（模式识别与智能系统专业论文）工业废渣基高效除磷材料的复配、表征与应用.pdf

摘要 工业废渣基高效除磷材料的复配、表征与应用 东南大学 博士研究生：刘焱导师：王世和教授 摘要 磷是地球中维系生命的主要元素之一，是构成生物体并参与新陈代谢过程必不可少的元素。另 一方面，磷也是引起水体富营养化的关键营养物质。近年来，河流、湖泊、海洋等水域水质恶化， 富营养化问题时有发生，湖泊、水库等封闭水体尤为严重。本研究为江苏省科技厅太湖水污染治理 科技专项( b s 2 0 0 7 1 4 6 ) 资助项目，旨在开发经济、高效的除磷材料用于城市污水厂出水深度除磷 及太湖水体的磷削减，从而控制湖泊水域的富营养化。研究内容如下： l 、以工业废渣为基材进行高效复合除磷材料( e p r c ) 的复配。选取钢渣、粉煤灰作为复配基 材，通过一定的工艺，复配成型除磷材料，综合力学、除磷效果等因素，确定其最佳配比。 2 、通过静态吸附试验，研究e p r c 之除磷性能和机理。研究结果表明，e p r c 对磷的吸附符合 经典的l a n g m u i r 方程，其对磷的吸附为吸热过程，且反应是自发进行的，对温度属轻度敏感。该吸 附反应属化学吸附，且以离子交换反应为主。e p r c 对磷的吸附符合一级动力学模型。e p r c 的投加 量与磷的去除率成正相关。e p r c 粒径越小，吸附效果越好；且随着反应温度的升高，对磷的吸附 量增加。溶液初始p h - - 4 时e p r c 的吸磷速率最大，溶液初始p h = 1 0 时e p r c 的吸附容量最大。s 0 4 厶 等阴离子对e p r c 吸附磷均有吸附竞争作用。e p r c 对氨氮也有一定的吸附能力。 3 、通过填料柱动态吸附试验，研究了不同负荷下填料柱的吸附周期。在负荷为1 5 3 9 h c m 2 时， o 5 c m e p r c 在其运行周期内均能很好地吸附磷，运行时间8 5 d 之前，出水t p 浓度一直保持在o s m g l 以下。在负荷为2 0 6 9 h c m 2 时，o 5 c m e p r c 在2 2 天之前一直处于稳定运行状态，浸泡后填料柱的 稳定运行周期只有8 天。双柱串联后吸附容量变大。 4 、研究了该材料用于城市污水处理厂曝气池内除磷及二沉池出水除磷。模拟曝气池反应器试验 结果表明，进水i p 越高，吸附推动力越大，除磷效果越好，而t p 的去除率与脱磷材料的投加量并 不成线性关系。除磷材料对n i - 1 3 - n 、c o d 的去除效果不明显，对出水p h 影响不大。在二沉池出水 填料柱试验中，停留时间取8 小时，在反应的4 0 0 小时内出水1 1 p 基本在l m g l 以下，4 0 0 小时后填 料柱开始穿透，5 5 0 小时后彻底穿透。实际污水处理厂二沉池出水的填料柱试验结果表明，o 5 c m 和 i c m 粒径材料的除磷效果比2 c m 的要好，出水p h 相对较高。在动态填料柱h r t 为2 h 时，运行最 为经济稳定。 5 、通过太湖水源地磷削减试验，证明e p r c 有很好的除磷效果。在投入初期的一周内，入湖河 道中的总磷浓度由1 2 m g l 降至o 2 m g l 以下。实验室模拟取水口磷削减试验结果表明，在水体磷 浓度为0 3 m g l 、e p r c 的投加量为5 1 3 k g m 2 、过水通量在3 0 l ( d m 2 ) 3 5 l ( d m 2 ) 之间时，去 l 东南大学博士学位论文 除率在3 0 以上。 6 、研究了e p r c 的使用安全性，并探讨了材料的最终处置。结果表明，e p r c 处理出水重金属 含量均在 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i 类水质以下；同时达到污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准。e p r c 在清水与热水中的脱附率均很低( l o ) 中，磷脱附率达9 9 以上，可以对磷进行回收。在较低浓度h 2 s 0 4 溶液( 0 5 ) 中，e p r c 保持粒状，并有部分磷析出，可考虑将e p r c 经过再生后再次用于吸附 过程。 关键词：工业废渣，吸附，除磷，污水处理，太湖水源地 a b s t r a c t p h o s p h o ri so n eo ft h em a i ne l e m e n t sf o rk e e p i n gl i f eo ne a r t h ，a sw e l la sa l li n d i s p e n s a b l ee l e m e n t w h i c hc o m p o s e st h eo r g a n i s ma n dp a r t i c i p a t e si nt h em e t a b o l i s m o nt h eo t h e rh a n d ，p h o s p h o ri st h ek e y n u t r i m e n t a ie l e m e n ta r i s i n gw a t e re n t r o p h i c a t i o n i nr e c e n ty e a r s ，w a t e rq u a l i t yi nr i v e r , l a k e sa n do c e a n a r e a si sg e t t i n gw o r s e ，e s p e c i a l l yi n f l u e n c e st oc l o s e dw a t e ra r e a ss u c ha sl a k e sa n dr e s e r v o i r s t h e r e f o r e ，t o s t u d ya n dd e v e l o pe c o n o m i c a la n de f f