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含磷废水处理方法浅析

北极星水处理网  来源:《安琥农学通报》  作者:常凯  2019/8/14 11:26:02  我要投稿  

北极星水处理网讯: 摘 要:磷是引起水体富营养化的关键物质,含磷废水进入自然水体后,导致水质恶化,生态环境破坏,甚至 威胁人类和水生生物的生存。废水中磷的去除是控制水体富营养化的关键,也是回收磷的重要途径之一。 该文总结了国内外对含磷废水的处理方法,对比传统工艺与新型工艺的优缺点,结合磷的回收和再利用探讨 了含磷废水处理技术的发展方向。

关键词:含磷废水;处理方法;新型工艺

人类的活动导致大量氮、磷等物质进入自然水体,引 起各种浮游生物和藻类迅速繁殖,从而导致水质恶化,影 响水生植物正常的光合作用,鱼类等各种水生生物大量 死亡。近年来,水体富营养化越来越受到人们的重视,水 质恶化已经严重影响到了人们正常生活。

含磷废水主要来源于工业原材料、各种洗涤剂、农 药、化肥以及人类生活污水。目前,国内外常用的处理方 法总体上可分为化学法、生物法、吸附法、结晶法等单一 工艺,高分子膜技术和复合材料也逐步运用于含磷废水 的处理当中。

1 化学法

化学法除磷的原理是将化学药剂投加到含磷废水 中,试剂与废水中的磷酸根离子发生化学反应,生成不溶 解性磷酸盐沉淀,通过过滤,去除磷酸盐沉淀,从而达到 除磷的目的。化学试剂主要是二价或者三价金属离子。 兰吉奎[1] 和曾雪梅[2] 曾报道使用钙盐处理含磷废水,去除 率可达90.0%以上。谢经良等[3] 研究了不同形态的铁盐, 通过实验和研究发现,聚合态和凝胶态的铁不如离子态 的铁除磷效果好。张萌[4] 使用强化铁盐除磷工艺处理高浓度含磷废水,进水磷浓度为 93.30mg/L,去除率达到 97.02%。

铝盐与磷酸根离子生成磷酸铝沉淀,通过吸附作用 可去除去污水中的磷。孙连伟[5] 等对氯化铝除磷进行了 探究,结果表明三价铝离子和磷酸根离子是等摩尔反应, 因此药剂的投加量与原水TP浓度有关,pH为6.0时去除 效率最高。

在含磷废水中投加铵盐、镁盐是目前国内常用的处理方法。铵盐、镁盐与废水中的磷酸盐反应生成难溶的 复盐磷酸铵镁,又名鸟粪石。张玉生[6] 等研究了鸟粪石 法回收磷,实验研究明,当 pH 控制在 9.3,氮、磷物质的 量比控制在4.0,镁、磷物质的量比控制在1.1时,除磷效 果最好。周庄古镇地埋式污水处理厂采用化学除磷工 艺,在出水总磷含量小于 1mg/L 的情况下,处理成本为 0.645元/m3。

目前,全世界普遍强调水环境需要大规模控制磷的 含量。迄今为止,化学沉淀法仍是实用、有效的废水除磷 方法。化学法操作简单、除磷效果稳定、处理效率80%以 上,当废水中磷的浓度较大或有一定波动时,仍能保持较好的除磷效果,但用药量较大,导致含磷废水处理费用较 高,且产生大量难以处理的高磷污泥。

2 生物法

生物除磷主要由一类统称为聚磷菌的微生物完成, 由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物,使得聚磷菌 在生物除磷系统中具备竞争的优势。在厌氧状态下(没 有溶解氧和硝态氮存在),兼性菌将溶解性有机物转化成 挥发性脂肪酸;聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐,并从 中获得能量,吸收污水中易降解的COD,同化成细胞内碳 能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等。在好氧或 缺氧条件下,聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体, 氧化代谢内贮物质 PHB 或 PHV 等,并产生能量,过量地 从污水中摄取磷酸盐,能量以高能物质ATP的形式存贮, 其中一部分转化为聚磷,作为能量贮于胞内,通过剩余污 泥的排放实现高效生物除磷目的。

生物法除磷的主要工艺有Phostrip 侧流生物除磷工 艺、厌氧-好氧(AO)生物除磷工艺、厌氧-缺氧-好氧 (AAO)生物脱氮除磷工艺、氧化沟工艺、序批式反应器 (SBR)工艺、反硝化除磷工艺等。陈洪波[7] 实验表明,当 进水磷浓度2~10mg/L时,SBR单级好氧生物除磷工艺去 除率保持在90%以上。王然登[8] 等对强化生物除磷系统 (EBPR)研究发现,除了聚磷菌(PAOs)对磷有去除作用 外,细菌的胞外聚合物(EPS)对磷也有一定的去除效果。 生物法的优点是:(1)成本低,微生物通过自身新陈代谢 进行更新换代;(2)产泥量少。生物法除磷是利用聚磷菌 的生理需求从水中摄取可溶性磷酸盐,在体内合成多聚 磷酸盐,慢慢地累积成高磷污泥;(3)除磷范围广,在生化 除磷中,除了可以将正磷酸盐直接利用外,还可以使其它 磷转化为正磷。但是微生物对周围生活环境要求比较苛 刻,对水质变化敏感。日本滋贺县湖南中部净化中心,先 后采用厌氧-好氧(AO)、厌氧-缺氧-好氧(AAO)生物脱 氮除磷工艺和分段进水多级缺氧-好氧/反硝化(SMAO)3 种深度处理工艺,均得到较好的处理效果。

