自己整理的除磷工艺 - 爱我环保学社

① 为解决日渐突出的水体“富营养化”问题，污水处理排放标准不断提高，污水处理技术也逐渐步从以去除 BOD、COD和SS这几个宽泛概念上的污染物指标提高到既要去除有机物又要脱氮除磷的深度处理阶段，脱氮除磷已成为当今污水处理领域的研究热点。

③ 生物除磷是一种相对经济的除磷方法，主要反应及调控阶段发生在生物处理池。生物除磷是利用聚磷微生物（菌）具有厌氧释放磷及好氧(或缺氧)超量吸收磷的特性，使磷在生物池厌氧段变为溶解于水的含磷的离子，然后在缺氧段和好氧段被超量吸收到聚磷菌体内，形成相对较稳定的含磷污泥絮状固体，最终通过排放富磷污泥而使磷从废水中削减。

生物处理池A2O（即A/A/O）工艺，该工艺是厌氧/缺氧/好氧工艺的简称，即在A/O法基础上前面增加了厌氧段，具有同时脱氮和除磷的效果，该工艺模型目的是分阶段处理不同污染物。

厌氧段A：DO>0.2mg/L ,氨氮浓度由于用于细胞合成二少量降低，硝酸盐氮没有变化，P的含量由于聚磷菌的释磷作用而上升；

好氧段O：DO>2mg/L , P和氨氮的浓度在硝化和摄磷作用下，浓度快速下降，P进入富磷絮体污泥排放实现除磷，硝酸盐氮含量因硝化作用上升。

上述整个流程是在生物处理池廊道中连续动态变化的，由于反应过程受水温、池容、进水量、进水水质指标（pH、BOD、COD、T/N、COD/TN…）等诸多环境和操作条件约束力强，导致经常会面临运行稳定性差的情况，按照学术理论（理论研究不同观点甚多）进行复杂的指标分析来指导工艺调节的实际操作难度也较高，因某些偶发因素导致运行失败的情况也可能会出现。总之实际操作难以完全达到工艺模型设计的理想化的效果。

相关理论：由于好氧段聚磷菌和反硝化菌（用于脱氮反应）对碳源的始终存在竞争，简单说就是脱氮靠一类菌，除磷靠一类菌，两类菌的最适生长的溶解氧、水温、pH等条件是不同的，要么适合脱氮菌生长，要么适合除磷菌生长，导致生物脱氮除磷工艺存在难以解决的矛盾。

无除磷能力而与聚磷菌竞争碳源的聚糖菌的出现与富集是导致除磷效果降低的主要原因。在影响聚糖菌增殖的众多因素中,温度能够决定微生物的稳定性及催化效能,而碳源直接参与聚磷菌和聚糖菌的竞争,因此一直受到广泛关注并存在很多对立观点。

化学除磷是通过化学沉析和絮凝过程完成的。化学沉析即指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，再通过同时进行的化学絮凝反应，沉淀产生较高浓度的污泥，最后通过排泥和固—液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。

出于成本考虑，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。化学沉析工艺是按沉析药剂的投加地点来区分的，实际中常采用的有：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物处理之后加絮凝过滤。不同的投加地点除了有不同的自身特点和效果外，又对生物除磷产生不同的影响，操作中应根据具体水质情况个别或组合采用。

⑥ 碳源--为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质，尤其在生物脱氮除磷工艺中作用很重要。碳源不足尤其影响磷P的去除（需要低分子量挥发性脂肪酸以供给厌氧段的生化过程）。对于可生化性下降的污水，需要外加碳源，如乙酸钠，甲醇，糖类。也有新研究指出：可以考虑充分利用污水厂“内碳源”，一是污泥处理部分的高浓度废水，二是对初沉池污泥或活性污泥进行水解。

磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施来满足要求。

化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例如式1。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应，所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。

污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。

在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固—液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。

根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。Fe2+在实际中为了能被氧化常投加到曝气沉砂池或采用同步沉析工艺投加到曝气池中，其效果同使用Fe3+一样，反应式如式2、3。

与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量，反应式如式4、5。

金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉析去除是次要的，但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程。

沉析效果是受PH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受PH的影响。对于铁盐最佳PH值范围为5.0～5.5，对于铝盐为6.0～7.0，因为在以上PH值范围内FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金属盐药剂会给污水和污泥处理还会带来益处，比如会降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。

由于金属盐药剂的投加会使污水处理厂出水中的Cl-或SO2-4离子含量增加。如果沉析药剂溶液中另外含有酸的话，则需特别加以注意。

投加金属盐药剂后相应会降低污水的碱度，这也许会对净化产生不利影响。当在同步沉析工艺中使用硫酸铁时，必须考虑对硝化反应的影响。

除了金属盐药剂外，氢氧化钙也用作沉析药剂。在沉折过程中，对于不溶解性的磷酸钙的形成起主要作用的不是Ca2+，而是OH-离子，因为随着pH值的提高，磷酸钙的溶解性降低，采用Ca(OH)2除磷要求的pH值为8.5以上。磷酸钙的形成是按反应式6进行的：

但在pH值为8.5到10.5的范围内除了会产生磷酸钙沉析外，还会产生碳酸钙，这也许会导致在池壁或渠、管壁上结垢，反应式如式7。

与钙进行磷酸盐沉析的反应除了受到PH值的影响，另外还受到碳酸氢根浓度(碱度)的影响。在一定的PH值惰况下，钙的投加量是与碱度成正比的。

对于软或中硬的污水，采用钙沉析时，为了达到所要求的PH值所需要的钙量是很少的，具有强缓冲能力的污水相反则要求较大的钙投加量。

化学沉析工艺是按沉析药剂的投加地点来区分的，实际中常采用的有：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物处理之后加絮凝过滤。

前沉析工艺的特点是沉析药剂投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的进水渠(管)中，或者文丘里渠(利用涡流)中。其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要。相应产生的沉析产物(大块状的絮凝体)则在一次沉淀池中通过沉淀而被分离。如果生物段采用的是生物滤池，则不允许使Fe2+药剂，以防止对填料产生危害(产生黄锈)。

前沉析工艺(如图2所示)特别适合于现有污水处理厂的改建(增加化学除磷措施)，因为通过这一工艺步骤不仅可以去除磷，而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的沉析药剂主要是生灰和金属盐药剂。经前沉析后剩余磷酸盐的含量为1.5-2.5mg/1，完全能满足后续生物处理对磷的需要。

同步沉析是使用最广泛的化学除磷工艺，在国外约占所有化学除磷工艺的50%。其工艺是将沉析药剂投加在曝气池出水或二次沉淀池进水中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠(管)中。目前很多污水厂都采用，如广州大坦沙污水处理厂三期就是采用的同步沉析，加药对活性污泥的影响比较小。

后沉析是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物设施相分离的设施中进行，因而也就有二段法工艺的说法。一般将沉析药剂投加到二次沉淀池后的一个混合池(M池)中，并在其后设置絮凝池(F池)和沉淀池(或气浮池)。

对于要求不严的受纳水体，在后沉析工艺中可采用石灰乳液药剂，但必须对出水PH值加以控制，比如采用沼气中的CO2进行中和。