工業廢水治理中的除磷技術研究

李 倩

（中電環保工程有限公司，江蘇 南京 211100）

磷是工業生產中常見的元素之一，在工業生產中發揮著不可替代的作用。但水中磷元素的含量超標會引起水體中藻類、微生物等大量繁殖，發生“水華”、“赤潮”等現象，導致水質惡化，最終會引起水體中的生物非正常死亡。由于工業生產環節眾多、工藝復雜，磷的存在形式各不相同，常見的磷污染一般包括有機磷酸鹽、無機磷酸鹽及重金屬雜質等。近年來，污水除磷工藝已成為工業污水處理的重要課題之一[1-2]。

1 工藝介紹

1.1 工藝原理

在工業廢水中，磷以不同價態磷酸鹽的形式共同存在。其中包括正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、偏磷酸鹽及多磷酸鹽等。在除磷實踐中，需要先對廢水中磷的存在形式進行樣品分析，再通過樣品分析結果選擇適用的除磷工藝。目前，工業污水除磷工藝中最常用的手段是化學除磷法和生物除磷法，兩種工藝均是將可溶性磷通過化學或生物方法使之溶解度降低、沉降，再用過濾吸附等手段將不溶性磷除去。

1.2 化學除磷法

1.2.1 化學除磷法的原理及藥劑的選擇

從原理看，化學除磷主要采用化學沉淀法，通過對磷元素價態及存在形式的轉化，將其變為不溶性磷酸鹽。具體而言，要求在pH值滿足要求的條件下，使磷在化學沉淀劑作用下沉淀析出含磷化合物。傳統的化學沉淀劑主要包括鐵鹽、鋁鹽、石灰等。其中，鐵鹽以硫酸亞鐵、硫酸鐵、氧化亞鐵、氯化鐵為主。鋁鹽通常選擇硫酸鋁、氯化鋁。由于傳統化學沉淀劑除磷后的廢水含磷濃度較高、磷利用率低，會對環境產生二次污染。而且，化學沉淀析出過程中會發生化學絮凝作用，生成一定的顆粒狀、非溶解性物質（絮凝體）。因此，在現代處理工藝中，通常會設置沉淀池設備提高除磷效果。

1.2.2 混合單元

以高效沉淀池為例，由混合單元、反應區、沉淀濃縮區、斜管分離區共同構成。在快速混合池內，采用立式攪拌機將投加的絮凝劑與化學沉淀析出生成的絮凝體混合液實現快速混合。本次研究中使用的絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC）。

1.2.3 反應區

反應池包括兩個反應區：一個叫高速混凝混合區，另外一個叫緩速混凝拌和反應區。高速混凝混合區是將已經完成預混凝階段的原污水導入到反應池池底的立式葉輪穩流用的圓形筒中。該葉輪能夠保持反應池內的污水流混合均勻，并為污水絮凝和結合提供能量。在該反應區內加入一定濃度的促凝劑，并用攪拌機混合均勻，再結合污泥循環達到污水中最佳的固體含量值。助凝劑的選擇根據水質特性而定，多采用PAM。緩速混凝拌和反應區主要是用來產生掃粒狀絮凝物，以便使絮狀物的體積變大，達到進入沉淀區內快速沉降的要求。所以，整個反應池可產生較多高密度、均質的絮凝物，以達到最初的設計目標。沉淀區相較其他系統的反應效率要高上數倍，以便產生大量的高密度礬花。

1.2.4 沉淀濃縮區

濃縮區由兩層組成：一層在排泥斗上方，一層在其下方。上層為泥垢再循環濃縮。污垢一般在這層停留3～4個小時，然后進入到排泥區內。泥垢濃縮區裝有超聲位泥位調控設備，用來把控污泥泵的運轉，確保濃縮泥垢層在所能控制的區域內，并保證濃縮池的正常運轉。

1.2.5 斜管分離區

將剩余的礬花泥垢牽引到沉淀區，采用固定在澄清水回收槽下方的橫板進行澄清水除雜。再將澄清水回收，絮凝物聚集在澄清池的底部，形成的泥垢也在該區域富集。再通過刮泥設備將污泥收集運送到污泥濃縮區的泥斗內。

