淺談污水除磷技術

何家好

【摘要】水體富營養化的主要因素是氮、磷的累積，減少氮、磷進入水體是預防富營養化的主要手段。文章闡述了應用最多的化學除磷法和生物除磷法，分析各種方法的優缺點，并指出生物除磷和化學除磷聯合應用是今后的主要發展方向。

【關鍵詞】除磷；生物；化學；聯合

人類在生產和生活中，會產生大量含磷污水，如不經處理直接進入水體，會使水中的藻類及浮游生物大量生長，溶解氧含量降低，魚類大量死亡，水質惡化，從而影響人類的正常生活。我國主要湖泊因磷污染而引起富營養化的占統計總數的60 %以上。所以降低污水中磷的含量具有重要意義。目前，污水處理除磷方法用的最多的是化學法、生物法。

1、 除磷的原理

污水中磷酸鹽的去除主要是通過將水中的磷酸鹽轉化成固體顆粒。這些固體顆粒可以是不溶于水的磷酸鹽沉淀；可以是活性污泥中的微生物組分。污水除磷方法很多，用的最多是化學法和生物法。

2 、化學法的原理和應用

化學沉淀法是最常用的除磷工藝，化學除磷是在污水中添加無機金屬鹽與溶解性磷酸鹽反應，生成不溶于水的磷酸鹽沉淀物，再通過固液分離得以去除。化學除磷藥劑主要是鋁鹽、鐵鹽、石灰、鎂鹽。

2.1 鋁鹽法

鋁鹽和磷的理論反應摩爾比為1：1，但在實際應用中，由于鋁鹽存在其它一系列反應，其理論值很難達到。鋁鹽與磷酸鹽反應產物為Al（OH）3和AlPO4混合物。因磷酸鹽沉淀中藥劑的水解產物可以和磷酸鹽發生化學吸附和絡合反應生成絡合物沉淀，在一定條件下，磷酸鹽沉淀可能是化學絡合起主要作用，而不是占主導地位的電荷中和。有關學者研究后，指出了正磷酸鹽的去除主要通過羥基磷酸鋁沉淀作用，而非硫酸鋁沉淀。

2.2 鐵鹽法

鐵鹽是常用除磷藥劑，磷酸根對Fe3+的水解作用影響尤為突出，主要表現為它可取代與鐵離子結合的部分羥基，形成絡合物，改變Fe3+的水解過程。有關學者通過紅外光譜發現氫氧化鐵凝膠和各種鐵氧化物都可吸附大量的磷酸根，還發現有雙核絡合物存在，并推斷PO43-置換了相鄰的兩個OH-，在兩個Fe3+之間形成了橋。因此，該溶液可能有難溶的絡合物產生，且產物表面具有很強的吸附力，可以吸附去除更多的磷。

2.3 石灰法

因成本較低，而且容易操作，所以使用較為普遍。通過實驗發現，因碳酸根和磷酸根會與鈣離子存在競爭作用，會影響羥基磷酸鈣的形成，在pH值為8時，影響最為嚴重。PH值為10時，可能有一個協同效應：碳酸鹽、磷酸鹽沉淀同時產生，從而減少了溶液中磷酸鹽的濃度。石灰長時間使用會在反應器壁、管壁產生水垢，堵塞管路，而且石灰粉末會到處飄揚，操作環境不是很樂觀。

2.4鎂鹽法

在污水中加入鎂鹽，可于污水中磷酸根和氨氮發生反應，生成磷酸銨鎂沉淀。磷酸銨鎂沉淀的形成分為成核階段和生長階段。在成核階段，主要是晶胚的形成；在生長階段，晶體離子的組合物繼續結合到晶胚上，晶胚體積不斷增大，最終達到平衡。國外專家就pH值對磷酸銨鎂沉淀的影響進行了研究，發現pH值為中性時，無磷酸銨鎂沉淀生成；PH值為7.6時，產生極少量的結晶析出物；在PH值為8.4時，溶液中90%的鎂離子析出，但只有86%的磷酸根被去除。當PH值為9.5時，溶液中95%的磷酸根被去除。

