商晓玲 河北省定州市环境保护局

污水的生物除磷技术

商晓玲 河北省定州市环境保护局

简单介绍了当前污水中除磷的主要方法,探讨了生物除磷技术的进展和现状以及生物除磷工艺的特点，并根据不同的条件选择不同的生物除磷工艺。

磷来源于不可再生的磷矿石,通过化肥、农作物、人和动物,最终回到土壤。污水中的磷主要来自生活污水中的含磷有机物、合成洗涤剂、工业废液、化肥农药以及各类动物的排泄物。

随着人类活动的不断增加,水体氮磷的污染日益严重,大量富含氮磷的生活污水、工业废水和含农药、化肥的农田径流排入水体,造成水体富营养化。根据调查,我国已趋富营养化的湖泊达92%。按国际上总氮(0.2mg·L-1)和总磷(0.02mg·L-1)浓度作为湖泊富营养化的指标[1],所调查的湖泊中,多数湖泊总氮浓度一般高出5～12.5倍,总磷高出10～50倍[2]。因此对水体中磷的去除已是迫在眉睫。

1.现代污水除磷技术

现代污水除磷从技术上说,除磷方法可以分为物理化学处理法和生物处理法两大类。其中,物理化学除磷法包括结晶法、化学凝聚法、吸附法、离子交换法等[3]。生物除磷法有A /O工艺、A2 /O工艺、Phostrip工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺等。

化学除磷法除磷效率较高,一般可达75%～85%,且比较稳定可靠,但有两点不利: (1) 加入沉淀剂使污泥体积增加,而且这种污泥含有化学药剂,因此它的处置也较困难。而由于投加化学药剂,水中的盐含量大大增加。(2) 因为该法需要一套贮药、溶药、投药设备,日常药剂的消耗量是可观的,因此增加了投资和运行费用。生物除磷法具有节约能源,运行费用较低,不造成二次污染,除磷效率高等诸多优点,目前许多国家已在使用此技术。

2.生物除磷法

生物除磷法[4]是根据Luxury up take现象而进行的除磷方法和手段。自1955年后,人们发现某些在厌氧条件下释放磷的微生物能够进一步在好氧条件下过量吸收废水中的磷,在此基础上逐渐发展的生物除磷方法称为生物过量磷去除法,简称生物除磷法。

2.1 A /O (Anaerobic /Oxic)法

迄今为止,最为简单的生物除磷工艺是A/O工艺,A/O法工艺中,先使含有某些微生物种群的污水进入A/O法的A段,使其处于厌氧或兼氧环境中,这类微生物便吸收污水中的乙酸、甲酸及乙醇等极易生物降解的有机物质,贮存在体内作为营养源,同时积存于体内的多聚磷酸盐就会分解成可溶性的单磷酸盐并释放到水体中去,从而达到将体内磷充分排出的目的。按工艺流程污水接着进入A /O法的O段(pH应控制在7～8之间) ,微生物处于好氧环境,此时微生物将体内贮存的有机物氧化分解,同时吸收污水中大量可溶性磷酸盐,并在体内合成多聚磷酸盐而积累起来。随后,挟带大量体内富含磷的微生物菌胶团(俗称活性污泥)的污水进入二沉池沉降下来,在这些微生物还没来得及分解释放磷时,池底的含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出作为肥料,另一部分则回流至A段处于厌氧或兼氧环境中,重新进入新一轮的放磷与聚磷的生理循环过程。其除磷效率能达到75%,很难再提高。

2.2 A2 /O (Anaerobic - Anoxic / Oxic)法

A2 /O工艺相对于前面提到的A / O工艺,因为增加了缺氧处理阶段将除磷与脱氮相结合,不仅节省了脱氮对碳源的需要而且缩小了曝气区的体积,节省了能源,并且有望降低产生的剩余富磷污泥量。因此,A2 /O法比A /O法具有更好的实用性。

