城市污水的除磷技术分析

第36卷第8期水处理技术Vol, 36 No 8162010年8月TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT城市污水的除磷技术分析孙梦,张培玉,张晨(青岛大学环境科学与工程系,山东青岛266071):综迷了化学除磷方法及生物除磷方法的机理和特点;介绍了几种典型的除磷工艺并分析其优缺点及其适用范围,以及最新生物除磷技术一反硝化聚磷菌除磷工艺及萁应用;对国内外除磷技术的研究进行了展望,提岀物化除磷法与生物除磷法相结合必将成为今后的研究趋势,研究开发生物脱氮除磷新技术是今后污水处理硏究的重要果题关镳词:污水除磷;物理化学法;生物除磷法;反硝化除磷中图分类号:X7993文献标识码:A文章编号:1003770(2010)08-0016-005随着经济的快速发展和工业化程度的不断提如果焚烧则费用很高。上海的白龙港污水处理厂髙,富含氮磷的生活污水以及含有农药化肥残留的期工程(早季120万m3d,雨季188.8万m}d)农业污水量越来越高,导致含有大量营养成分的废和竹园第一污水处理厂(旱季170万m3d,雨季水排入封闭性水域,给受纳水体造成危害。目前,我4261万m3d)即采用化学凝聚沉淀除磷作为强国水体特别是内陆湖泊的富营养化现象日趋严重。化一级处理。所以加强污水中磷的处理严格控制排放出水中磷12离子交换法的含量就显得尤为重要。国内外对废水中磷的去除离子交换法是利用多孔性的阴离子交换树脂研究不是太多,已有的除磷工艺各有优劣。本文通过选择性地吸收去除污水中的磷去除磷。但是存在对各种除磷技术进行分析比较各种技术的优缺点,着一系列问题比如树脂药物易中毒、交换容量低和提出今后除磷技术的发展趋势。选择性差等因而这种方法难以得到实际应用。1物化除磷法13吸附法除磷吸附法主要是利用某些多孔或大比表面的固体物化除磷方法主要利用沉淀、结晶、吸附等物理物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力来实现对废水化学反应,使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉的除磷过程。制备适用的高效吸附剂是吸附法除磷淀从而去除。的关键,已经有很多学者对天然材料和炉渣的吸附11化学凝聚沉淀法脱磷性能进行了研究四。赵桂瑜等啄利用天然沸石复化学凝聚沉淀法主要是将易溶于水的某些金属合吸附剂处理含磷废水效果较好。吸附法除磷作为盐投入水中,金属离子与磷反应生成一种难溶性盐一种从低浓度溶液中去除特定溶质的高效低耗方与水体分离,以此除去水中的磷。磷的去除率在法特别适用于废水中有害物质的去除。在利用药品75%左右叫,处理效果稳定,系统操作简便,易于自进行饱和吸附剂再生过程中可能会造成污水,不能动化抗冲击性强,对管理人员的要求不是很高。因直接排放在应用上存在困难此它成为目前应用最普遍的除磷方法但由于人为14结晶法除磷投加了化学药剂,造成水处理费用的增高,并产生大主要是利用污水中磷酸根离子与钙离子以及氢量的污泥,且难于处理;如果填埋则需要较大场地;氧根离子反应生成碱式磷酸钙(羟基钙磷灰石)修改日期:2009-1023基金项目:国家自然科学基金(50678085,50878107):山东省研究生教育创新计划资助项目( SDYYO701)青岛大学优秀研究生学位论文培育项目(YSPY20004)作者简介:孙梦(1985-),女硕士研究方向为环境生物技术:E-mail:dreamerfairy329g@eyahoo.com.cn联系作者:张培玉,博士,教授 E-mail: envbiod@163com孙梦等城市污水的除磷技术分析ca(OH(PO]的晶析现象。在作为晶核的除磷剂于体内的多聚磷酸盐就会释放到水体中去。然后进上析出羟基钙磷灰石,从而达到除磷目的。一般入AO法的O段,处于好氧环境,此时微生物吸收采用磷矿石作为除磷剂,也有研究采用多孔材料作污水中大量可溶性磷酸盐,并在体内合成多聚磷酸为载体,在其表面培养羟基钙磷灰石作为晶核間。该盐而积累起来。含磷污泥一部分就以剩余污泥的形法处理过程中产生的污泥量比化学沉淀法少得多,式排出,另一部分则回流至A段重新进入放磷与且析出的羟基钙磷灰石可用于磷的回收,占地面积磷的循环过程。