工业废水治理中的除磷技术研究

李 倩

（中电环保工程有限公司，江苏 南京 211100）

磷是工业生产中常见的元素之一，在工业生产中发挥着不可替代的作用。但水中磷元素的含量超标会引起水体中藻类、微生物等大量繁殖，发生“水华”、“赤潮”等现象，导致水质恶化，最终会引起水体中的生物非正常死亡。由于工业生产环节众多、工艺复杂，磷的存在形式各不相同，常见的磷污染一般包括有机磷酸盐、无机磷酸盐及重金属杂质等。近年来，污水除磷工艺已成为工业污水处理的重要课题之一[1-2]。

1 工艺介绍

1.1 工艺原理

在工业废水中，磷以不同价态磷酸盐的形式共同存在。其中包括正磷酸盐、缩合磷酸盐、偏磷酸盐及多磷酸盐等。在除磷实践中，需要先对废水中磷的存在形式进行样品分析，再通过样品分析结果选择适用的除磷工艺。目前，工业污水除磷工艺中最常用的手段是化学除磷法和生物除磷法，两种工艺均是将可溶性磷通过化学或生物方法使之溶解度降低、沉降，再用过滤吸附等手段将不溶性磷除去。

1.2 化学除磷法

1.2.1 化学除磷法的原理及药剂的选择

从原理看，化学除磷主要采用化学沉淀法，通过对磷元素价态及存在形式的转化，将其变为不溶性磷酸盐。具体而言，要求在pH值满足要求的条件下，使磷在化学沉淀剂作用下沉淀析出含磷化合物。传统的化学沉淀剂主要包括铁盐、铝盐、石灰等。其中，铁盐以硫酸亚铁、硫酸铁、氧化亚铁、氯化铁为主。铝盐通常选择硫酸铝、氯化铝。由于传统化学沉淀剂除磷后的废水含磷浓度较高、磷利用率低，会对环境产生二次污染。而且，化学沉淀析出过程中会发生化学絮凝作用，生成一定的颗粒状、非溶解性物质（絮凝体）。因此，在现代处理工艺中，通常会设置沉淀池设备提高除磷效果。

1.2.2 混合单元

以高效沉淀池为例，由混合单元、反应区、沉淀浓缩区、斜管分离区共同构成。在快速混合池内，采用立式搅拌机将投加的絮凝剂与化学沉淀析出生成的絮凝体混合液实现快速混合。本次研究中使用的絮凝剂为聚合氯化铝（PAC）。

1.2.3 反应区

反应池包括两个反应区：一个叫高速混凝混合区，另外一个叫缓速混凝拌和反应区。高速混凝混合区是将已经完成预混凝阶段的原污水导入到反应池池底的立式叶轮稳流用的圆形筒中。该叶轮能够保持反应池内的污水流混合均匀，并为污水絮凝和结合提供能量。在该反应区内加入一定浓度的促凝剂，并用搅拌机混合均匀，再结合污泥循环达到污水中最佳的固体含量值。助凝剂的选择根据水质特性而定，多采用PAM。缓速混凝拌和反应区主要是用来产生扫粒状絮凝物，以便使絮状物的体积变大，达到进入沉淀区内快速沉降的要求。所以，整个反应池可产生较多高密度、均质的絮凝物，以达到最初的设计目标。沉淀区相较其他系统的反应效率要高上数倍，以便产生大量的高密度矾花。

1.2.4 沉淀浓缩区

浓缩区由两层组成：一层在排泥斗上方，一层在其下方。上层为泥垢再循环浓缩。污垢一般在这层停留3～4个小时，然后进入到排泥区内。泥垢浓缩区装有超声位泥位调控设备，用来把控污泥泵的运转，确保浓缩泥垢层在所能控制的区域内，并保证浓缩池的正常运转。

1.2.5 斜管分离区

将剩余的矾花泥垢牵引到沉淀区，采用固定在澄清水回收槽下方的横板进行澄清水除杂。再将澄清水回收，絮凝物聚集在澄清池的底部，形成的泥垢也在该区域富集。再通过刮泥设备将污泥收集运送到污泥浓缩区的泥斗内。

