化学沉淀法除磷和生物法除磷的比较陈华

化学沉淀法除磷和生物法除磷的比较陈华ChenHua化学沉淀法除磷和生物法除磷的比较ComParisonbetweenC卜emiealSedimentationandB10}ogiealMet卜odsofP卜osP卜orus尺emoval陈华(上海城市排水有限公司,上海200081)ShanghaiMunieiPalSewerageComPany,Shagnhai200081)摘要对化学沉淀法除磷和生物法除磷的机理作了较详细的阐述,并就两者在除磷效果、污泥产量、污泥处置、除磷费用方面进行了比较。结果表明,两种方法磷的去除率比较接近,总费用没有明显差别。其优点是,生物法除磷污泥产量少,而化学沉淀法除磷操作简便。关键词:富营养化化学沉淀法生物法脱磷AbstraetDetaileddeseriptiononthethemeehanismofehemiealsedimentationandbiol卿ealmeth(xlsof曲05-phorusremoval,andeomparisonbetweenthemeoneerningtheefficieneyofphosphorusremoval,sludgeproduetion,sludgedisPosalandeostsofPhosPhorusremoval.Theresultsshowedthatthetwomethodsweresimilartosomedegl℃esinthePhosPhorusremov:、1rateandthetotaleostsoverlong一termrunning,buttheadvantagewaslesssludgeproduetioninbiologiealmethodandmoreeonvenientoperationinehemiealsedimentationmethod.Keywords:EutroPhieationChemiealsedimentationmethodBiologiealmethodPhosPhorusremoval污水中的磷来源于粪便、洗涤剂和某些工业废水,其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷,其中以正磷酸盐和聚磷酸盐占绝大多数,磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不溶性磷之间相互转化,但价态不会发生变化。磷与水体富营养化的密切关系已有报道,特别是过量的磷能引起赤潮、危害海洋环境而日益受到关注。发达国家对于除磷的研究和生产性应用已有二十多年的历史,我国这方面的研究始于80年代初。到目前为止,除磷效果比较好、应用得比较多的是化学沉淀法除磷和生物法除磷。本文对前人所作的两种方法的研究工作进行了综述,阐述了其除磷机理,并从经济角度出发,就两者在除磷效果、污泥产量、污泥处置、除磷费用等4方面进行了比较,以供环境工作者在水处理决策时参考。海洋浮游生物体和大洋中的N/P比为16:1,该比值过高或过低都可能使某一低含量元素成为限制因子。比如,厦门港赤潮发生区每月大潮表层海水N/P比值率均为60.87,而发生赤潮时N/P比值为56.67,这表明P作为限制因子一旦含量增加,加上合适的温度条件,就有可能发生赤潮。赤潮发生后,赤潮生物大量繁殖,其遗体腐败时要消耗大量的溶解氧,影响水环境质量,一些藻类还会产生毒素或腥臭味,影响鱼类生存,严重的还会通过食物链影响人类健康。世界上很多国家都有赤潮的报道。在我国,赤潮也时有发生。如1991年5月25日在象山港郸县贝类养殖场附近发生赤潮12】,对水环境是极大的损害。目前最常用的除磷方法是化学沉淀法和生物法。1磷与赤潮磷作为一种营养因子,是诱发水体富营养化的重要因素之一。特别是作为人类资源宝库的海洋,一旦发生赤潮则危害更大。因此对赤潮的研究和报道日益受到重视。赤潮的形成与海水中的N/P比值有关。