（环境工程专业论文）基于前置磷回收的强化除磷试验研究.pdf

摘要 摘要 针对传统生物除磷方法较难稳定达标的问题，并且系统中存在碳源不足及 除磷和脱氮对泥龄要求的矛盾，本试验采用化学磷回收强化a 刁o 法处理城市污 水。试验进行了化学磷回收小试，通过经济和技术两方面可行性分析进行比较， 优选出最佳的磷回收沉淀剂。试验还进行了清水试验和启动等研究，并考察了 了化学磷回收侧流比、d o 、混合液回流比、污泥回流比等对生物除磷的影响。 ( 1 ) 选用了铝盐、三氯化铁、氢氧化钙和氯化镁( 鸟粪石法) 作为化学磷 回收沉淀剂进行了小试研究，结果表明，聚合氯化铝和鸟粪石沉淀法沉淀效果 较好，但是鸟粪石法回收磷产污泥量少，并且能够同时去除氮和磷，形成的鸟 粪石可以直接作为磷肥使用，具有很大的发展空间，因此选用鸟粪石法。鸟粪 石沉淀的最佳p h 值为1 0 ，最佳m p 和最n p 比均为1 5 ，各条件为最优时对 t p 的去除率可达8 9 3 。 。 ( 2 ) 清水试验结果表明：温度一定时，不同气量和不同回流比下，氧化沟 内位于曝气管上方的监测点溶解氧较大，反之则低；缺氧池内溶解氧沿深度基 本不变。曝气量一定时，氧化沟内各点溶解氧随回流比的变化没有特别的规律， 缺氧池各点溶解氧随回流比的增大而增大。回流比一定时，改变曝气量，各监 测点的溶解氧随气量的增大而增大。 ( 3 ) 污泥培养后期反应系统对各个污染物的去除率较高，对c o d 、t n 和t p 的平均去除率分别为9 2 3 、6 8 5 和7 6 。启动运行阶段，系统对c o d 、t p 和t n 的平均去除率分别为9 1 、6 8 和8 0 6 ，出水c o d 和t n 均达一级a 标准，出水t p 能稳定达一级b 标准。 ( 4 ) 采用化学磷回收侧流比s 分别为0 、5 、1 0 和1 5 时，系统稳定运 行期间，出水c o d 随侧流比的增大变化不大，均在5 0 m g l 以下，平均值为4 0 m g l ，系统对c o d 的平均去除率在9 2 。出水t p 随侧流比的增大而减小，去 除率也随之升高，当s 为5 和1 0 时，出水t p 在0 5 m g l 以下，达到了一级 a 标准，当s 为1 0 时，出水t p 最低。当侧流比s 升高到1 5 时，由于环境温 度的降低，出水t p 有升高的趋势，去除率也降低。出水t n 均在1 5m g l 以下， 侧流比为1 0 时，出水t n 最低。因此化学磷回收侧流比s 取为1 0 较合适。 摘要 ( 5 ) d o 在0 5 6 2 5m g l 时，系统1 1 p 和c o d 的去除率随d o 的改变变化 不大，但d o 在2 , - 4 m g l 时，出水t p 和c o d 最低，综合考虑系统d o 应控制 为2 , - 4 m g l 。 i ( 6 ) 混合液回流比r 在1 0 0 、1 5 0 、2 0 0 和3 0 0 之间变化时，系统对 t p 的去除率随r 的增大有升高的趋势，系统出水t p 逐渐降低。整个运行期间， 系统出水t p 平均值为0 7 1m g l ，系统对t p 的平均去除率为8 9 5 。混合液回 流比较低为1 0 0 、1 5 0 和2 0 0 时，氧化沟对t p 的去除率大于缺氧区对t p 的 去除率，而当回流比升高到3 0 0 和4 0 0 时。缺氧区对t p 的去除率明显高于氧 化沟对1 1 p 的去除率。综合考虑本试验混合液回流比取为2 0 0 较合适。污泥回 流比为7 5 、1 0 0 和1 5 0 时，随着污泥回流比的增大，系统出水t p 逐渐升高， 1 1 p 去除率有下降的趋势，厌氧池出水t p 逐渐降低，本试验污泥回流比取为7 5 。 关键词：化学磷回收生物除磷侧流比回流比 a b s t r a c t a b s t r a c t i nv i e wo ft h et r a d i t i o n a lb i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a lm e t h o di sd i f f i c u l tt o s t a b l es t a n d a r d ，a n dl a c ko fs y s t e mi nt h ep r e s e n c eo fc a r b o ns o u r c ea n dr e m o v a lo f p h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lo fs l u d g ea g et h ec o n t r a d i c t i o no ft h er e q u i r e m e n t , t h et e s ti sp e r f o r m e db yc h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r ye n h a n c e d 硭0t r e a t m e n to f c i t ys e w a g e t h ec h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r yt e s tw a ss t u d i e d ，t h r o u g ht h e e c o n o m i ca n dt e c h n i c a lf e a s i b i l i t ya n a l y s i sa lec o m p a r e di nt w oa s p e c t s ，o p t i m i z e d t h ep h o s p h o r u sr e c y c l i n gp r e c i p i t a t i n ga g