曝气生物滤池的除磷研究

污水中磷的去除方法

曝气生物滤池中磷的去除方式

曝气生物滤池中的化学除磷研究

一、曝气生物滤池中的生物除磷现象

生物除磷机理可简述为：积磷菌在厌氧区利用低分子的发酵终产物基质促使磷的释放。在好氧区，己实现磷有效释放的聚磷菌吸收超过释放的磷，吸收的磷量也大大超过其生长所需的磷量，同时合成新的聚磷菌，并在二沉池将超量吸收磷的部分聚磷菌随剩余污泥排放，实现磷从系统中的去除。从中可以看出磷的厌氧释放是好氧磷吸收和除磷的前提条件。而从国内外的文献报道来看，对于生物膜法中磷的去除的研究较少。
从理论上来说，BAF工艺中不存在生物除磷微生物所必须经过的厌氧、好氧环境，也不存在污泥回流，原则上不应该存在生物除磷现象。但是，在研究中发现，在BAF的运行过程中确实存在着一定的磷的去除现象，但由于在BAF工艺中没有污泥回流和微生物生存环境的改变，故活性污泥法的生物除磷机理不能解释BAF中的除磷现象。
众所周知，污水中的总磷包括溶解性的和不溶解性的两部分，并由有机磷和无机磷组成。溶解性磷酸盐指的是正磷酸盐，只是总磷的一部分。对于一般城市生活污水，TP/PO3^4-值通常为(1.5:1)-(2:1)。在采用图5-4~图5-6的流程进行试验时发现，曝气生物滤池对总磷的去除效率在35%-40%，而对磷酸盐的去除率却不到20%。所以在采用BAF处理污水时，其磷的去除效率很低，出水磷浓度远远满足不了国家排放标准对磷浓度的要求，也就是说其生物除磷效果较差。而对于35%-40%的总磷去除率，分析认为主要由以下原因形成。
①BAF中生物滤料在对入流污水中的从悬浮物质进行截留作用时，由于悬浮物质的吸附和阻挡作用，导致部分非溶解状态的磷物质被截留而从污水中分离，最终以剩余污泥的形式排出系统外。
②生物的同化作用导致一部分磷的去除。
③BAF在运行过程中，由于曝气在整个滤料层中不可能非常均匀。再加上滤料堆积后改变了气泡的行程。因此在滤料层上的徽生物在不去过程中并不全部处于好氧状态下，有一部分处于厌氧状态且所需营养基质得不到满足，所以处于该状态下的微生物为了其自身生存的需要，会分解体内已积聚的多聚磷酸盐，同时释放出能量，以供其生存之需。在某一工况下处于厌氧状态的微生物，经过滤池的反冲洗后，由于滤料间的位移和混床，使得原处于厌氧状态的微生物在新的运行周期内会处于好氧状态，而在经历了“磷饥饿”状态后的微生物，在富磷的环境下便“贪婪吸磷”，并通过下一次的反冲洗将过量吸磷的微生物排出系统，从而达到除磷的效果。但由于在BAF运行中绝大部分微生物处于好氧状态，处于厌氧部分的微生物只占很小的部分，所以除磷效果也较小。上述过程在BAF的运行周期中交替出现。
④在反硝化BAF中，由于碱度的增加导致pH值产生变化，从而也会产生生物诱导沉淀作用，污水中的磷可以产生化学反应而生成磷酸钙沉淀物。
图6-1为进行BAF试验时在不同进水浓度下TP随滤料商度的变化。从图6-1可以看出。磷的去除主要集中在滤料下层50cm的范围内，在上部区域对磷只有少量的去除。在BAF底部对磷的去除主要是由于滤料以及生物膜对磷的吸附、阻留作用而产生的，在上部主要是由于生物膜对磷的同化作用、厌氧和好氧环境交替出现而产生的。因此，要保持BAF的除磷功能必须进行正常的反冲洗，将上述过程截留的磷冲出系统。
另外，从图6-1中可以看出，出水TP的浓度随着进水TP浓度的增高而增高，其中只有当进水磷浓度1.42mg/L时，出水才能在0.5mg/L以下。共余出水均在1mg/L以上。因此，在原水TP浓度较高的情况下要使出水达标排放必须配合以必要的物化处理手段，先将污水中污水中TP的浓度降低到一定程度。然后再进入BAF，由BAF对TP
实现二次去除。

