利用厭氧微生物的作用來實現生物除磷過程。

 

1)厭氧條件下釋磷

 

在沒有溶解氧或硝態氮存在的條件下,兼性細菌通過發酵作用將可溶性BOD5轉化為低分子揮發性有機酸VFA。聚磷菌吸收這些發酵產物或來自原汙水的VFA,並將其運送到細胞內,同化成胞內碳能源儲存物質PHB,所需的能力來源於聚磷的水解以及細胞內糖的酵解,並導致磷酸鹽的釋放。

 

2)好氧條件下攝磷

 

好氧條件下,聚磷菌的活力得到恢複,並以聚磷的形式存儲超過生長所需的磷量,通過PHB的氧化代謝產生能量,用於磷的吸收和聚磷的合成,能量以聚磷酸高能鍵的形式捕集存儲,磷酸鹽從水中被去除。

 

3)富磷汙泥的排放

 

產生的富磷汙泥通過剩餘汙泥的形式排放,從而將磷去除。從能量角度來看,聚磷菌在無氧條件下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機物,在好氧狀態下降解吸收溶解性有機物獲取能量以吸收磷。

 

除磷的關鍵是厭氧區的設置,可以說厭氧區是聚磷菌的生物選擇器。聚磷菌能在短暫的厭氧條件下,由於非聚磷菌吸收低分子基質並快速同化和儲存這些發酵產物,即厭氧區為聚磷菌提供了競爭優勢。

 

這樣一來,能吸收大量磷的聚磷菌就能在處理係統中得到選擇性增殖,並可通過排除高含磷量的剩餘汙泥達到除磷的目的。這種選擇性增殖的另一好處是抑製了絲狀菌的增殖,避免了產生沉澱性能較差的汙泥的可能,因此厭氧/好氧生物除磷工藝一般不會出現汙泥膨脹。

 

02

生物除磷的影響因素:

 

 

1)溶解氧

 

首先必須在厭氧區嚴控製的厭氧環境,這直接關係到聚磷菌的生長狀況、釋磷能力及利用有機基質合成PHB的能力。其次是必須在好氧區供給足夠的溶解氧,以滿足聚磷菌對儲存的PHB進行降解,釋放足夠的能量供其過量攝磷。一般厭氧段的DO要嚴格控製在0.2mg/L以下,而好氧段的DO要嚴格控製在2mg/L以上。

 

2)厭氧區硝態氮

 

硝態氮包括硝酸鹽和亞硝酸鹽,硝態氮的存在也會消耗有機基質而抑製聚磷菌對磷的釋放,從而影響好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。另外,硝態氮的存在會被部分聚磷菌作為電子受體進行反硝化,從未影響其以發酵產物作為電子受體進行發酵產酸、抑製聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。

 

3)溫度

 

一般來說,在5~30℃範圍內,都可以收到較好的除磷效果。

 

4pH

 

pH值在6~8範圍內,磷的釋放比較穩定。

 

5BOD負荷和有機物性質

 

一般認為,進水中的BOD5/TP要大於15,才能保證聚磷菌有足夠的基質,從而獲得理想的除磷效果。為此,可以采用部分進水和跨越初沉池的方法,獲得除磷所需的BOD5量。

 

6)泥齡

 

一般以除磷為目的的生物處理係統的泥齡控製在3.5~7d。

 

03

廢水生物除磷的方法有哪些

 

廢水生物除磷包括厭氧釋磷和好氧攝磷兩個過程,因此廢水生物除磷的工藝流程由厭氧和好氧兩個部分組成。按照磷的最終去除方式和構築物的組成,除磷工藝流程可分為主流程除磷工藝和側流程除磷工藝。

 

主流除磷工藝的厭氧段在處理汙水的水流方向上,磷的最終去除通過剩餘汙泥排放,典型的方法有厭氧/好氧(A/O)工藝,其他方法有厭氧/缺氧/好氧(A/²O)工藝、Phoredox工藝、UTC工藝、VIP工藝以及SBR工藝、氧化溝工藝等。

 

側流工藝的厭氧段不在處理汙水的水流方向上,而是在回流汙泥的側流上,具體方法是將部分含磷回流汙泥分流到厭氧段釋放磷,再用石灰沉澱去除富磷上清液中的磷。

 

04

除磷設施運行管理的注意事項

 

1)厭氧段是生物除磷最關鍵的環節,其容積一般按0.5~2h的水力停留時間確定,如果進水中容易生物降解的有機物含量較高,應當設法減少水力停留時間,以保證好氧段進水的BOD5含量。

 

2)如果磷的排放標準很高,而所選的除磷工藝不能滿足出水要求,可以增加化學除磷或者過濾處理去除水中殘留的低含量磷。

 

3)生物除磷工藝的機理是將溶解轉移到活性汙泥生物細胞中,通過剩餘汙泥的排放從係統中除去。在汙泥的處理過程中,如果出現厭氧狀態,剩餘汙泥中的磷就睡重新釋放出來。

 

重力濃縮容易產生厭氧狀態,有除磷要求的剩餘汙泥處理不能采用這種方法,而應當使用氣浮濃縮、機械濃縮、帶式重力濃縮等不產生厭氧狀態的濃縮方法。如果隻能選擇重力濃縮時,必須在工藝流程中增設化學沉澱設施去除濃縮上清液中所含的磷。

 

4)泥齡是影響生物脫氮除磷的主要因素,脫氮要求越高,所需泥齡越長。而泥齡越長,對除磷越不利。尤其是在進水BOD5/TP小於20時,泥齡越短越好。

 

但如果進水BOD5偏低,活性汙泥增長緩慢,就不可能將泥齡控製的太短,此時必須進行化學除磷。