i c i e n tp h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t ei ss t i l la ni m p o r t a n tp a r tt o s t u d yf o rw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o ln o w a d a y s t h er e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w i n g ： a d o p t i n gi n d u s t r i a lr e s i d u et om a k ee f f i c i e n tp h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t e ( e p r c ) s e l e c ts t e e ls l a g a n df l ya s ha sb a s i cm a t e r i a l ，t h r o u g hc e r t a i np r o c e s s ，m a k ei ti n t op h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t e ， c o m b i n e dw i t ha l lf a c t o r ss u c ha sm e c h a n i c s ，a n dd e p h o s p h o r i z a t i o ne f f e c t ，c o n f i r m e dt h eb e s tm i x i n gr a t e s t u d ye p r cp h o s p h o r u sr e m o v a lc a p a b i l i t ya n dm e c h a n i s mt h r o u g hs t a t i ca b s o r p t i o ne x p e r i m e n t a t i o n t h er e s e a r c hr e s u l ts h o w st h a te p r ct op h o s p h o r u s sa b s o r p t i o ni s o t h e r m a le q u a t i o nc o m p l yw i t hc l a s s i c a l l a n g m u i re q u a t i o n e p r ct op h o s p h o r u s sa b s o r p t i o np r o c e s si sah e a ts u c t i o np r o c e s s ，a n dt h er e a c t i o ni s s p o n t a n e o u s ，a n ds l i g h t l ys e n s i t i v et ot e m p e r a t u r e t h ea d s o r p t i o nr e a c t i o ni sc h e m i s t r ya d s o r p t i o n ，a n d m a i n l yb a s eo ni o ne x c h a n g e f i r s to r d e rd y n a m i cm o d e lc a n b e t t e rs h o wp h o s p h o r u s si s o t h e r m a l a d s o r p t i o nd y n a m i c sp r o c e s st ow a t e rs o l u t i o n 1 1 1 ed o s a g eo fe p r ci si nd i r e c tp r o p o r t i o nt op h o s p h o r u s r e m o v a lr a t e t h es m a l l e rt h ee p r cg r a i n ，t h eb e t t e rt h ea d s o r p t i o ne f f e c t ；a n da s 也er e a c t i o nt e m p e r a t u r e r i s i n g , t h e a d s o r p t i o nm o u n t sr i s e s n e g a t i v e i o na ss 0 4 h a v ea d s o r p t i o nc o m p e t i t i o nt oe p r c p h o s p h o r u sa d s o r p t i o n s t u d ya d s o r p t i o np e r i o do ff i l l e dc o l u m nu n d e rd i f f e r e n tl o a d i n gc o n d i t i o nt h r o u g hd y n a m i cf i l l e d c o l u m na d s o r p t i o ne x p e r i m e n t a t i o n u n d e rc o n v e n t i o n a ll o a d ( 1 5 3 9 h c m 2 ) ，0 5 c me p r cc a l lw e l la d s o r b p h o s p h o r u si nt h er u n n i n gp e r i o d a f t e rd i p p i n g ，s t a b l er u n n i n gp e r i o do ff i l l e dc o l u m ni ss h o