小,易于控制;但结晶法要求进水呈碱性(pH>8AO法除磷工艺流程简单,不需要投加化学药且需一定的钙离子浓度,而且当污水中存在大量有品,建设费用和运行费用均较低。存在的问题是脱磷机物时,易造成除磷剂的失效。所以该方法作为含磷效果决定于剩余污泥排放量,而且要求进水中磷与废水的深度处理方法是可行的。BOD之比较低。否则由于BOD负荷较低,剩余污泥综上所述,物化除磷的几种方法的系统操作较量较少,因而较难以达到稳定的运行效果。用该工艺为简单易于控制但是均存在着各种问题,导致单磷的去除率在75%左右,出水含磷约1mgL或略独使用物化法除磷的应用上有困难。但是物化除磷低,很难进一步提高法作为初级处理或是深度处理是可行的,可以与生22.2A3O工艺物除磷技术相结合。A3O工艺是在AO工艺的基础上增加了一个2生物除磷技术缺氧阶段,使好氧区中的混合液回流至缺氧区使之反硝化脱氮,从而使除磷的脱氮相结合。缩小了曝气生物除磷技术主要是利用微生物的作用,使废区的体积并且有望降低产生的剩余富磷污泥量叼水中磷转化到微生物体内,通过污泥的排放完成磷但是由于存在内循环,系统排放的剩余污泥中只有的去除。少部分经历了完整放磷吸磷过程,其余基本上未经21污水生物除磷机理厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区,这对于系统污水生物除磷是利用聚磷菌的超量磷吸收现除磷是不利的。而且为了降低回流污泥中的硝酸盐,象聚磷菌一旦处于厌氧条件下,它会释放出在好氧必须提高混合液回流量,从而增加电耗条件下吸收的磷。然后进入好氧区后,聚磷菌即可将223Phos工艺积贮的PHB好氧分解,释放出的大量能量可供聚磷该工艺把生物法和化学除磷法结合在一起,将菌生长繁殖当环境中有溶解磷存在时,一部分能量部分回流污泥(约为进水流量的10%~209%)分可供聚磷菌主动吸收磷酸盐,并以聚磷的形式积贮流到厌氧池除磷,污泥在厌氧池中通常停留8~12h,在体内。此时对磷的积累作用超过微生物正常生长聚磷荫则在厌氧池中进行磷的释放,脱磷后的污泥所需的磷量,可见微生物在好氧条件下吸收的磷大回流到曝气池中继续吸磷。含磷上清液进入化学沉大超过了在厌氧条件下释放的磷。由于系统经常排淀池投加石灰生成沉淀。它除磷效率可达90%以放剩余污泥,被细菌过量摄取的磷也将随之排出系上处理出水含磷量可低于1mgLm,对进水水质统,因而可获得较好的除磷效果。波动的适应性较强,较少受进水BOD的影响,加之22污水生物除磷工艺大部分磷以石灰污泥的形式沉淀去除,因此污泥处生物除磷技术经过几十年的发展,已经成为一理不像高磷剩余污泥那样复杂项非常成熟的技术,并已逐步在污水除磷处理工艺224 Bardenpho厩氮除工艺中得到应用,目前常用于工程实践的工艺有:AO、Bardenpho工艺设计了两级AO工艺,涵盖了Ao、 Bardenpho工艺、 Phoredox工艺、UCT、改良型二级缺氧及好氧过程,具有较好的脱磷效果(达UCT、 SBR, Phostrip工艺以及氧化沟工艺生物除磷97%)--是因为在二沉池中会有磷的释放,二是在工艺表现出除磷效果好,并能改进污泥沉降性能,减第一个缺氧池中会有局部的厌氧条件也有磷的释放现少活性污泥膨胀现象等突出的优点象但该法很明显的一大缺点工艺流程长、构筑物多。221AO工艺225氧化沟工艺AO工艺是最基本的生物除磷工艺,微生物先氧化沟工艺由于其特殊的运行方式,在空间上进入AO法的A段,处于厌氧或兼氧环境中,积存形成了缺氧好氧的交替变化,达到了硝化、反硝化水处理技术第36卷第8期和生物除磷的目的。其可在低负荷和较长的泥龄条中,顺序经历厌氧/缺氧/好氧3种环境,最具代表件下运行,由于无需回流,比一般工艺节能10%~性的是BCFS工艺。在双级工艺中硝化细菌独立于20%。若水量大或负荷高则工艺占地面会很大。我DPB而单独存在于某一反应器中 Dephanox工艺和国邯郸污水处理厂采用了三段式氧化沟工艺,是目AN工艺是最具代表性的双级工艺。前国内投入运行的最大的氧化沟系统网。321BCFS工艺所有的生物除磷系统都有以下几个特点:保证BCFS工艺是在UCT工艺及原理的基础上开厌氧区真正处于厌氧状态,既不存在游离态的溶解发的。其工艺流程如图1。改进在于增加了2个反应氧也不存在硝酸根等结合态氧如通过改变污泥回池接触池与混合池;增加了2个混合液循环Q和流方式和路径以避免硝酸根进入厌氧区,而防止厌Q3。