浅谈污水除磷技术

何家好

【摘要】水体富营养化的主要因素是氮、磷的累积，减少氮、磷进入水体是预防富营养化的主要手段。文章阐述了应用最多的化学除磷法和生物除磷法，分析各种方法的优缺点，并指出生物除磷和化学除磷联合应用是今后的主要发展方向。

【关键词】除磷；生物；化学；联合

人类在生产和生活中，会产生大量含磷污水，如不经处理直接进入水体，会使水中的藻类及浮游生物大量生长，溶解氧含量降低，鱼类大量死亡，水质恶化，从而影响人类的正常生活。我国主要湖泊因磷污染而引起富营养化的占统计总数的60 %以上。所以降低污水中磷的含量具有重要意义。目前，污水处理除磷方法用的最多的是化学法、生物法。

1、 除磷的原理

污水中磷酸盐的去除主要是通过将水中的磷酸盐转化成固体颗粒。这些固体颗粒可以是不溶于水的磷酸盐沉淀；可以是活性污泥中的微生物组分。污水除磷方法很多，用的最多是化学法和生物法。

2 、化学法的原理和应用

化学沉淀法是最常用的除磷工艺，化学除磷是在污水中添加无机金属盐与溶解性磷酸盐反应，生成不溶于水的磷酸盐沉淀物，再通过固液分离得以去除。化学除磷药剂主要是铝盐、铁盐、石灰、镁盐。

2.1 铝盐法

铝盐和磷的理论反应摩尔比为1：1，但在实际应用中，由于铝盐存在其它一系列反应，其理论值很难达到。铝盐与磷酸盐反应产物为Al（OH）3和AlPO4混合物。因磷酸盐沉淀中药剂的水解产物可以和磷酸盐发生化学吸附和络合反应生成络合物沉淀，在一定条件下，磷酸盐沉淀可能是化学络合起主要作用，而不是占主导地位的电荷中和。有关学者研究后，指出了正磷酸盐的去除主要通过羟基磷酸铝沉淀作用，而非硫酸铝沉淀。

2.2 铁盐法

铁盐是常用除磷药剂，磷酸根对Fe3+的水解作用影响尤为突出，主要表现为它可取代与铁离子结合的部分羟基，形成络合物，改变Fe3+的水解过程。有关学者通过红外光谱发现氢氧化铁凝胶和各种铁氧化物都可吸附大量的磷酸根，还发现有双核络合物存在，并推断PO43-置换了相邻的两个OH-，在两个Fe3+之间形成了桥。因此，该溶液可能有难溶的络合物产生，且产物表面具有很强的吸附力，可以吸附去除更多的磷。

2.3 石灰法

因成本较低，而且容易操作，所以使用较为普遍。通过实验发现，因碳酸根和磷酸根会与钙离子存在竞争作用，会影响羟基磷酸钙的形成，在pH值为8时，影响最为严重。PH值为10时，可能有一个协同效应：碳酸盐、磷酸盐沉淀同时产生，从而减少了溶液中磷酸盐的浓度。石灰长时间使用会在反应器壁、管壁产生水垢，堵塞管路，而且石灰粉末会到处飘扬，操作环境不是很乐观。

2.4镁盐法

在污水中加入镁盐，可于污水中磷酸根和氨氮发生反应，生成磷酸铵镁沉淀。磷酸铵镁沉淀的形成分为成核阶段和生长阶段。在成核阶段，主要是晶胚的形成；在生长阶段，晶体离子的组合物继续结合到晶胚上，晶胚体积不断增大，最终达到平衡。国外专家就pH值对磷酸铵镁沉淀的影响进行了研究，发现pH值为中性时，无磷酸铵镁沉淀生成；PH值为7.6时，产生极少量的结晶析出物；在PH值为8.4时，溶液中90%的镁离子析出，但只有86%的磷酸根被去除。当PH值为9.5时，溶液中95%的磷酸根被去除。

2.5化学沉淀法的特点

化学沉淀法除磷见效快，易操作，产物稳定，不存在二次污染，当进水浓度波动大时，仍有较好的除磷效果。出水总磷浓度降低越多，所需药剂的用量越大。化学药剂的投加量需通过小试确定。化学药剂与水中物质产生的沉淀物，会增加污水厂的污泥产生量，这将导致污水处理成本的增加。

3、生物除磷的原理

3.1聚磷菌除磷

在厌氧/好氧条件下培养出的聚磷微生物，在经过厌氧段的释磷后，能够在好氧段超其生理需要的吸收磷，并将其以聚合磷的形式储存在体内，形成聚磷污泥，最终通过污泥的排放达到从污水中除磷的目的，其除磷过程的具体表述为如下几个部分：

厌氧释磷：在厌氧段，有机物通过微生物的发酵作用产生挥发性脂肪酸（VFAs），聚磷菌（PAO）通过分解体内的聚磷和糖原产生能量，将VFAs摄入细胞，转化为内贮物（PHB）。其所需的能量来自聚磷酸盐的水解，并将磷以正磷酸盐的形式释放到污水中。

好氧吸磷：在好氧段，以PHB形式贮存的的碳源物质氧化，同时释放的能量被聚磷微生物利用从污水中吸收过量的正磷酸盐，以合成新的细胞，形成富磷污泥。最终通过污泥的排放达到从污水中除磷的目的。

3.2反硝化除磷

1993年荷兰代尔夫特大学的库巴在实验中发現：在厌氧/缺氧交替运行条件下，易富集一类既有反硝化作用又有除磷作用的厌氧微生物。微生物可以利用O2或NO3-作为电子受体，它与传统A/O法中的聚磷菌相似。后来，人们对反硝化除磷理论的研究越来越多。反硝化除磷菌（DPB）可以把氧气、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮作为电子受体，从而减少需氧量，节省了曝气成本。同时，反硝化除磷菌（DPB）以体内的有机物PHA作为电子供体，从而在很大程度上减少了所需的碳源。由此可见，反硝化除磷是一种经济高效的生物处理技术。

3.3生物除磷的特点

实践表明，磷的去除率约为BOD去除率的4%左右， MLSS中平均磷含量为5%。影响厌氧/好氧除磷工艺的主要因素有：有机物及其可生物降解性、PH值、DO浓度、厌氧区硝态氮浓度、泥龄、温度等。这些因素往往使生物除磷过程不稳定，一般仅用于生物除磷工艺很难满足出水含磷量低于0.5mg/L的要求。反硝化除磷工艺流程较复杂，运行管理不方便，还待进一步研究。

4、除磷技术的发展方向

综上所述，目前污水处理厂的目标不仅要去除悬浮物和化学需氧量，还要脱氮除磷。但因生物脱氮和生物除磷，存在泥龄等方面的矛盾，两者不能达到最佳效果。一般情况下，生物脱氮较为经济，而且无二次污染，而除磷工艺可以利用生物除磷，也可以用化学除磷。因此，为了保证优先有效去除氮磷的前提下，再通过化学除磷，使出水的TN和TP同时满足要求。为了保证污水处理厂出水总磷指标，稳定达标排放。生物除磷和化学除磷联合应用是今后的主要发展方向。

参考文献：

[1].周本省.工业水处理技术第二版[M].北京：化学工业出版社，2002，5：

[2].冯敏.现代水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2006：121-149.

[3].蒋展鹏.环境工程学（第三版）.北京：高等教育出版社，2013，3：