研究发现川,2化学沉淀法除磷化学沉淀法除磷是利用磷酸根能和某些阳离子,如Fe”+和Al”十进行化学反应,生产不溶于水的沉淀,从而使化学反应不断向生成物方向进行,通过泥水分离最终达到去除废水和污水中过量磷的目的。如果磷作者陈华,女,1970年11月生,1992年7月毕业于华东师范大学,助工。一33一上海环境科学第10卷第6期1997年6月以聚磷酸盐的形式存在于污水中,则磷的去除依靠沉淀和吸附两种作用I”!。一方面,聚磷酸盐通过水解反应生成正磷酸盐,其中的磷酸根与Fe“+或AI“+反应生成沉淀;另一方面,生成的沉淀由于呈絮状,又能吸附聚磷酸盐而去除一部分磷。因此,化学法除磷并不是简单的化学反应过程。能与磷酸根离子反应生成不溶于水的沉淀的阳离子很多,比较常用的有Fe”+和AI”+。铁盐或铝盐的选择可以灵活操作,比如在上海,FeSO4要比FeC13便宜得多,从经济的角度考虑,在效果相当的条件下,应选择便宜的。影响化学法除磷最主要的因子是pH值。当反应环境的酸性增加时,磷的去除率就降低。化学法除磷的优点是:操作简单,除磷效果好,且结果稳定,不会重新放磷而导致二次污染,当进水浓度较大或有一定波动时,仍有较好的除磷效果。用化学沉淀法除磷,其絮凝剂投加的地点可以不同,即在曝气池前、中、后的出水中,但除磷原理相同,其工艺流程见图1。工作,磷的去除率随COD/P比值的上升而上升。据Siebritz(1950)的实验结果表明,磷的去除与污水中快速降解的COD成份浓度密切相关(“〕,以后他人的实验也得出了同样的结论。另外,厌氧阶段硝酸盐的存在会导致反硝化反应生成氮气,粘附在活性污泥上,引起活性污泥上浮,硝酸盐的反硝化还会消耗聚磷生物所需的碳源,影响生物储存有机物和放磷过程。因此,大量硝酸盐的存在对除磷系统是不利的,所以在除磷工艺中要设置一个选择池。生物法除磷有多种形式,如A/O(厌氧一好氧系统)、SBR(间歇式活性污泥法),但其实质是相同的,都是经过厌氧阶段和好氧阶段。由于生物除磷是一个复杂的生物过程,很多因素,如pH、温度、DO、运行负荷等都会影响整个系统的运行,因此需要运行管理人员经常对系统进行监控。生物除磷法的工艺流程见图2。回流污泥排泥图l化学沉淀法除磷工艺流程图2生物法除磷的工艺流程还有一种AZ/O系统,整个系统由厌氧、缺氧、好氧3部分组成,即在原来的A/O系统基础上,增加了一个缺氧部分,使氮的去除率增加,实际上是除磷去氮相结合的系统,因此,就其除磷的原理来看,还是与厌氧一好氧系统一致的。0la一r11on曰q`9`nU八月只à8n亡」Q曰尸a巴JO8ō63生物法除磷生物法除磷是利用活性污泥中的微生物(聚磷细菌)释放磷和吸收磷来除磷的。其机理可作如下阐述!4,5!:当微生物在厌氧环境时,细胞内的聚磷酸盐被分解,无机磷盐释放到环境中去,释放出大量能量,这就是聚磷菌的厌氧放磷现象。在此过程中,这些能量一部分供给聚磷细菌度过不利环境(厌氧环境),另一部分则可供聚磷菌主动吸收环境中的乙酸、氢离子和负电子,使之以PHB的形式储藏于菌体内;好氧阶段来临时,由于环境条件有利,聚磷菌可以快速生长、繁殖,此时菌体内PHB的好氧分解就为之提供了大量能量,其中一部分能量之可供聚磷菌主动吸收环境中的磷酸盐,并以聚磷酸盐的形式储存于体内,这就是聚磷菌的好氧吸磷现象。通过及时排出剩余污泥,就能使污水中磷的含量大大降低。Evans(1983)等的实验结果表明,在厌氧区投加丙酸、乙酸、葡萄糖能诱发微生物放磷,从而导致好氧阶段磷更强烈的吸收,除磷效果进一步提高161。生物除磷的有效性受到COD/P以及水中硝酸盐的影响。COD/P的比值要求大于30,除磷系统才能有效42种除磷方法的比较对于合流污水治理一期工程排出的污水(其水质特性见表l)作了2种方法除磷比较17],其中化学法采用的絮凝剂为硫酸亚铁,投加剂量为10omg/L,结果表明,对于低浓度生活污水,化学法和生物法都有较好的除磷效果,见表2。