接触池的功能为:回流污泥和来自厌氧池的混氧区的反硝化作用,对聚磷菌厌氧释放磷的竞争抑合液在池中充分混合,吸附剩余COD;有效防止污制作用;保证厌氧区进水中易生物降解有机物的含泥膨胀。混和池的功能为:最大程度地保证污泥再生量,以使聚磷菌能在与其它细菌对食料的争夺中占而不影响反硝化或除磷;容易控制SⅥ;最大程度优势,如可在进水中加入初沉污泥酸性发酵液等。地利用DPB以获得最少的污泥产量。混合液循环生物除磷技术因工艺简单、运行简便,处理效果Q1的功能是为了增加硝化或同时反硝化的机会,从好,运行方式灵活等近年来已成为城市污水除磷的而获得良好的出水氮浓度。Q3则是起辅助回流污泥重要方法,得到广泛应用。随着生物学及其技术的发向缺氧池补充硝酸盐氮的作用。展,新的除磷理论不断出现,生物除磷工艺也将得到更大的发展,可持续污水生物除磷工艺的开发也将水厌氧池广捷触泡缺氧混合池断氧池淀泡出水成为研究重点污泷回剩余汽泥生物除磷新技术一反硝化聚磷菌除磷工艺化学确泥1反硝化除磷机理图1BCFS工艺流程Fig 1 Process flow of BCFS反硝化除磷就是在厌氧/缺氧环境交替运行的条件下,易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的BCFS将生物、化学除磷工艺合并,是在线磷分兼性厌氧微生物该聚磷菌能利用NO作为电子受离与离线磷沉淀的生物与化学除磷结合方式,充分体,通过它们的代谢作用同时完成过量吸磷和反硝利用反硝化聚磷菌的反硝化除磷和脱氮双重作用化过程最大限度地减少碳源需求量,实现了能源和来实现磷的完全去除和氮的最佳去除过程。由于充资源的双重节约。反硝化除磷能节省COD约50%,分利用BCF工艺中的污泥龄易满足硝化细菌增长节省氧约30%,剩余污泥量减少50%左右嗍。所需的生长条件,污泥产量较低。目前,荷兰BDG大量实验室和生产性规模的生物除磷脱氮研究与WGS工程咨询公司争对BCFS技术合作开发设也表明叫当微生物依次经过厌氧缺氧和好氧3个计出同心圆反应池实现了计算机自动控制。但是阶段后,约占50%的聚磷菌既能利用氧气又能利用该工艺回流系统较复杂且总回流比高,同时在流程NO31作为电子受体来聚磷,即反硝化聚磷菌(DPB上比较复杂污水处理厂通常采用同心圆构型,运行的除磷效果相当于总聚磷菌的5%左右)这些发管理相对复杂,运行成本相对较高。现一方面说明了硝酸盐亦可作为某些微生物氧化322 Dephanox工艺PHB的电子受体,另一方面也证实了在污水的生物Wanner在1992年率先开发出第一个以厌氧污除磷系统中的确存在着DPB属微生物,而且通过驯泥中PHB为反硝化碳源的工艺取得了良好的除磷化可得到言集DPB的活性污泥脱氮效果,之后,据此提出了具有硝化和反硝化除磷32反硝化除碘工艺双泥回流系统的 Dephanox工艺四。 Dephanox工艺该技术对城市污水特别是CN比较低的污水是在厌氧池和好氧池之间增加了沉淀池和固定膜反有很好的处理效果,目前满足DPB所需环境和基质应池。固定膜反应池的功能在于可以避免由于氧化的工艺有单双两级。在单级工艺中,DPB细菌、硝化作用而造成的有机碳源的损失和稳定系统的硝酸盐细菌及非聚磷异养菌同时存在于悬浮增长的混合液浓度,污水在厌氧池中释磷在沉淀池中进行泥水分孙梦等,城市污水的除磷技术分析离,含氨较多的上清液进入固定膜反应池进行硝化,较稳定的优点被沉淀的污泥则与固定膜反应池中的NO一同进入42采用微生物固定化技术处理含磷废水缺氧段,完成反硝化和摄磷。微生物固定化技术通常用于难降解有机废水、此工艺的优点在于能解决除磷系统反硝化碳源含氨氮有机废水等。研究表明四,以PVA-硼酸法固不足的问题和降低系统的能耗,降低剩余污泥量且定以假单胞荫为优势菌的活性污泥进行除磷的研究COD消耗量低中,固定化的污泥具有较高的活性及除磷效率,6h323AN工艺内可将起始质量浓度为875mgL4的磷降至44把硝化菌和反硝化聚磷菌在不同的污泥系统分mgL。对于采用微生物固定化技术除磷含磷废水别进行培养,即双污泥系统,简称为AN工艺。AN还有待研究。连续流反硝化除磷脱氮双泥系统利用DPB体内43反硝化除磷技术的研究动向PHB的“一碳两用”来实现脱氮除磷,从而为改良反硝化除磷技术以其独特的高效脱氮除磷优越现有污水生物脱氮除磷工艺提供了一个新思路。