2.5化學沉淀法的特點

化學沉淀法除磷見效快，易操作，產物穩定，不存在二次污染，當進水濃度波動大時，仍有較好的除磷效果。出水總磷濃度降低越多，所需藥劑的用量越大。化學藥劑的投加量需通過小試確定。化學藥劑與水中物質產生的沉淀物，會增加污水廠的污泥產生量，這將導致污水處理成本的增加。

3、生物除磷的原理

3.1聚磷菌除磷

在厭氧/好氧條件下培養出的聚磷微生物，在經過厭氧段的釋磷后，能夠在好氧段超其生理需要的吸收磷，并將其以聚合磷的形式儲存在體內，形成聚磷污泥，最終通過污泥的排放達到從污水中除磷的目的，其除磷過程的具體表述為如下幾個部分：

厭氧釋磷：在厭氧段，有機物通過微生物的發酵作用產生揮發性脂肪酸（VFAs），聚磷菌（PAO）通過分解體內的聚磷和糖原產生能量，將VFAs攝入細胞，轉化為內貯物（PHB）。其所需的能量來自聚磷酸鹽的水解，并將磷以正磷酸鹽的形式釋放到污水中。

好氧吸磷：在好氧段，以PHB形式貯存的的碳源物質氧化，同時釋放的能量被聚磷微生物利用從污水中吸收過量的正磷酸鹽，以合成新的細胞，形成富磷污泥。最終通過污泥的排放達到從污水中除磷的目的。

3.2反硝化除磷

1993年荷蘭代爾夫特大學的庫巴在實驗中發現：在厭氧/缺氧交替運行條件下，易富集一類既有反硝化作用又有除磷作用的厭氧微生物。微生物可以利用O2或NO3-作為電子受體，它與傳統A/O法中的聚磷菌相似。后來，人們對反硝化除磷理論的研究越來越多。反硝化除磷菌（DPB）可以把氧氣、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮作為電子受體，從而減少需氧量，節省了曝氣成本。同時，反硝化除磷菌（DPB）以體內的有機物PHA作為電子供體，從而在很大程度上減少了所需的碳源。由此可見，反硝化除磷是一種經濟高效的生物處理技術。

3.3生物除磷的特點

實踐表明，磷的去除率約為BOD去除率的4%左右， MLSS中平均磷含量為5%。影響厭氧/好氧除磷工藝的主要因素有：有機物及其可生物降解性、PH值、DO濃度、厭氧區硝態氮濃度、泥齡、溫度等。這些因素往往使生物除磷過程不穩定，一般僅用于生物除磷工藝很難滿足出水含磷量低于0.5mg/L的要求。反硝化除磷工藝流程較復雜，運行管理不方便，還待進一步研究。

4、除磷技術的發展方向

綜上所述，目前污水處理廠的目標不僅要去除懸浮物和化學需氧量，還要脫氮除磷。但因生物脫氮和生物除磷，存在泥齡等方面的矛盾，兩者不能達到最佳效果。一般情況下，生物脫氮較為經濟，而且無二次污染，而除磷工藝可以利用生物除磷，也可以用化學除磷。因此，為了保證優先有效去除氮磷的前提下，再通過化學除磷，使出水的TN和TP同時滿足要求。為了保證污水處理廠出水總磷指標，穩定達標排放。生物除磷和化學除磷聯合應用是今后的主要發展方向。

參考文獻：

[1].周本省.工業水處理技術第二版[M].北京：化學工業出版社，2002，5：

[2].馮敏.現代水處理技術[M].北京：化學工業出版社，2006：121-149.

[3].蔣展鵬.環境工程學（第三版）.北京：高等教育出版社，2013，3：