r t e r w h e n t i e st h et w oc o l u m n st o g e t h e r , t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yg e t sb i g g e r s i m u l a t i v ea e r a t i o nt a n kr e a c t o re x p e r i m e n t ss h o w s ，t h eh i g h e ri n f l u e n te 也em o r ep o w e r f u l lo ft h e a d s o r p t i o ni m p e t u s ，a n dt h ee f f e c to fp h o s p h o r u sr e m o v a lw a sb e t t e r t h e r ei sw e a kl i n e a r i t yr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt pr e m o v a lr a t ea n dd o s i n gq u a n t i t y t h em e t a r i a lh a sl i t t l ee f f e c to nt h er e m o v a lr a t eo f1 n q - 1 3 - n ， c o d ，j u s tl i k ep h o fi n f l e n ta n de f f l u e n t t h r o u g ht h ew a t e rd i s t r i b u t i o nf i l l e rc o l u m ne x p e r i m e n t ，8 hw a st a k e na sr e s i d e n c et i m e ，t po ft h e e f f l u e n tb a s i c a l l yk e p tu n d e rlm g lw h e nr e a c t i o nt i m ew a sl e s st h a n4 0 0 h , t h e nf i l l e rc o l u m ns t a r t e d p e n e t r a t i n g ，a n dc o m l e t e da t5 5 0 h r e a lw a s t e w a t e rf i l l e rc o l u m ne x p e r i m e n tw a sa l s ot a k e n ，r e s u l t ss h o w s 东南大学博士学位论文 除率在3 0 以上。 6 、研究了e p r c 的使用安全性，并探讨了材料的最终处置。结果表明，e p r c 处理出水重金属 含量均在 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i 类水质以下；同时达到( b 3 水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准。e p r c 在清水与热水中的脱附率均很低( l o ) 中，磷脱附率达9 9 以上，可以对磷进行回收。在较低浓度h 2 s 0 4 溶液( 0 5 ) 中，e p r c 保持粒状，并有部分磷析出，可考虑将e p r c 经过再生后再次用于吸附 过程。 关键词：工业废渣，吸附，除磷，污水处理，太湖水源地 a b s t r a c t p h o s p h o ri so n eo ft h em a i ne l e m e n t sf o rk e e p i n gl i f eo ne a r t h ，a sw e l la sa ni n d i s p e n s a b l ee l e m e n t w h i c hc o m p o s e st h eo r g a n i s ma n dp a r t i c i p a t e si nt h em e t a b o l i s m o nt h eo t h e rh a n d ，p h o s p h o ri st h ek e y n u t r i m e n t a ie l e m e n ta r i s i n gw a t e re n t r o p h i c a t i o n i nr e c e n ty e a r s ，w a t e rq u a l i t yi nr i v e r , l a k e sa n do c e a n a r e a si sg e t t i n gw o r s e ，e s p e c i a l l yi n f l u e n c e st oc l o s e dw a t e ra r e a ss u c ha sl a k e sa n dr e s e r v o i r s t h e r e f o r e ，t o s t u d ya n dd e v e l o pe c o n o m i c a la n de f f i c i e n tp h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t ei s s t i l la l li m p o r t a n tp a r tt o s t u d yf o rw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o ln o w a d a y s t h er e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w i n g ： a d o p t i n gi n d u s t r i