性日益得到人们的青睐,而对反硝化除磷技术还需AN一SBR工艺是一种新兴的双泥反硝化除磷工要更多研究。富集DPBs是反硝化除磷的关键,要对艺,由AAO一SBR反应器和N一SBR反应器组成。DPBs的种群进行研究,认识其生化特性,摸索其培AAO-SBR的主要功能是去除COD和反硝化除磷养驯化方法,富集和筛选出更多的DPBs。可以利用脱氮;N一SBR的反应器主要起硝化作用,这2个反现代分子微生物分析技术对DPBs及其吸磷有关的应器的活性污泥是完全分开的,只将各自沉淀后的基因和酶进行深入的研究和探索。上清液相互交换。总之,研究开发高效生物脱氮除磷新技术是今彭永臻等以研究了连续流双泥系统反硝化脱氮后污水处理研究的重要课题除磷的特性研究发现,AN双泥系统能使硝化菌和反硝化聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,利于系参考文献:统脱氮除磷的高效和稳定,当CN提高到6.49,TN、巴邱慎初化学强化一级处理(CEPD技术中国给水捧水2000TP, COD的去除率分别为927%9795%95%16(1):2629AN工艺在实际应用中面临的主要问题是:当 nil Rydin, Eugenee B, et al. Aluminum dose required to inactivephosphate in lake sediments[J]. Wat Res, 1998,32(10): 2969-2976缺氧段硝酸盐量不充足时磷的过量摄取受到限制[3]郑敏张代均废水化学法脱氮和化学法除磷的研究[门科技情而硝酸盐量富余时硝酸盐又会随回流污泥进入厌氧报开发与经济2006,16(1:15415段,干扰磷的释放和聚磷菌PHB的合成吗。4]羊寿生上海在建的三座大型城市污水处理厂介绍(二)-上海反硝化除磷技术将反硝化脱氮和生物除磷两者白龙港污水处理厂给水排水2003209(2):1-2相结合是可持续发展的污水生物处理工艺。现在已5羊寿生上海在建的三座大型城市污水处理厂介绍(三)-上海市竹园第一污水处理厂工程门给水排水,2003,29(3):1-2经由实验研究转向工程应用,具有极好的发展前景°间6徐国庆吴贵明满春升工业含磷废水处理的研究与应用]工4污水除磷技术的发展趋势及研究动向业水处理2003,23(12):7678[7] JOhansson. Phosphate removal using blast furmace slags and41物化除磷与生物除磷技术相结合opoka mechanisms[J]. Wat Res. 2000,34(1): 259-265目前普遍采用物化和生化相结合的城市污水处8]赵桂瑜周琪沸石吸附去除污水中磷的研究门水处理技术,理工艺。其最显著的特点是流程中投加化学混凝剂,2007,332):3437其余则与普通活性污泥法类似。生物除磷的工艺稳⑨张春阳刘建广,王爱华结晶法除磷技术的发展与应用门节能技术200624(1)63-66定性可通过附加化学沉淀来改善。在国外很多二10 G K Morse, S W Brett N Guy. Review phosphorus removal and级污水处理厂的曝气池中投入混凝剂,主要目的是recovery technologies [].The science of the total environment,帮助除磷,使原来设计具有氮磷脱除能力的污水厂1992126981的除磷功能更加有效。对一些已建成的二级生物污[]张林生剩字平周瑜等石灰沉淀结晶法处理高浓度含磷废水水处理厂,在生物处理的基础上物化法,可大大提高给水排水20028(5)4244出水水质。将生物除磷与化学除磷相结合,可以充分[12]张诚于清江,王艳秋生物除磷工艺的探讨门高师理科学刊利用生物除磷费用低、化学除磷出水磷浓度低且比[3]刘智晓秦妹兰杨蛟云等污水处理厂/工艺设计及除磷效能水处理技术第36卷第8[中国给水排水200521(9:8082[21] Kuba T, Van loosdrecht M C M. Occurrence of[4尹军王建辉,王雪峰污水生物除磷若干影响因素分析环境phorus removal bacteria in modified UCT-type wastewater treat-工程学报2007,1(4:6-11ment plants[]. 