淺析廢水除磷工藝

文_楊徐烽

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隨著人類社會的發(fā)展，對磷的大量開采利用加速了磷的釋放過程，大量的磷通過各種途徑和方式進(jìn)入到人的生活、生產(chǎn)的方方面面，并最終參與到生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。其中不乏大量由于缺乏科學(xué)合理的處理而進(jìn)入地表水體，從而導(dǎo)致水體中含磷量上升，進(jìn)而引發(fā)一些環(huán)境負(fù)面影響。

1 磷污染來源

含磷廢水按照其來源可以分為農(nóng)牧業(yè)廢水、生活廢水、工業(yè)廢水。其中農(nóng)牧業(yè)廢水主要涉及到農(nóng)作物種植施肥，家畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖。生活廢水主要涉及為人類生活中的排泄物、食物以及洗滌排磷。工業(yè)廢水主要為食品加工、化肥生產(chǎn)、制藥、金屬加工等在生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的各種含磷廢水。

2 含磷廢水的性質(zhì)及危害

廢水中磷通常以正磷酸鹽、次磷酸鹽以及有機磷等多種形式混合存在，由于其產(chǎn)生來源復(fù)雜，不同行業(yè)不同來源的廢水包含污染物種類不同，磷的形式及含量也會有較大的差別。常見的含磷廢水往往包含有機物、重金屬鹽等多種污染物。

水體中適當(dāng)濃度的磷對水生生物生長有促進(jìn)作用，但一旦超過一定濃度導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化便會引起藻類等大量繁殖，從而形成“水華”現(xiàn)象，藻類死亡后，又有大量微生物分解尸體降低水中溶氧導(dǎo)致水生生物死亡，最終加速水體水質(zhì)變壞。

3 含磷廢水的處理工藝

含磷廢水的處理方法較多，國內(nèi)外對含磷廢水的處理研究，按照處理介質(zhì)主要可以分為生物法和化學(xué)物理法兩種。

3.1 生物法除磷

生物法除磷的原理是基于活性污泥中的聚磷菌能夠超量吸收其正常生長所需要的磷量這一特性。主要實現(xiàn)方式分為兩種：在好氧條件下，聚磷菌吸收廢水中的磷酸鹽，轉(zhuǎn)化為聚磷酸鹽；在厭氧條件下，通過反硝化聚磷菌在反硝化過程中吸收環(huán)境中的磷，轉(zhuǎn)化成聚磷酸鹽，最終排放富磷污泥實現(xiàn)除磷。

利用生物法除磷的研究已有幾十年，已形成一系列成熟的工藝，如AO、A2O、SBR等。其在處理低濃度含磷廢水上經(jīng)濟可行，且往往同時具備脫出有機物和氮的效果，但工藝流程復(fù)雜，穩(wěn)定性差，不能直接處理高濃度含磷廢水或者是成分相對復(fù)雜的化工廢水，往往需要輔助化學(xué)物理法除磷。

3.2 化學(xué)物理法除磷

化學(xué)物理法除磷的原理是利用磷的化學(xué)物理特性，采用某種特定介質(zhì)將其從廢水中分離出來。由于其在應(yīng)用過程中兼具簡便易行、效果穩(wěn)定和處理成本高的特點，成為眾多研究的主要方向。按照具體的介質(zhì)和方式可以細(xì)分為，化學(xué)混凝沉淀法、吸附法、結(jié)晶法、微電解法、膜分離法等。

3.2.1 化學(xué)混凝沉淀法

化學(xué)混凝沉淀法通常是往廢水中投加鈣鹽、鐵鹽、鋁鹽等沉淀劑，一方面沉淀劑能與水中正磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)形成難溶于水的磷酸鹽沉淀；另一方面形成的鐵鋁等氫氧化物具有橋接吸附作用，可同時將磷的化合物沉淀吸附到污泥中，最終通過各種泥水分離手段將磷以固態(tài)泥的形式從水中出去。

主要反應(yīng)過程：

由于廢水中同時存在有機磷、正磷和次磷，因此化學(xué)混凝沉淀法除磷往往需要搭配一些輔助氧化除磷手段，如雙氧水氧化、芬頓氧化，電化學(xué)催化氧化等方式，將其中的有機磷次磷轉(zhuǎn)化，從而改善除磷效果。

