水體中的過量磷主要來源于肥料、農(nóng)業(yè)廢棄物和城市污水。有關(guān)資料說明,在過去的15年內(nèi)地表水的磷酸鹽含量增加了25倍,在美國進(jìn)入水體的磷酸鹽有60%是來自城市污水。在城市污水中磷酸鹽的主要來源是洗滌劑,它除了引起水體富營養(yǎng)化以外,還使許多水體產(chǎn)生大量泡沫。水體中過量的磷,一方面來自外來的工業(yè)廢水和生活污水;另一方面還有其內(nèi)源作用,即水體中的底泥在還原狀態(tài)下會(huì)釋放磷酸鹽,從而增加磷的含量,特別是在一些因硝酸鹽引起的富營養(yǎng)化的湖泊中,城市污水的排入使之更加復(fù)雜化,會(huì)使該系統(tǒng)迅速惡化,即使停止加入磷酸鹽,問題也不會(huì)解決。
這是因?yàn)槎嗄陙碓诘撞砍练e了大量的富含磷酸鹽的沉淀物,它由于不溶性的鐵鹽保護(hù)層作用通常是不會(huì)參與混合的。但是,當(dāng)?shù)讓铀趿康投幱谶€原狀態(tài)時(shí)(通常在夏季分層時(shí)出現(xiàn)),保護(hù)層消失,從而使磷酸鹽釋入水中所致。
磷在污水中存在的方式包括有機(jī)磷和無機(jī)磷。有機(jī)磷主要存在于各類微生物機(jī)體及動(dòng)物排泄物中,無機(jī)磷包括磷酸鹽、聚磷酸鹽等,主要以各類磷酸根離子存在。
除磷指去除污水中的磷。磷在污水中具有以固體形態(tài)和溶解形態(tài)互相循環(huán)轉(zhuǎn)化的性能,污水除磷就是以磷的這種性能為基礎(chǔ)而開發(fā)的。
目前主流的污水除磷技術(shù)有:使磷成為不溶性的固體沉淀物,從污水中分離出去的化學(xué)除磷法;使磷以溶解態(tài)為微生物所攝取,與微生物成為一體,并隨同微生物從污水中分離出去的生物除磷法。根據(jù)磷在廢水中不同的存在方式,應(yīng)采用不同的除磷技術(shù)。
化學(xué)沉淀法除磷
化學(xué)沉淀法是向污水中投加藥劑,使水中磷酸離子生成難溶性的鹽,形成絮凝體與水分離,從而去除污水中所含磷的一種物理化學(xué)方法。根據(jù)使用的藥劑可分為石灰沉淀法和金屬鹽沉淀法兩種。這兩種處理方法的比較如下表所示。
比較項(xiàng)目 | 石灰沉淀法 | 金屬鹽沉淀法 |
混凝劑的必要投加量 | 根據(jù)堿度,將PH值調(diào)至一定值所需混凝劑量 | 按與磷的物質(zhì)的量比 |
從沉淀物中再生混凝劑 | 可以 | 不可以 |
污泥產(chǎn)生量 | 多 | 少 |
污泥處理 處置 | 容易 | 困難 |
處理水中的溶解鹽 | 不增加 | 增加 |
適宜的PH值范圍 | >10 | 6~8 |
處理效率 | 高 | 一般 |
適用的處理規(guī)模 | 大 | 所有規(guī)模 |
其他 | 同時(shí)進(jìn)行氨的解吸是經(jīng)濟(jì)的,但會(huì)生成水垢 | 投加的藥劑對(duì)生物處理有利 |
結(jié)晶法除磷
結(jié)晶法除磷就是使溶液呈堿性并含有適量Ca2+的含磷廢水以一定流態(tài)通過填料結(jié)晶床。該填料結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)與羥基磷酸鈣相似,它破壞溶液中離子的亞穩(wěn)態(tài),形成羥基磷酸鈣在填料顆粒表面結(jié)晶,從而達(dá)到除磷目的。結(jié)晶床填料應(yīng)具有特定的吸附與其本身結(jié)構(gòu)類似成分的特性,而使水中的Ca2+、OH-、PO43。在填料顆粒表面富集,形成局部濃度增高,其離子積大于溶度積,從而產(chǎn)生結(jié)晶沉淀。
結(jié)晶法除磷具有處理效率好、污泥產(chǎn)量少、操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),通常應(yīng)用于深度處理城市生活污水廠的二級(jí)出水;可以和混凝法聯(lián)用處理高濃度工業(yè)含磷廢水;可以用于去除污泥消化池中具有較高磷濃度的上清液等。
污水生物除磷
1.基本原理
污水中磷的轉(zhuǎn)化過程主要是有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷的過程。有機(jī)磷結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但它們一般都帶有易斷裂的P≒O、P≒S雙鍵,偏聚磷酸鹽主要包括焦磷酸鹽 (Na4P2O7)、三聚磷酸鹽(Na5P3O10)等,在厭氧條件下,它們都可被生物酶水解,終生成無機(jī)磷酸鹽。在好氧條件下,大分子有機(jī)物被氧化生成CO2,隨之,存在于其中的有機(jī)磷也會(huì)被氧化為無機(jī)磷酸鹽。這樣,通過厭氧水解和好氧氧化,污水中的有機(jī)磷基本上已*轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷酸鹽,供微生物體合成自身細(xì)胞所用而被去除。
對(duì)于市政污水而言,有機(jī)磷一般在污水管網(wǎng)中已有部分轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷酸鹽,在污水處理廠的厭氧段,有機(jī)磷進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷。
2.生物除磷的基本過程
活性污泥法處理污水時(shí),將活性污泥交替在厭氧和好氧狀態(tài)下運(yùn)行,能使過量積聚磷酸鹽的積磷菌占優(yōu)勢生長,使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中積磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷,在好氧狀態(tài)下過量地?cái)z取磷。經(jīng)過排放富磷剩余污泥,其結(jié)果與普通活性污泥法相比,可去除污水中更多的磷。
a 除磷菌的過量攝取磷
好氧條件下,除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚b-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷,一部分磷被用來合成ATP,另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。
b 除磷菌的磷釋放
在厭氧條件下,除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP,并利用ATP將廢水中的有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi),以聚b-羥基丁酸等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi),同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外。
c 富磷污泥的排放
在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多,廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程,將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。