1.3 生物除磷法

根据除磷的微生物种类可将生物除磷法分为两种：以聚磷菌的生长繁殖除磷为主的为一类；以反硝化聚磷菌生长繁殖除磷为主的为另一类。以聚磷菌为主的除磷工艺，主要是通过聚磷菌在无氧环境下，通过吸收污水中溶解的碳源、氮源合成β-羟基丁酸（PHB）等，此过程会释放少量磷元素；但在有氧条件下，利用细胞体内PHB的分解获得能量，获取富集废水中的磷酸盐，再经过体内复杂的生物代谢使磷酸盐转化为聚磷酸盐，最后通过聚磷菌排泄富磷泥垢从而达到除磷效果。以反硝化聚磷菌为主的除磷过程是厌氧阶段与聚磷菌在厌氧阶段过程中的代谢磷方式一致，都是使污水中的磷元素浓度少量增加；但反硝化聚磷菌从PHB分解过程中产生的能量一方面为聚磷菌后续的指数级增长提供能量，另一方面剩余的能量为其主动富集污水中的磷供能，主动吸收的磷大量合成聚磷，通过菌群代谢除去富磷泥垢。

2 除磷工艺技术应用效果分析

2.1 以化学除磷工艺技术为例

以内蒙古某污水圈处理工程为例，经过对污水池中污水的pH值、含盐量、氟化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、化学需氧量、氨氮、铁、锰、锌、铜、铅、镉、汞、砷、六价铬、硫化物等18项指标的监测结果，参照《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（观赏性景观环境用水湖泊类水质指标要求）（GB/ T 18921-2002），废水中的pH值、BOD5、总磷指标轻度超标。处理工艺如下：

首先，取原水直接显色测磷含量（正磷酸盐）为1.89 mg/ L，取500 mL原水样5份，分别加入（2号）10、（3号）20、（4号）30、（5号）50 mL次氯酸钠和（1号）20 mL双氧水，反应30 min，沉淀30 min。其次，回调pH值至7.5左右，沉淀物大部分溶解，选取5号样投加1 g浓度为2 g/L的氢氧化钙，测定上清溶液的磷浓度（正磷酸盐）为0.7 mg/L，去除率为84.46%。加入氧化剂后pH值及正磷酸盐的浓度变化见表1。

表1 加入氧化剂后pH值及正磷酸盐的浓度变化

通过实验证明，水中大部分磷是以非正磷酸盐形态存在的，原水总磷为8.44 mg/L，其中正磷酸盐为1.45 mg/L，经氧化剂氧化后正磷酸盐含量上升到4.56 mg/L，投加2 g/L的石灰后，正磷酸盐降到0.7 mg/L，去除率达到84.46%。

2.2 以百乐克(（BIOLAK）工艺技术为例

在本次工程完成化学除磷后，增加了百乐克（BIOLAK）+生态组合工艺去除有机物及不达标的总磷，出水总磷含量检测结果低于0.5，达到了出水指标要求。在应用百乐克工艺时，需要先建立综合生物池。该设备由一系列池子构成。首先设置厌氧除磷区。该区域以生物选择器为准，旨在预防污泥膨胀、保障磷的释放；其次设置浮链式好氧曝气区。该区域以鼓风机微孔小气泡水下曝气方式为准，采用间隔钢链固定送气管道。支送气管设伸入水中，支送气管下端头安装悬垂于水中的曝气头；第三设置二沉池。该区域旨在实现污泥回流处理。主要设置了回流污泥泵与剩余污泥排泥泵。可以使每条污水处理线中抽出的浓污泥排到澄清池两条长边池沿上的混凝土污泥渠中，再反流至厌氧除磷区。

2.3 不同除磷工艺的优缺点

通过以上对这几种除磷工艺的比较得知，只有采用化学除磷工艺和BIOLAK生物处理工艺处理污水圈的污水，才能达到景观用水的指标。其中，化学除磷法是将偏磷酸盐通过一系列氧化还原反应转化为正磷酸盐后沉降。

3 除磷工艺的改进建议

我们在选择除磷工艺时，应该结合废水溶液的溶质组成情况，选择恰当的除磷方法。每种方法的应用场景略有不同，应根据实际应用中污水的实际情况来确定。同时，采用多工艺组合处理，效果更好。生物除磷是目前较为常用的除磷方法，但处理后的磷含量一般不能降到较低水平而满足出水的要求。因此，我们将化学除磷法与生物除磷法结合使用，以达到出水要求。

4 结论

通过多种工艺降低污染水体中的磷含量是解决工业废水磷污染的关键。就目前治理废水中磷污染的现状看，首先需要解决的是磷污染的源头问题，减少磷元素的使用，寻求其他可替代化合物，从而减少磷源头排放。其次组建完善的磷酸盐回收渠道，根据磷酸的种类进行分类收集。第三，针对不同种类的含磷废水选择合适的除磷工艺，可以将多种除磷工艺配合使用，以满足出水标准。