3.2.2 吸附法

吸附法除磷是利用一些孔隙率高、比表面積大的特種材料來除磷，其對磷及其化合物具有一定的吸附能力和吸附容量。石巖等利用人造沸石吸附除磷得出在30mg/L的磷質(zhì)量濃度下沸石飽和吸附量為118mg/kg；磷質(zhì)量濃度小于30mg/L，沸石的吸附量隨磷質(zhì)量濃度的增加而增加；沸石吸附磷的最佳吸附時間為120min、溫度為25～45℃、pH值為8～9。溫丙奎、王遠(yuǎn)等就利用粉煤灰處理含磷廢水，孫力等利用改性爐渣低濃度含磷廢水的去除率可達(dá)96.59%，石穩(wěn)民等用鑭負(fù)載多孔陶粒在pH值4～10的范圍內(nèi)對磷酸鹽的去除率穩(wěn)定在99%以上。此外還有大量的如硅藻土、蛭石、凹凸棒土等黏土礦物及其改性物被用于到除磷中來。

3.2.3 結(jié)晶法

結(jié)晶法目前主要是通過投加適當(dāng)量的氨或鎂化合物，將廢水中的磷以磷酸氨鎂（MAP）晶體的形式結(jié)晶析出。結(jié)晶分離所得的MAP，俗稱鳥糞石，是一種高肥效的的優(yōu)良農(nóng)業(yè)緩釋肥，是一種資源綜合利用的除磷方式。有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)n(N)：n(Mg)：n(P)=5.5：2：1，溶液初始pH值9.5，攪拌速度150r/min，攪拌時間10min，沉淀時間15min 的條件下，磷的初始濃度為100mg/L時，磷的去除率可達(dá)99%以上。朱四琛等研究發(fā)現(xiàn)采用絮凝劑聯(lián)合MAP法，能夠更有效提升去除率并促進(jìn)固液分離。

3.2.4 微電解法

微電解法是基于原電池反應(yīng)的一項污水除磷技術(shù)，主要利用鐵碳等物質(zhì)在水中形成微原電池。一方面，由于電氧化導(dǎo)致鐵元素在水中形成鐵膠體，容易吸附磷；另一方面，通過電子遷移和電場作用，使得水中分散的電解膠體聚集，從而實現(xiàn)除磷目的。

3.2.5 膜分離法

膜分離法是利用膜的孔徑大小和靜電作用，使得不同離子可通過膜進(jìn)行選擇透過性能不同，在外力作用下，使廢水中的磷與溶劑分離的技術(shù)。膜技術(shù)除磷的運行往往受限于分離膜的特性和廢水的特性，因此通常適用于特定的有價值的磷回收。王強等通過采用納濾膜對含磷廢水的分離研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH值為5，3Mpa壓力的操作條件下，可實現(xiàn)總磷截留率為91.7%。

4 主要除磷方法比較

除磷方法各有優(yōu)劣，在實際除磷應(yīng)用中，為了達(dá)到最優(yōu)的除磷效果，往往需要結(jié)合水質(zhì)和工藝優(yōu)缺點，采用多種工藝聯(lián)用，詳見表1。

表1 主要除磷方法的優(yōu)劣勢和應(yīng)用情況

5 結(jié)語

科學(xué)有效去除各類廢水中的磷是解決水體磷污染的關(guān)鍵。在實際應(yīng)用中，首先需要解決磷污染源的問題，降低磷的使用，尋求磷的優(yōu)化替代物，減少磷的排放；其次建設(shè)良好有序的磷污染收集渠道，處理好不同類型含磷廢水的分類收集問題；第三，針對不同類型的含磷廢水選擇針對性強的方法，將多種工藝有機結(jié)合才是除磷的理想選擇。同時，我們還需要有針對性地開展研究，優(yōu)化現(xiàn)有工藝，創(chuàng)新工藝，實現(xiàn)從廢物處置到廢物再利用的轉(zhuǎn)變。