a lr e s i d u et om a k ee f f i c i e n tp h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t e ( e p r c ) s e l e c ts t e e ls l a g a n df l ya s ha sb a s i cm a t e r i a l ，t h r o u g hc e r t a i np r o c e s s ，m a k ei ti n t op h o s p h o r u sr e m o v a lc o m p o s i t e ， c o m b i n e dw i t ha l lf a c t o r ss u c ha sm e c h a n i c s ，a n dd e p h o s p h o r i z a t i o ne f f e c t ，c o n f i r m e dt h eb e s tm i x i n gr a t e s t u d ye p r cp h o s p h o r u sr e m o v a lc a p a b i l i t ya n dm e c h a n i s mt h r o u g hs t a t i ca b s o r p t i o ne x p e r i m e n t a t i o n t h er e s e a r c hr e s u l ts h o w st h a te p r ct op h o s p h o r u s sa b s o r p t i o ni s o t h e r m a le q u a t i o nc o m p l yw i t hc l a s s i c a l l a n g m u i re q u a t i o n e p r ct op h o s p h o r u s sa b s o r p t i o np r o c e s si sah e a ts u c t i o np r o c e s s ，a n dt h er e a c t i o ni s s p o n t a n e o u s a n ds l i g h t l ys e n s i t i v et ot e m p e r a t u r e t h ea d s o r p t i o nr e a c t i o ni sc h e m i s t r ya d s o r p t i o n ，a n d m a i n l yb a s e o ni o ne x c h a n g e f i r s to r d e rd y n a m i cm o d e lc a nb e t t e rs h o wp h o s p h o r u s si s o t h e r m a l a d s o r p t i o nd y n a m i c sp r o c e s st ow a t e rs o l u t i o n t h ed o s a g eo fe p r ci si nd i r e c tp r o p o r t i o nt op h o s p h o r u s r e m o v a lr a t e t h es m a l l e rt h ee p r cg r a i n ，t h eb e t t e rt h ea d s o r p t i o ne f f e c t ；a n da st h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e r i s i n g , t h e a d s o r p t i o na m o u n t sr i s e s n e g a t i v ei o n a ss 0 4 。h a v ea d s o r p t i o n c o m p e t i t i o nt oe p r c p h o s p h o r u sa d s o r p t i o n s t u d ya d s o r p t i o np e r i o do ff i l l e dc o l u n mu n d e rd i f f e r e n tl o a d i n gc o n d i t i o nt h r o u g hd y n a m i cf i l l e d c o l u l n na d s o r p t i o ne x p e r i m e n t a t i o n u n d e rc o n v e n t i o n a ll o a d ( 1 5 3 9 h c m z ) ，0 5 c me p r cc a nw e l la d s o r b p h o s p h o r u si nt h er u n n i n gp e r i o d a f t e rd i p p i n g ，s t a b l er u n n i n gp e r i o do ff i l l e dc o l u m ni ss h o r t e r w h e n t i e st h et w oc o l u m n st o g e t h e r , t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yg e t sb i g g e r s i m u l a t i v ea e r a t i o nt a n kr e a c t o re x p e r i m e n t ss h o w s ，t h eh i g h e ri n f l u e n te 也em o r ep o w e r f u l lo ft h e a