e n t w a t e rt e s ta n ds t a r tu pr e s e a r c hw a s a l s oc a r r i e do u ta n dt h ec h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r ys i d ef l o wr a t i o ，d o ，m i x e d l i q u i dr e c y c l er a t i o ，s l u d g er e t u r nr a t i oo nb i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a le f f e c tw e r e i n v e s t i g a t e d ( 1 ) t h ea l u m i n u ms a l t , f e r r i cc h l o r i d e ，c a l c i u mh y d r o x i d ea n dm a g n e s i u m c h l o r i d e ( g u a n oa c t ) w e r es e l e c t e d 硒c h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r yp r e c i p i t a t i n g a g e n tf o rt h el a b o r a t o r ys t u d y , t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp o l y m e r i ca l u m i n u mc h l o r i d e a n ds t r u v i t ep r e c i p i t a t i o ne f f e c tw e r eg o o d , b u tt h eg u a n om e t h o df o rr e c o v e r i n g p h o s p h o r u sf r o ms l u d g ea m o u n t , a n dc a p a b l eo fs i m u l t a n e o u sr e m o v a lo fn i t r o g e n a n dp h o s p h o r u s ，t h ef o r m a t i o no fs t r u v i t es t o n e sc a l lb ed i r e c t l yu s e d 部f e r t i l i z e ru s e ， i th a sv e r yl a r g ed e v e l o p m e n ts p a c e ，s oc h o o s et h eg u a n oa c tw h i c hc o u l db eu s e d 嬲 p h o s p h o r u sr e s o u r c e f o rs t r u v i t et h eb e s tp hv a l u ew a s10 ，t h eb e s tm g pa n dn p r a t i ow a s1 5 i nt h eo p t i m a lc a s et h er e m o v a lr a t eo ft pc o u l dr e a c h8 9 3 ( 2 ) t h ew a t e rt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a ta tc o n s t a n tt e m p e r a t u r e ，d i f f e r e n tv o l u m e a n dd i f f e r e n tr e f l u xr a t i o ，t h ed i s s o l v e do x y g e no ft h em o n i t o r i n gp o i n t sw h i c h l o c a t e da b o v ea e r a t i o nw a sl a r g e r , c o n v e r s e l yl o w ；t h ed i s s o l v e do x y g e no ft h ea n o x i c t a n kk e p tc o n s t a n ta l o n gd e p t h w h e nt h ea e r a t i o nt i m ew a sc o n s t a n t , t h ed i s s o l v e d o x y g e ni no x i d a t i o nd i t c hc h a n g e d 、访廿lr e f l u xr a t i o 、析t l ln os p e c i a ll a w ；t h ed i s s o l v e d o x y g e ni na n o x i cp o n di n c r e a s e dw i t hr e f l u xr a t i o r e f l u xr a t i ow a sc o n s t a n t , t h e m o n i t o r i n gp o i n t so ft h ed i s s o l v e do x y g e ni n c r e a s e d 嬲v o l u m ee n l a r g e d ( 3 ) t h er e m o v a lr a t ef o re a c hp o l l u t a n tw a sh i g hi nt h el a