2.3 Phostrip法

Phostrip工艺作为侧流除磷工艺的代表,把生物和化学除磷法结合起来，其工艺流程及运行参数如图：

图1 Pho - strip 流程

该工艺中主流部分为常规的活性污泥曝气池,回流污泥的一部分(约为进水流量的10% ～20% )被分流到专门的厌氧池,污泥在厌氧池中通常停留8～12 h,聚磷菌则在厌氧池中进行磷的释放,脱磷后的污泥回流到曝气池中继续吸磷。含磷上清液进入化学沉淀池,然后用石灰进行处理,沉淀去除磷,石灰剂量取决于废水的碱度。除磷过程在污泥回流路径上完成。Phostrip工艺的优点是与单纯的化学除磷工艺相比,大大地减少了药剂的投加量和化学污泥量。该法除磷效率可达90%以上,出水总磷浓度可低于1 mg·L-1,而且不太受进水BOD浓度影响。

2.4 Bardenpho法

人们发现,如果反硝化很彻底会产生明显的除磷效果。为了更好地除磷,要求厌氧池的容积比反硝化所需的容积大,使厌氧池能有一部分确保无离子态的氧,为磷的释放创造条件。另外,如果将污水进水与回流污泥在一级厌氧池内混合,对除磷效果会有明显的改善。Bardenpho工艺涵盖了二级缺氧及好氧过程,具有较好的脱磷效果,但工艺流程长、构筑物多是该法的一大缺点，其工艺流程及运行参数如图：

图2 Bardenpno 流程

2.5 Phoredox法

Phoredox工艺是Barnard为了提高除磷效果而对Bardenpho工艺做的一个改进。流程图如下：

图3 Phoredox 流程

它在第一缺氧区前加了一个厌氧发酵区。此工艺一般在低负荷条件下运行。原污水或初沉池出水与回流污泥在厌氧池混合。在第一缺氧池进行反硝化使硝态氮还原为氮气,而BOD5去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在第一好氧池完成。第二缺氧池则提供了足够的停留时间,通过混合液内源呼吸进一步去除残余的硝态氮。厌氧区会发生反硝化作用,反硝化菌将和除磷菌争夺有机物,从而影响除磷效率。

南非的Capetown 大学开发的UCT工艺,把污泥回流到缺氧区,克服了这一缺点,维持了较好的除磷效果。

UCT 工艺是目前各国应用最广泛的生物除磷工艺。除UCT ,MUCT外,还有VIP 工艺和JHB 工艺,均是由A2/ O 工艺演变而来。另外,还有通过对曝气供氧的控制在空间和时间上形成厌氧与缺氧环境的氧化沟工艺和SBR工艺。流程图如下：

图5 UCT流程

3.污水生物除磷技术的影响因素

影响污水生物除磷的因素很多,而且非常复杂,考虑到工艺的运行与处理效果可以归纳为以下4方面:一是除磷系统内的微生物群体平衡因素,主要为除磷系统内的DO、硝酸盐、碳源、污泥糖类物质含量等;二是城市污水的水质,主要为基质的可利用性及其特征;三是环境因子,主要为环境的pH、温度等;四是工艺的运行参数和运行方式,主要为泥龄、污泥处理过程中厌氧污泥停留时间等[5]。

4.结语

随着时代的发展,污水除磷技术也在不断地进步,可以根据不同的条件,合理选择不同的除磷方法,以期达到最好的效果。当前,为了实现磷的可持续发展,有必要从现在起研发从污水或污泥中分离磷的技术,最大限度地实现污水磷回收[6]。无论是应用广泛的化学沉淀法、生物处理法,还是日益受到重视的吸附法和结晶法,都存在各自的弊端,因此,还需进一步加强对除磷技术的基础研究,研制开发适合我国国情的新型除磷工艺。

[1]黄瑾辉,王继徽.含磷废水处理的研究动态[J].污染防治技术.1998 (1) : 51 - 52, 43.

[2]王凯军,贾立帮.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社.2001.

[3]郝晓地,刘壮,刘国军.欧洲水环境控磷策略与污水除磷技术(上)[J].给水排水.1998,24 (8) : 67 - 73.

[4]杨焱明,刘树元,郑显鹏,刘庆,杜斌.污水除磷技术现状及发展趋势[J].济南大学学报(自然科学版).2008，22（2）:166-170

[5]尹军,王建辉,王雪峰,解艳萃,霍玉丰,谭学军.污水生物除磷若干影响因素分析[J].环境工程学报.2007，1（4）:6-11

[6]亓延敏,吕锡武,徐微.污水除磷及回收技术[J].山西建筑.2008，34（4）:191-193

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.005

影响因素;生物除磷