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The latest biologicalphosphorus removal technology-biological denitrifying phosphorus removal process and its application were introduced. The prospects of phosphorusremoval technology at home and abroad were proposed. Physical-chemical phosphorus removal method proposed by the Combination of biphosphorus removal will become the future research trends. Research and development of new biological nutrient removal wastewater treatmenttechnology is an important research subject in the future.上接第15页)APPLICATION AND RESEARCH DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY WITH PRESSURIZEDJIOLOGICAL OXIDATION IN WASTEWATER TREATMENT(1. School of Ciril Engineering and Architecture, Anhui University of Technology, Ma'anshan 243002, China2. Huaqi Environment Protection Seience and Technology Development Co. Lid, Ma anshan 24305, China)Abstract: The application background and classes of the technology with pressurized biological oxidation were introduced from the control field ofwater pollution. The basic principle, mainistics and cument research of the technology were expounded. The design and run control parametersof it were briefly discussed. Besides, the research direction of the technology with pressurized biological oxidation in the future was pointed out.urrently, as high concentration of organic wastewater is a kind of general point source pollution, the efluent is difficult to reach the standard withI on the technological advance of the method oftreatment of high concentration of organic wastewater effectively. Therefore, the technology possesses a better potential of the application within thecontrol field of water pollution.Keywords pressurized biological oxidation; research progress; aeration; organic wastewater致能排的遇社会