d s o r p t i o ni m p e t u s ，a n dt h ee f f e c to fp h o s p h o r u sr e m o v a lw a sb e t t e r t h e r ei sw e a kl i n e a r i t yr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt pr e m o v a lr a t ea n dd o s i n gq u a n t i t y t i l em e t a r i a lh a sl i t t l ee f f e c to nt h er e m o v a lr a t e0 fn h 3 - n ， c o d ，j u s tl i k ep ho fi n f l e n ta n de f f l u e n t t h r o u g ht h ew a t e rd i s t r i b u t i o nf i l l e rc o l u m ne x p e r i m e n t ，8 hw a st a k e na sr e s i d e n c et i m e ，t po ft h e e f f l u e n tb a s i c a l l yk e p tu n d e rlm g lw h e nr e a c t i o nt i m ew a sl e s st h a n4 0 0 h , t h e nf i l l e rc o l u m ns t a r t e d p e n e t r a t i n g ，a n dc o m l e t e da t5 5 0 h r e a lw a s t e w a t e rf i l l e rc o l u m ne x p e r i m e n tw a sa l s ot a k e n ，r e s u l t ss h o w s 摘要 t h a tt h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f e c to ft h ec o l u m ni nw h i c hf i l l e dw i t h0 5 c ma n dlc me p r cw a sb e t t e r t h a n2 c m ，p hh i g h e ra sw e l l 4 0 m l m i nw a st h ee c o n o m i ca n ds t e a d yv e l o c i t yi nd y n a m i cf i l l e rc o l u m n t h er e s e a r c ho fr e d u c i n gp h o s p h o r u si nw a t e rs o u r c eo f t a i h us h o w st h a te p r ci sg o o da tp h o s p h o m s r e m o v a l i ni n i t i a ls t a g e ，t pc o n c e n t r a t i o no ft h ef i v e rd r o p sf r o m1 2 m g lt ol e s st h a n0 2 m g l t h er e s u l t o fl a b o r a t o r ys i m u l a t i o no ft h er e d u c i n gp h o s p h o r u si nw a t e rs o u r c es h o w st h a t ，w h e nt h epc o n c e n t r a t i o n o ft l l es o l u t i o ni s0 3 m g lt h ed o s a g eo fe p r ci s5 13 k g m 2a n dw a t e rf l u xi sb e t w e e n3 0 l ( d m 2 ) 3 5 l ( d m 2 ) t h ee 伍c i e n c yo fp h o s p h a t er e m o v a li sb e y o n d3 0 t h i sp a p e ra l s os t u d i e st h es a f e t yp r o b l e m so fe p r c a n dp r o b ei nm a t e r i a lf i n a lt r e a t m e n t t h er e s u l t s h o w st h a tt h eh e a v ym e t a lc o n t e n ti ne f f l u e n ta l lm e e tt h er e q u i r e m e n to f1 1w a t e rq u a l i t yi nw a t e r e n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r d ( g b - 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) ，a n dq u a l i f i e dt ot r e a ts o u r c ew a t e r ；m e a n w h i l ei tr e a c h e s t h ef i r s tg r a d es t a n d a r da sp e ri n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b8 9 7 8 19 9 6 ) d e t a c h m e n t r a t e so fe p r ci nc l e a nw a t