3 吸附法

吸附法除磷的原理是某些多孔或大比表面积的固体 物质对水中磷酸根离子具有吸附亲和力,通过吸附亲和 力去除废水中的磷。磷吸附剂的选择要求满足以下条 件:(1)高吸附容量;(2)高选择性;(3)吸附速度快;(4)抗 其他离子干扰能力强;(5)无有害物溶出;(6)吸附剂再生 容易、性能稳定;(7)原料易得并造价低。围绕这些标准, 国内外对吸附除磷的研究目前主要集中在提高吸附剂的 效能上。

Yan[11] 研究了3种柱撑剂(铁、铝、铁铝)改性膨润土 吸附除磷效果,结果表明铝柱效果最佳。近年来,不少报 道[9,10] 表明利用废渣处理含磷废水效果明显,且成本低v> 廉,以废治废。很多学者对天然材料和工业炉渣的吸附 脱磷性能进行了广泛的研究及试验,多项试验表明,这些 材料的磷吸附容量与材料中Ca、Mg、Al和Fe等金属元素 氧化物含量成正相关,证实了金属氧化物是对磷吸附的 主要活性点;无定形非晶态物含量、pH值、材料的比表面 积和孔隙率对吸附容量起重要作用。

吸附法除磷不需要添加化学试剂,操作简单灵活,不 产生二次污染,在稀溶液的溶质分离中效果较好,适合处 理低浓度的含磷废水。现在已经有了一些在吸附容量方 面性能优异的高效吸附剂试验结果,但研究还相对较少, 在吸附剂的抗干扰性、溶解损失和再生等方面还存在一 些问题,在吸附机理方面远远落后于实践。从趋势上来 看,高效合成吸附剂的研究将是废水除磷吸附剂的重要 发展方向,但仍有众多的研究课题有待解决。

4 结晶法

结晶法除磷的原理是:含磷废水加入试剂后,溶液中 离子的亚稳态受到影响,磷酸根离子以磷酸盐的形式在 晶种表面析出,通过固液分离技术达到除磷的目的。陈 小光[12] 等研究了磷酸钙盐结晶除磷工艺性能,结果表明, 升高 pH 或 Ca/P 物质的量比有利于提高磷去除率。张 蕊[13] 采用连续运行的流化床MAP结晶除磷工艺,磷的去 除率达到 96%以上。上述过程 pH 变化范围为 8.8~9.4。 结晶产生的污泥量约为处理水量的(0.8~2.78)‰。60℃ 烘干后结晶污泥含磷量大于13%,与天然鸟粪石含磷量 相当。

除上述各种常规含磷废水处理方法外,各种新型工 艺也逐步运用于含磷废水的处理。徐小明[15] 以磁性羧甲 基纤维素(CMC)-CoFe2O4复合材料为吸附剂,采用磁分 离技术处理含磷废水并加以回收,磷去除率可达95%以 上。苏阳[19] 采用浸渍法制备负载氢氧化镧的膨胀石墨 (EG-LaOH)除磷剂,相较于目前广泛使用的活性氧化铝 等吸附剂,EG-LaOH 对磷的吸附效率更高,抗干扰能力 更强。EG-LaOH在90℃下的再生效率可达80%以上,具 有较大的应用前景。

随着科学技术的发展,膜技术越来越广泛地运用于 废水处理中。膜技术作为一种新型的分离技术,既能对 废水有较高的处理效率,也能高效回收物质,其分离过程 主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析。刘佳[14] 提出 膜分离技术-芬顿处理工艺,采用超滤和树脂软化技术对 低浓度有机磷废水进行预处理,在其基础上采用二次反 渗透工艺(RO),使废水浓缩,接着进行芬顿氧化处理。 试验研究表明,这种处理工艺比单一芬顿氧化处理工艺 更经济,磷的去除率更高。王亚宜[20] 研究了序批式生物 膜技术(SBBR)的发展和应用情况,SBBR 是将 SBR 间歇 操作模式引入到生物膜反应器,这种技术结合了 SBR 和传统生物膜技术的优点,对水 力负荷变化较大的城市生活污水具有较高的处理效率, 能够实现同步脱氮除磷的深度处理。

5 结语

含磷废水的处理方法众多,处理效果和适用情况也 不尽相同。化学沉淀法适用于含磷浓度较高的工业废水,生物法适用于含磷浓度较低的生活废水和畜牧业废 水。结晶法、吸附法有利于磷的回收利用,适用于水量较 小的含磷废水处理。在含磷废水的处理工艺上,要转变 传统思维,加强磷的回收和利用。实践和研究表明,组合 工艺较单一工艺在除磷效果上有显著提高。在实际工程 运用中要根据水质特征、处理规模、环境条件、处理成本 等因素,合理选择处理工艺。近几年来,随着科技的发 展,高分子膜技术以及高分子多孔材料的运用也给含磷 废水的处理提供了一个新的思路和发展方向。

原标题:含磷废水处理方法浅析

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