二、曝气生物滤料中的化学除磷

常用的物化除磷方法有流化床结晶法、离子交换法、吸附处理法、深层过滤床法和化学沉淀法。由于在城市污水处理中，一般情况是水量大而水中磷的含量相对较低，所以采用前四种方式均存在投资高且运行管理复杂的问题，在采用BAF工艺处理污水时，一般均选用化学沉淀法除磷工艺。
如前所述，化学除磷的墓本原理是通过投加化学药剂形成不溶解磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中除去。固液分离可单独进行，也可与初沉池污泥和二沉池污泥的排放相结合。按工艺流程中化学药剂投加点的不同，磷酸盐沉淀工艺可分为前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型。
可用于化学除磷的金属盐主要有三种：钙盐、铁盐和铝盐，表6-1列出了化学除磷的常用药剂。

化学除磷的常用药剂
类型	名称	分子式	类型	名称	分子式
熟石灰	氢氧化钙	Ca(OH)2	二价铁盐	硫酸亚铁	FeSO4
铝盐	硫酸铝	Al2(SO4)3·18H2O	二价铁盐	氯化亚铁	FeCl2
	铝酸钠	NaAlO2	三价铁盐	三氯化铁	FeCl3
	氯化铝	AlCl3		硫酸铁	Fe2(SO4)3
	聚合氯化铝	[Al(OH)nCl3-n]m		氯化硫酸铁	FeClSO4

采用石灰法除磷时，要求污水的pH值通常控制在9以上，由于过高的pH值会抑制和破坏微生物的增殖和活性，因此石灰法不能用于协同沉淀，只能适用于前置沉淀和后置沉淀法除磷。经过石灰法前置除磷的原污水pH值往往偏高，因此经过石灰法除磷的初沉池在进入生物系统之前，需采取pH调节措施。石灰法用于后置沉淀工艺时，处理后的出水必须调节pH值才能满足排放要求，也可以避免后续工艺出现结垢现象。同时，由于石灰沉淀法处理后的污泥量大，搬运困难，所以一般不优先使用该法。
而采用铁或铝盐沉淀法除磷时，投加铁或铝盐的主要目的是增加金属离子浓度，使之超过溶解的磷酸盐产物，同时铝盐和铁盐在水中可生成高聚物，因此其除磷过程中既有化学沉淀又有混凝作用。磷酸盐沉淀和金属氢氧化物的沉淀过程可用下式表示：
rMe3+ + H2PO4- + (3r-1)OH==Mer·H2PO4(OH)3r-1↓
Me3+ + 2H2O==MeOOH(s) + 3H+
金属离子的水解及氢氧化物的形成为：
Me3+ +H2O==MeOH2+ + H+
Me3+ +2H2O==Me(OH)2+ + 2H+
Me3+ +3H2O==Me(OH)3 + 3H+
Me3+ +4H2O==Me(OH)4- + 4H+
金属离子与HPO4^2-和H2PO4-形成的溶解性复合物为：
Me3+ +HPO4^2-==MeHPO4+
Me3+ +H2PO4-==MeH2PO4^2+
溶解性复合物的存在是残留溶解磷浓度升高的原因。对于三价铁盐和三价铝盐的大量投加，有两种固体沉淀产生，即MerH2PO4(OH)3r-1和MeOOH。在这种情况下，残留溶解磷浓度取决于pH值，除非pH值也出现变化，否则加再多的金属盐也不会改变溶解磷浓度。
生产性数据证明了投加铁盐和铝盐除磷的实用性和适用性。前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀都可以采用。且说铝盐是非常有效的除磷药剂，但价格也非常昂贵，此外还因其有可能造成老年痴呆而受到公众反对。而铁盐虽不是最理想的除磷药剂，但因其价格相当低廉，使运行成本降低，从而日益受到重视和使用。

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