e ra n dh o tw a t e ra r ea l lv e r yl o w ( 1o ) ，d e t a c h m e n tr a t e so fe p r ch a sr e a c h e db i g g e rt h a n9 9 ，a n dt h ep h o s p h o r u sc a nb er e c l a i m e df o r u b u ti nh 2 s 0 4s o l u t i o nw h i c hw i t hal o w e rc o n c e n t r a t i o n ( 0 5 ) ，k e e pi ng r a i ns t a t e ，a n di tc a nb e c o n s i d e r e dt h a te p r cc a nb eu s e das e c o n dt i m ef o ra d s o r p t i o n k e yw o r d s ：i n d u s t r i a lr e s i d u e ，a d s o r p t i o n ，p h o s p h o r u sr e m o v a l ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，w a t e rs o u r c e o f l a i h u i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 第一章前言 第一章前言 1 1 磷对水环境污染及水体富营养化的影响 我国是水资源紧缺国家。进入2 l 世纪以来，水体污染状况日益严重。随着城市化和工农业生产 的迅速发展，大量富含营养物质的城市污水、工农业废水流入自然水域，使水体中营养物质迅速富 集，尤其是对湖泊、水库等封闭水体的影响尤为严重，导致某些藻类特别是蓝、绿藻过度增殖，水 体透明度下降，溶解氧含量降低，水质恶化，严重时发生“水华”，大量水生生物死亡，出现了诸如 太湖蓝藻暴发之类的水域富营养化现象。 磷是地球系统中维系生命的主要元素之一，也是构成生物体并参与新陈代谢过程必不可少的元 素。磷元素的丰缺、磷环境的优劣将直接影响包括人在内的一切生物的生长发育i l 】。另一方面，磷 也是引起水体富营养化的关键营养物质。富营养化不仅使水体丧失应有功能，还会严重影响人类的 生活质量、生存环境及社会经济的可持续发展。通常，磷以各种磷酸盐( 如正磷酸盐、聚磷酸盐及 有机磷酸盐) 的形式存在于水体中，生活污水中总磷含量为3 m g l - - 一1 5 m g l ( 以磷计) 。一般认为， 水体中总磷质量浓度超过o 0 2 m g l ，即可引起水体富营养化【2 1 。目前，国内外对磷排放的限制标准 越来越严格，我国颁布实施的城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 之一级( a ) 标 准为0 5 m g l 。因此，研究开发经济、高效的污水除磷技术仍将是今后相当长时间内水污染控制领域 的一个重点研究方向。 同时，磷也是一种难以再生、日益枯竭的资源。我国磷矿储量在总数上虽大，但可用于生产高 浓度磷肥的高品位富矿工业储量较少，而且富矿资源主要集中在云、贵等少数省份的矿区；再加上 普遍存在的磷矿的乱采滥挖和高品位磷矿大量低价出口的现象，使我国未来的磷资源供应形势更趋 严峻。 因此，如何高效去除污、废水中的磷，并将富集的磷作为资源予以回用，是除磷技术开发中必 须优先考虑的问题。 1 2 目前各种除磷方法的应用现状与问题 目前从废水中除磷的方法主要有化学沉淀法、电解法、微生物除磷法、水生生物法、吸附法、 膜技术处理法和土壤处理法等。 1 2 1 化学沉淀法 化学沉淀法是指以化学试剂与污水中的含磷化合物反应生成化学沉淀，达到除磷目的的方法。 这是欧洲较早应用的除磷方法。化学沉淀法采用的化学试剂主要为铝盐、铁盐( 包括亚铁盐) 、石灰 和铝铁聚合物( a v r ) 等【3 1 。石灰混凝法为水体中正磷酸根在有o h 。存在的条件下，与c a 2 + 反应生 成碱式磷酸钙沉淀，反应式如下： 1 东南大学博士学位论文 3 h e o , 一+ 5 c a 2 + + 4 0 h j c a s ( o h x p o , ) 3 、l + 3 2 0 ( 1 1 ) 此反应中，投加石灰是为了提高污水的p h 值而去除磷，随着水中p h 值的适当升高，磷的去除效率 提高。该法实际上是水的软化过程，所需的石灰投加量仅与污水的碱度有关，而与污水的含磷量无 关。其原因是：使用石灰法时，p h 值必须调到较高值才能使残留的溶解磷浓度降到较低的水平，而 污水碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙沉淀所需的石灰量要大好几个数量级，因此，石灰法除 磷所需的石灰投加量主要取决于水的碱度，而不是污水的含磷量。石灰沉淀法主要用于使出水磷浓 度在o 1 m g l 以下的情形。 近几年，化学沉淀法得到了进一步发展。f y t i a n o s 研究了使用三价铁模拟去除水和废水中的磷， 并建立了化学沉淀法除磷的数学模型引。铝盐或铁盐与磷的反应如下： m e 2 ( 飘) 3 + 2 p o ：一号2 m e p 0 4 、l + 3 卿一 ( 1 2 ) ( m e ：a i ，f e ) 同时，铝盐或铁盐也和碱类( 如h c o f ) 发生反应，形成铝或铁的氢氧化物沉淀： m e 3 + + 3 h c o ；一m e ( o h ) 3 山+ 3 c 0 2 ( 1 3 ) 该法中磷的去除率在7 5 左右，处理效果稳定，系统操作易于自动化。但由于人为投加了化学 药剂，一方面会产生大量的污泥，难以处理，另一方面又造成了水处理费用的增高。 1 2 2 电解法 电解法相对于其它的废水处理方法而言，装置简单，控制容易，如今直流、交流电解处理废水 技术已经工业化。