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行業分析:目前國内含磷廢水處理的研究現狀

1含磷廢水的主要來源

含磷廢水的主要來源如下:①根據來源分類主要來自于各種洗滌劑、工業原料、農業肥料的生産過程以及人體的排洩等;②根據磷的存在形态可分為無機磷廢水(磷酸鹽、聚磷酸鹽)和有機磷廢水(含磷有機化合物混于水)。含磷洗衣粉是含磷廢水的主要來源之一。20世紀60年代中期日本的“琵琶湖事件”引起人們對磷的富營養化的關注,于是洗滌劑的無磷化問題便成為研究的熱點。人們通過重組産品配方和使用4A沸石替代磷酸鹽作為主要助劑來合成無磷洗衣粉取代原來的含磷洗衣粉取得了不錯的效果;對于農業肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被土壤吸附,還有一部分随水土流失,所以在使用肥料時應考慮到盡量減少土壤流失,可以通過綠化荒山荒漠、因地制宜科學種田、建立農田防護林以及在江河湖泊流域建立綠化帶等手段更大限度地降低水土流失,這也是降低廢水含磷量的一個重要方面;對于人體的排洩,可以對其進行特殊處理後用于農業肥料。  

2 含磷廢水的處理方法

目前,國内外污水除磷技術主要有生物法、化學法兩大類。生物法如A/O、A2/O、UCT工藝,主要适合處理低濃度及有機态含磷廢水。化學法主要有混凝沉澱法、結晶法、離子交換吸附法、電滲析、反滲透等工藝,主要适合處理無機态含磷廢水,其中混凝沉澱與結晶綜合處理技術可以處理高濃度含磷廢水,除磷率較高,是一種可靠的高含磷廢水處理方法。

2.1生物法

20世紀70年代美國的Spector發現,微生物在好氧狀态下能攝取磷,而在有機物存在的厭氧狀态下放出磷。含磷廢水的生物處理方法便是在此基礎上逐步形成和完善起來的。目前,國外常用的生物脫磷技術主要有3種:一,向曝氣貯水池中添加混凝劑脫磷;二,利用土壤處理,正磷酸根離子會與土壤中的Fe和Al的氧化物反應或與粘土中的OH-或SiO22-進行置換,生成難溶性磷酸化合物;第三種方法是活性污泥法,這是目前國内外應用尤為廣泛的一類生物脫磷技術。生物除磷法具有良好的處理效果,沒有化學沉澱法污泥難處理的缺點,且不需投加沉澱劑。對于二級活性污泥法工藝,不需增加大量設備,隻需改變運轉流程即可達到生物除磷的效果。但要求管理較嚴格,為了形成VFA,要保證厭氧階段的厭氧條件。

張林生等采用石灰沉澱結晶法處理高濃度含磷廢水取得成功,該法結合了沉澱法與結晶法的優點,克服了兩者的缺點,具有很好的發展前景。實驗結果與工程實踐表明,該法處理含磷廢水除磷效率高,出水水質穩定,且可回用。

2.2 化學沉澱法

通過投加化學沉澱劑與廢水中的磷酸鹽生成難溶沉澱物,可把磷分離出去,同時形成的絮凝體對磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉澱劑有石灰、明礬、氯化鐵,石灰與氯化鐵的混合物等。影響此類反應的主要因素是pH、濃度比、反應時間等。

為了降低廢水的處理成本,提高處理效果,學者們在研制開發新型廉價高效化學沉澱劑方面做了大量工作。王光輝發現,原水含磷10mg/L時,投加300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷70%左右,而在初沉時加入過量石灰,一般總磷可去除80%左右。他根據化學凝聚能增加可沉澱物質的沉降速度,投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效果達80%~85%,很好地解決了生産用水的PO43-污染問題。混凝沉澱法是一種傳統的除磷方法,具有簡便易行,處理效果好的優點。但是長期的運行結果表明,化學沉澱劑的投加會引起廢水pH值上升,在池子及水管中形成堅硬的垢片,還會産生一定量的污泥。另外,研究表明:除磷效率對應沉澱劑劑量的曲線是指數型的,當化學沉澱劑超出一定量,曲線即達到停滞期。所以,試圖用沉澱法将廢水中磷的質量濃度降到0.1mg/L以下,是不太經濟的。

叢廣治等主持的大連開發區污水廠A/O改造實踐表明,系統在下列參數下可取得較好的淨化效果:BOD5負荷為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭氧段容積∶好氧段容積=1∶2,厭氧段DO<0.6mg/L,好氧段DO為3~3.5mg/L,水溫12℃。出水含磷量穩定在10mg/L以下。厭氧好氧活性污泥除磷工藝在不增加标準活性污泥法基建投資和維護費用條件下,可以較徹底地除磷,且運行穩定。這一工藝不但繼承了傳統的标準活性污泥法的優點,又增加了生物除磷功能。

黃理輝等主持的倒置A2/O工藝克服了A2/O工藝比較複雜以及在吸磷動力利用方面存在明顯不足的缺點,将厭氧、缺氧環境倒置,隻利用一套污泥回流系統來取代原來的幾套回流系統。試驗結果表明,對于工業廢水占2/3的城市污水而言,倒置A2/O工藝在生産運行中具有較高的去除有機物和脫氮除磷能力。整個工藝具有流程簡潔、能耗低、運行穩定、抗沖擊力強的特點,适于老廠的改造。