表1两种方法用以处理的污水特性(mg/)LBODSCOD55NH3一NTP112248175254.2表2化学法及生物法处理废水的效果比较(去除率%)BODSCOD55NP生物法化学法从产生的污泥量来看,化学法由于人为添加了絮凝剂、石灰等,使产生的污泥量明显多于生物法,而生物法完全由微生物在环境内部吸收磷。然而,值得注意的是,生物法除磷的污泥量虽较少,却存在磷的重新释放造成二次污染的可能性。因此,生物法除磷一34一化学沉淀法除磷和生物法除磷的比较陈华的污泥要妥善处理,不能放置在厌氧环境中。在富含磷的污泥中投加FeCI、石灰或者再曝气,能使污泥较长时间保持稳定。从污泥处理和利用上看,化学法除磷产生的污泥可使其重力浓缩、去除水分,污泥最终进行焚烧或填埋。生物法产生的污泥,一部分用于回流,剩余污泥中磷的含量可占干重的3%一9%,经过消毒、灭菌,是很好的农业肥料。一般城市污水的污泥用作农肥是安全的,对工业废水和合流污水要注意重金属污染。从费用上看,由于被处理废水浓度的不同,处理费用会有很大差别。两种方法在基建投资费用、置地费用、年操作费用上的比较和多年运行后的总费用比较结果见表3。其中基建投资费包括所有构筑物的土建、机电费用及辅助设施的费用。化学法除磷的年运行费包括投加石灰、硫酸亚铁、助凝剂等的费用。生物法除磷的年运行费主要是曝气的费用,还需少量的石灰和聚合物用于调整pH及增加磷的去除率【8]。表3生物法与化学法除磷费用的比较(单位:元/d.m“)化学法十化学法+生物法+生物法+污泥填埋污泥焚烧污泥填埋污泥焚烧华建费用315468523613置地费用2788。〕237137年操作费用20351626运行20年总费用993125710801270运行30年总费用1193160712401530除磷要便宜一些。因此,究竟选取哪一种比较经济,要视具体目标因地制宜地确定。如果原有二级污水处理设施,只要增加一个厌氧区就有很好的除磷效果,因此是很经济的。参考文献庄万金.厦门港赤潮发生区溶解氧的时空变化与赤潮生物和环境因子的关系.海洋环境科学,1992,10(2):23一24.胡文翔.象山港赤潮调查报告.海洋环境科学,1991,l()(4):77.R.L.卡尔普等著.张中和译.城市污水高级处理手册.北京:中国建筑工业出版社,198.6徐亚同编著.废水生物处理的运行和管理.上海:华东师范大学出版社,1989.徐亚同编著.废水中氮磷的处理.上海:华东师范大学出版社,1994.许晓路,申秀英.活性污泥生物除磷机制及其影响因素.农业环境与发展,1994,11(3):25.Intereonsult,MottMaeDonald,SOGREAH.Phase川一InterimEngineeringRePortforShal垠haieSweragePrOJeet(11),1995.SOGREAH.AssessmentofTreatlllent待oc〔5别:5.1996.蒋瑶琴(收稿日期:1996一08一26)5结论化学沉淀法除磷是利用磷酸根离子能与Fe“+和Al“+等阳离子反应生成不溶于水的沉淀,通过固液分离而去除污水中过量的磷。化学法磷的去除率在75%左右,处理系统操作简单,抗冲击性强,对管理人员的要求不是很高,但化学法由于人为投加了化学絮凝剂,产生污泥量较大,且难于处理,如果填埋,则需要较大场地,如果焚烧,则费用很高。生物除磷是通过交替厌氧一好氧环境中聚磷细菌的放磷和过度吸磷实现的。因此进水的水质、水量要比较稳定,对浓度不太高的城市生活污水较为适宜。生物除磷不需投加药剂,产生污泥量少,在用地紧张的条件下具有选择优势,而且由于污泥中含有机成份高,可经过处理作肥料。但生物除磷系统运行较复杂,要求操作管理人员具有一定的专业知识。就费用而言,虽然生物法的基建费用比化学法高一些,但其年运行费用和用于污泥处理和处置的费用比化学法少。故从总的费用看,两个方法的费用相差不多,其中若采用污泥焚烧,则生物除磷比化学沉淀(上接第32页)池的大小无关,所以可以通过小型试验确定该直线方程。在运行管理中,进水浓度、流量都会有变化,但几可人为控制,K值是动力学常数,因此,该直线方程仍然适用。根据进水负荷的变化,可以很容易地确定洲