1.3 生物除磷法

根據除磷的微生物種類可將生物除磷法分為兩種：以聚磷菌的生長繁殖除磷為主的為一類；以反硝化聚磷菌生長繁殖除磷為主的為另一類。以聚磷菌為主的除磷工藝，主要是通過聚磷菌在無氧環境下，通過吸收污水中溶解的碳源、氮源合成β-羥基丁酸（PHB）等，此過程會釋放少量磷元素；但在有氧條件下，利用細胞體內PHB的分解獲得能量，獲取富集廢水中的磷酸鹽，再經過體內復雜的生物代謝使磷酸鹽轉化為聚磷酸鹽，最后通過聚磷菌排泄富磷泥垢從而達到除磷效果。以反硝化聚磷菌為主的除磷過程是厭氧階段與聚磷菌在厭氧階段過程中的代謝磷方式一致，都是使污水中的磷元素濃度少量增加；但反硝化聚磷菌從PHB分解過程中產生的能量一方面為聚磷菌后續的指數級增長提供能量，另一方面剩余的能量為其主動富集污水中的磷供能，主動吸收的磷大量合成聚磷，通過菌群代謝除去富磷泥垢。

2 除磷工藝技術應用效果分析

2.1 以化學除磷工藝技術為例

以內蒙古某污水圈處理工程為例，經過對污水池中污水的pH值、含鹽量、氟化物、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽氮、化學需氧量、氨氮、鐵、錳、鋅、銅、鉛、鎘、汞、砷、六價鉻、硫化物等18項指標的監測結果，參照《城市污水再生利用景觀環境用水水質標準》（觀賞性景觀環境用水湖泊類水質指標要求）（GB/ T 18921-2002），廢水中的pH值、BOD5、總磷指標輕度超標。處理工藝如下：

首先，取原水直接顯色測磷含量（正磷酸鹽）為1.89 mg/ L，取500 mL原水樣5份，分別加入（2號）10、（3號）20、（4號）30、（5號）50 mL次氯酸鈉和（1號）20 mL雙氧水，反應30 min，沉淀30 min。其次，回調pH值至7.5左右，沉淀物大部分溶解，選取5號樣投加1 g濃度為2 g/L的氫氧化鈣，測定上清溶液的磷濃度（正磷酸鹽）為0.7 mg/L，去除率為84.46%。加入氧化劑后pH值及正磷酸鹽的濃度變化見表1。

表1 加入氧化劑后pH值及正磷酸鹽的濃度變化

通過實驗證明，水中大部分磷是以非正磷酸鹽形態存在的，原水總磷為8.44 mg/L，其中正磷酸鹽為1.45 mg/L，經氧化劑氧化后正磷酸鹽含量上升到4.56 mg/L，投加2 g/L的石灰后，正磷酸鹽降到0.7 mg/L，去除率達到84.46%。

2.2 以百樂克(（BIOLAK）工藝技術為例

在本次工程完成化學除磷后，增加了百樂克（BIOLAK）+生態組合工藝去除有機物及不達標的總磷，出水總磷含量檢測結果低于0.5，達到了出水指標要求。在應用百樂克工藝時，需要先建立綜合生物池。該設備由一系列池子構成。首先設置厭氧除磷區。該區域以生物選擇器為準，旨在預防污泥膨脹、保障磷的釋放；其次設置浮鏈式好氧曝氣區。該區域以鼓風機微孔小氣泡水下曝氣方式為準，采用間隔鋼鏈固定送氣管道。支送氣管設伸入水中，支送氣管下端頭安裝懸垂于水中的曝氣頭；第三設置二沉池。該區域旨在實現污泥回流處理。主要設置了回流污泥泵與剩余污泥排泥泵。可以使每條污水處理線中抽出的濃污泥排到澄清池兩條長邊池沿上的混凝土污泥渠中，再反流至厭氧除磷區。

2.3 不同除磷工藝的優缺點

通過以上對這幾種除磷工藝的比較得知，只有采用化學除磷工藝和BIOLAK生物處理工藝處理污水圈的污水，才能達到景觀用水的指標。其中，化學除磷法是將偏磷酸鹽通過一系列氧化還原反應轉化為正磷酸鹽后沉降。

3 除磷工藝的改進建議

我們在選擇除磷工藝時，應該結合廢水溶液的溶質組成情況，選擇恰當的除磷方法。每種方法的應用場景略有不同，應根據實際應用中污水的實際情況來確定。同時，采用多工藝組合處理，效果更好。生物除磷是目前較為常用的除磷方法，但處理后的磷含量一般不能降到較低水平而滿足出水的要求。因此，我們將化學除磷法與生物除磷法結合使用，以達到出水要求。

4 結論

通過多種工藝降低污染水體中的磷含量是解決工業廢水磷污染的關鍵。就目前治理廢水中磷污染的現狀看，首先需要解決的是磷污染的源頭問題，減少磷元素的使用，尋求其他可替代化合物，從而減少磷源頭排放。其次組建完善的磷酸鹽回收渠道，根據磷酸的種類進行分類收集。第三，針對不同種類的含磷廢水選擇合適的除磷工藝，可以將多種除磷工藝配合使用，以滿足出水標準。