2.3吸附法

20世紀80年代,多孔隙物質作為吸附劑和離子交換劑就已應用在水的淨化和控制污染方面。黃巍等人以粉煤灰作為吸附劑,對含磷50~120mg/L模拟廢水脫磷的規律特征進行了研究。研究表明粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化矽等,具有相當大的吸附作用,粉煤灰對無機磷酸根不是單純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可以和磷酸根生成不溶或直溶性沉澱現象,因而在廢水處理方面具有廣闊的應用前景。試驗結果表明,粉煤灰是一種有效的吸附劑,在含P質量濃度為50~120mg/L,粉煤灰用量每50mg為2~2.5g,粒徑範圍140~160目,pH中性的實驗條件下,磷的去除率至高可達99%以上。丁文明、黃霞等合成的鐵铈複合除磷劑除磷效果也比較好。它是通過鐵鹽與铈鹽的混合溶液與堿液反應合成的,對水溶液中的磷酸鹽具有高效吸附作用。經正交試驗發現,鹽溶液中鐵、铈離子的含量是影響除磷效果的重要因素,此外合成溫度、幹燥溫度也對吸附性能有一定影響。各種測試證明,結晶破碎是複合除磷劑比表面積增大的主要原因,而比表面積增大又是高效吸附除磷的主要原因。預計以後會出現更多吸附除磷的吸附劑。

2.4 其他的除磷方法

鄒偉國等研究的新型雙污泥脫氮除磷工藝系統處理生活污水取得成功。傳統的脫氮除磷工藝多采用單污泥系統,因此存在着硝化和除磷泥齡之間的矛盾,将活性污泥法與生物膜法相結合,可解決這個問題。實驗結果表明,該工藝對PO43-的去除率達到了90%,處理效果穩定,對水質的适應能力很強。陳滢等進行了低溶解氧SBR除磷工藝的研究。實驗結果表明,在全程低氧曝氣的SBR系統内聚磷菌可得到富集,并出現了明顯的放磷、過量吸磷現象。該方法要注意的是污泥負荷對COD去除率和除磷效果的影響較大,因此要選擇合适的污泥負荷。污泥負荷過高時會導緻非絲菌污泥膨脹。方茜等利用SBR法處理低碳城市污水取得進展,解決了處理碳、氮、磷比例失調(碳量偏低)城市污水如何保證氮磷高效去除的難點。結果表明,利用此法處理廣州地區低碳城市污水,出水有機物、氨氮及總磷均達标,且磷的釋放量越大則出水磷總濃度就越低。實踐證明,SBR法具有流程簡單,不需要污泥回流,脫氮除磷效果好的特點。

3 排放廢水污染的控制

對于已排放的含磷廢水,決不能放任自流,應采取必要的手段與措施加以控制和恢複。對于已經排放的廢水應嚴密監視其動向,把其控制在一定範圍之内,這樣可以避免更多的區域遭受污染;然後,要對正在排放和将要排放的含磷廢水采取嚴格的措施使其禁排,這樣可以把排放的廢水總量控制在一定範圍之内,為後面的廢水處理提供方便;至後,對于已經排放的含磷廢水還應進行及時的治理。由于已經排放的廢水不容易收集進行系統的處理,我們可采用化學沉澱的方法進行淨化。對于已遭受污染的區域,原有生态系統的功能已經遭到破壞,自我恢複調節的能力變得比較脆弱,因此讓其免遭再次污染尤為關鍵。

4 污染水域的恢複

廢水處理的目的是恢複其本來面目,使其對人及周圍的環境保持一種良性的狀态。因此,對污染水域的恢複就變得極為重要。當前應用的主要方法有:物理措施、化學措施、生物措施等。物理措施主要是減少進入水體營養物的數量;采用機械攪動和曝氣破壞水體分層,增加水體流動性;機械收獲藍綠藻等,但效果不甚理想。化學措施就是采用殺藻劑、除藻劑作為應急措施,實踐證明不能有效控制水質富營養化,還造成了新的公害。生物措施就是培育食磷細菌、動物或植物來吸收水體中的氮磷物質。雲南的滇池治理就是其中比較典型的例子。近年來大量城市污水排入滇池,使水質迅速惡化,藍藻水華嚴重。科學家選定了一塊區域進行示範性生物試驗。在此區域投放各種蟲子180多種,并種植了水草。針對白鲢魚、花鲢魚的主食是藍藻,科研人員在示範區内投放進大量的白鲢魚與花鲢魚。研究表明,每條鲢魚每年平均能長3~4kg,而其每長1kg,需要吞食藍藻40~50kg,1條鲢魚年平均能吞食藍藻150kg,這樣,投放适量的鲢魚就能有效控制藍藻的發生量。在示範區現場,整個水面十分純淨。據了解,本項控藻漁業示範工程于2003年結束,其科研成果為未來滇池的生态治理提供有益的嘗試。

5 總結

含磷廢水的處理問題是一項系統工程,主要有污染源控制、污水的處理以及排放污水的控制與恢複等幾個方面組成。筆者根據對廢水處理問題的理解,總結出以下幾點:

(1)排放廢水污染的控制與恢複可以認為是除磷問題的後續工作,是對前者的重要補充。因此,應高度重視,應采取積極有效的方法進行及時的治理。

(2)含磷廢水處理技術,是處理含磷廢水的關鍵。沉澱法作為傳統的除磷方法,在理論工藝技術方面比較成熟,但還存在着除磷過程中産生一些污泥以及除磷不夠徹底等問題,如能解決将還有很大的發展空間;生物法成功地解決了沉澱法污泥難處理的缺點且無二次污染現象,具有很大的市場競争優勢;對于吸附法和其他一些新型的除磷技術,雖然具有除磷效率高以及運行穩定等優點,但在理論技術方面還存在不足,需要不斷改進和提高。在實際應用中,應該根據含磷廢水的不同特性,選擇恰當的工藝技術進行合理的搭配,才能實現經濟效益和環境效益的同步優化。

(3)對于含磷廢水的主要來源,采取一定的方法與手段加以控制,是廢水處理的首要環節。把這一點做好了就可以。