t es l u d g ec u l t u r e ，t h e h i a b s t r a c t a v e r a g er e m o v a lr a t e so fc o d ，t na n dt pw e r e9 2 3 ，6 8 5 a n d 7 6 i ns t a r t i n g o p e r a t i o n , t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so fc o d ，t na n dt pw e r e91 ，6 8 a n d 8 0 6 ，t h ee f f l u e n tc o da n d inr e a c h e dt h el e v e lo fa ，e f f l u e n tt pc o u l ds t a b l eu pt o l e v e lbs t a n d a r d ( 4 ) d u r i n gt h es t a b l eo p e r a t i o no ft h es y s t e m ，w h e nt h ec h e m i c a lp h o s p h o r u s r e c o v e r ys i d es t r e a mw a s0 ，5 ，10 a n d l5 ，e f f l u e n tc o dc h a n g e dl i t t l ew i t h l a t e r a lf l o wr a t i oi n c r e a s e d e f f l u e n tc o dw a sa l w a y sb e l o w5 0 m g l ，t h ea v e r a g e v a l u eo fe f f l u e n tc o dw a s4 0m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o dw a s9 2 w i t l lf l o wr a t i od e c r e a s e d ，e f f l u e n tt pi n c r e a s e d ，t h er e m o v a lr a t ei n c r e a s e d w h e ns w a s5 a n d10 ，e f f i u e n tt pw a sb e l o w0 5 m g l ，r e a c h e dt h el e v e lo fa s t a n d a r d , w h e nt h esi s10 ，t h el o w e s tt pw a so b t a i n e d w h e nt h es i d es t r e a mi n c r e a s e dt o 15 ，d u et oe n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r ed e c r e a s e d ，t h ee f f l u e n tt pw a sr i s i n g , t h e r e m o v a lr a t ew a sl o w e r r n l ee f f l u e n tt nw a sb e l o w15m g l ，t h ee f f l u e n tt nw a s l o w e s tw h e nt h et h es i d es t r e a mw a s10 t h e r e f o r ec h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r y s i d ef l o wr a t i ost a k e na s10 w a sm o r ea p p r o p r i a t e ( 5 ) w h e nd o w a sa t0 5 6 2 5 m g l ，t h er e m o v a lr a t eo ft pa n dc o dl i t t l ew i t h d o b u te f f l u e n tt pw a sm i n i i n u i nw h e ni tw a sd u r i n go 5 - 6 2 5m g l ，s od os h o u l d b ec o n t r o l l e di n2 - - 4 m g l ( 6 ) t h er e m o v a lr a t eo ft pi n c r e a s e dw i mt h em i x e dl i q u i dr e c y c l er a t i or i s i n g b e t w e e n10 0 - - - 4 0 0 ，t h ee f f l u e n tt pg r a d u a l l yr e d u c e d d u r i n gt h er u n n i n gp e r i o d ， a v e r a g ev a l u eo fe f f l u e n tt pw a so 7 1 m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft pw a s 8 9 5 w h e nt h em i x e dl i q u i dr e c y c l ew a sr e l a t i v e l yl o wf o r10 0 ，15 0 a n d2 0 0 ， t h er e m o v a lr a t eo ft pi nt h eo x i d a t i o nd i t c hw a sg r e a t e rt h