电解法常采用铜、铝、铁等材料作为电极，以去除污水中的污浊物质。电解法去 除污水中磷的效率较高。李燕莉5 1 等利用铝板等材料为电极，用电解法处理微污染水中的磷，认为 必要时可以添加电解质氯化钠。其主要影响因素为：电流强度、电解时间、p h 值。还有人研究将电 解法与生物法结合1 6 1 ，使用铝板作电极。通过循环电解，可使磷的去除率提高约4 0 。电解法的优 点还在于其能同时脱氮、降低c o d 和b o d 。 电解法的主要缺点是沉淀物生成量及电极材料消耗量较大，运行费用较高。 1 2 3 微生物除磷 微生物除磷法是利用聚磷菌( 主要为不动杆菌属、气单胞菌属和假单胞菌属等) 能够从外部环 境摄取在数量上超过其生理需要的磷，将磷以聚合的形态储藏在菌体内，形成高磷污泥排出系统外， 从而达到从废水中除磷的效果。在厌氧条件下，聚磷菌在分解体内聚合磷酸盐的同时产生三磷酸腺 苷( a t p ) ，聚磷菌利用a t p 以主动运输的方式将细胞外的有机物摄入细胞内。在好氧条件下，所吸 收的有机磷被氧化提供能量，同时从污水中吸收超过其生长所需的磷并以聚磷酸盐的形式储存起来。 由于系统经常排放剩余污泥，被细菌过量摄取的磷也将随之排出系统，因而可获得较好的除磷效果。 生物除磷技术可看作厌氧选择器与活性污泥系统的组合。其发展主要源于5 0 年代末6 0 年代初 在生产运行中观察到的超量吸磷现象。经过较全面的基础研究、半生产性实验、生产性研究及工程 运行总结，生物除磷技术在理论上和实践上都取得了重大进展与突破。目前，发展与应用于工程实 2 第一章前言 践的生物除磷技术有多个系统：p h o s t r i p 工艺、b a r d e n p h o 系统、a d o 系统、a 2 o 系统、改良u c t 工艺及氧化沟、s b r 工艺等，各自均具有除磷脱氮功能，且生物除磷工艺是相对经济的除磷方法。 杨庆矧7 】等以实际生活污水为对象，研究了反硝化聚磷菌( d p b ) 的驯化培养以及a 2 n 双污泥反 硝化除磷系统的快速启动。采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式，成 功地快速启动a 2 n 系统。采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥，在s b r 系统中以先a o ( 厌 氧；睁氧) 后a a ( 厌氧缺氧) 的方式运行，3 2 d 成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属。其c o d 、氨 氮、总氮和磷去除率分别为9 1 、1 0 0 、7 7 和1 0 0 。 1 2 4 水生生物法 目前，国内外已广泛开展利用水生植物净化富营养化水体的研究，取得了一些成果，并证实利 用水生植物治理富营养化湖泊、河流是一项既行之有效又可以保护生态环境、避免二次污染的好方 法，且植物的吸收作用能达到脱氮除磷的双重效果。但植物生长具有明显的季节性，适宜在温暖季 节生长的植物品种繁多，治理富营养化水体的效果显著，但水生植物一到低温季节将枯萎死亡，不 仅不能净化水体，反而引起新的污染。因此，筛选一些能在秋冬季发挥净化水体有效作用的水生植 物，是水生生物法需要面对的一个实际问题。 黄蕾1 8 j 等在实验室人工模拟太湖地区初春较寒冷的气候条件，对5 种能越冬的水生植物( 伊乐藻、 微齿眼子菜、竹叶眼子菜、石菖蒲和水芹菜) 除磷脱氮的效果进行了对比研究。王丽卿【9 j 等采用室 内透明玻璃桶装置，研究了淀山湖常见6 种沉水植物与底泥组成的系统对水体氮磷等营养物质的去除 效果及动态规律。刘斌1 1 0 l 等利用盆栽试验，比较了香蒲、美人蕉等8 种水生植物的净化效果。 1 2 5 膜技术法 将膜分离技术用于废水生物处理是当前研究的热点。膜生物反应器( m b r ) 是膜组件与生物反 应器相组合的一个生化反应系统，以膜组件( u f 或m f ) 替代二沉池，提高了泥水分离率。在此基 础上又通过增大曝气池中活性污泥的浓度来提高反应速率，同时通过降低f m 值减少污泥产生量， 从而基本上解决了生物法存在的3 个自身无法解决的问题，即：活性污泥沉降性、生化反应速率和剩 余污泥的处置费用高。此外，膜分离技术相对于生物法的最大优势是能够回收纯净的磷盐。但膜技 术中重点需要解决的是膜污染问题。 张志超等【l l 】研究了脱氮除磷膜生物反应器处理生活污水过程对总磷的稳定去除效果，同时还研 究了生物生长除磷、反硝化聚磷、好氧聚磷、膜截留除磷等不同除磷途径对除磷的贡献。该工艺的 总磷平均去除率为9 2 0 。在脱氮除磷膜生物反应器中，缺氧区发生的反硝化聚磷占到了生物聚磷 总量的3 4 0 8 6 ，反硝化聚磷得到了强化。此外，膜本身对胶体形态磷也有一定的截留作用。 1 2 6 生态土壤法 生态土壤深度处理技术是污水土地处理技术之一，它是继慢速渗滤、快速渗滤和地表漫流系统 之后，近年来快速发展的一项土地处理技术【l2 1 。日本在6 0 年代就开始研究地下土壤毛细管浸润净化 污水的新技术。在日本城市人口不太密集的一些地区，如旅游点、疗养地、别墅、城郊及乡村居民 区，迄今已建成2 5 万余套此类污水净化设施i j 。生态土壤深度处理技术处理污水出水水质好( 可 3 东南大学博士学位论文 达到或优于常规二级处理出水标准) ，尤其对氮磷去除效率高，且投资省，运行费用低，同时具有环 境美学价值。其缺点是占地面积大，在城市污水处理中难以大力发展，但可以在经济实力薄弱。城 市污水处理设施投资不足，污水处理运行费用短缺的小城镇推广使用。 1 2 7 吸附法 吸附法除磷是利用吸附剂提供的巨大比表面积，通过磷在吸附剂表面的附着吸附、离子交换或 表面沉淀等过程，实现将磷从废水中的分离，同时进一步通过解吸处理实现磷资源的回收。吸附法 除磷的关键在于寻找一种高效的吸附剂。对于天然吸附剂，吸附作用主要依靠其巨大的比表面积， 此类吸附以物理吸附为主；天然吸附剂经改性后可明显提高其孔隙率及表面活性，从