a nt h a ti nt h ea n o x i cz o n e ， a n dw h e nt h er e f l u xr a t i oi n c r e a s e dt o3 0 0 a n d4 0 0 ，t h er e m o v a lr a t eo ft pi nt h e a n o x i cz o n eo nw a sg r e a t e r f r o mt h es y s t e mo ft pr e m o v a le f f i c i e n c ya n de n e r g y c o n s u m p t i o n , m i x e dl i q u i dr e f l u xr a t i oo f2 0 0 w a sq u i t ea p p r o p r i a t e n l ee f f l u e n t t pi n c r e a s e dg r a d u a l l y 研t l lt h es l u d g er e f l u xr a t i oi n c r e a s e d ，t h er e m o v a lr a t eo ft p w a so nad o w n w a r dt r e n d ，e f f l u e n tt po fa n a e r o b i cd e c r e a s e d c o n s i d e r i n gt h e e x p e r i m e n t ，s l u d g er e t u r nr a t i oo f7 5 w a sm o r es u i t a b l ef o r t h et e s t k e yw o r d s ：c h e m i c a lp h o s p h o r u sr e c o v e r y , b i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ，s i d e i v a b s t r a c t f l o wr a t i o ，r e f l u xr a t i o v 绪论 1绪论 1 1 课题背景 随着我国城市建设的飞速发展和城市化水平的加快，城市人口不断增加， 引起城市用水量和排水量也不断的增大，加剧了水资源危机和水体污染的程度， 而中国又是一个严重缺水的国家，我国人均水资源占有量仅为世界水平的1 4 ， 是全球人均水资源占有量最少的1 3 个国家之一。水资源危机已经成为制约我国 经济社会发展的重要因素，污水处理也成为当前环境污染治理的重点，因此需 要采取有效措施处理城市污水，促进水资源的再生循环利用，这将对解决我国 城市水资源短缺的问题具重大意义。 水体污染中氮( n ) 、磷( p ) 的污染越来越引起人们的重视，其来源主要是生活 污水、工业废水以及化肥、农药的流失等，它们中含有大量的氦( n ) 、磷( p ) 等污染物，大部分都是未经处理而直接排入了江河、湖泊和海洋等水体中，从 而加重了水体的污染负荷，引起藻类和其他水生植物的大量繁殖，最终致水体 的富营养化【l 一3 1 。我国水体富营养化的问题比较严重，发展速度也比较快，其中 “三湖”( 太湖、巢湖和滇池) 的污染最为严重。水体富营养化的危害比较大， 破坏水体生态平衡使水体经济价值降低，使水体质量恶化，不仅如此还会危害 人类生命健康，给社会带来巨大的经济损失。例如2 0 0 7 年5 月，无锡市的饮用 水受到了太湖蓝藻的污染，造成无法正常饮用，严重影响了人民的生活【4 】。 大量研究表明，污水中所含的n 、p 元素的超量排放是导致江河、湖泊等水 体富营养化的直接诱因【5 吲，特别是p 的含量对引起水体富营养化及其敏感。一 般认为当地面水体中总磷( t p ) 含量达到0 0 1 5 m g p l 时就足以导致水体富营养 化现象发生 r l ，每1 9 磷进入水体会导致9 5 0 9 藻类( 干重) 的生长【8 】，因此控制 污水中磷的排放对防止水体富营养化尤为关键。 城市污水主要包括生活污水和工业废水，随着工业的飞速发展，城市污水 处理厂收水的典型特征表现为工业废水比例逐步增加的混合型城市污水，其中 工业废水的所占比例为5 0 8 0 ，混合型城市污水c n 1 ) 比较低，脱氮除磷的 效果较差，另外，随着城镇污水处理厂建设的加快和国家节能减排政策的实施， 绪论 2 0 0 2 年新实施的城镇污水处理厂污染物排放标准中规定一级a 标准总磷的 浓度必须低于0 5 m g l 【9 】o 因此，寻求一种经济有效的方法解决城市污水中磷污 染的问题，降低排水中磷浓度，使其达到国家城镇污水处理厂污染物综合排放 一级a 标准显得尤为重要。 1 2 废水除磷方法 目前常见的废水除磷方法主要包括生物除磷、物理化学除磷和人工湿地除 磷。 1 2 1 生物除磷 1 2 1 1 生物除磷原理 生物除磷理论是“聚合磷酸盐累计微生物 即聚磷菌( p a o s ) 的摄磷放磷 原理，反应机理如图1 1 所示，在厌氧好氧交替的情况下，聚磷菌在厌氧池内 为优势菌种，它能够吸收小分子的有机物如挥发性脂肪酸类( v f a s ) ，同时将存 储在细胞内的聚磷酸盐中的磷通过水解释放出来，并提供所需的能量。好氧条 件下，聚磷菌将吸收的有机物氧化分解为其提供所需能量，聚磷菌从污水中变 本加厉过量的摄取超过其生理需要的磷量，并将磷以聚磷酸盐的形式储存在菌 体内形成高磷污泥，然后以剩余污泥的形式排出，从而达到从废水中去除磷的 效果【1 0 1 。相对于普通细菌中磷l 3 的细胞干重而言，在p a o s 中的磷含量可高 达8 1 2 【1 1 1 。目前研究发现的p a o s 分为两类：一类是以分子氧为电子受体完 成好氧摄磷的专性好氧聚磷菌( a p b ) ，此种聚磷菌包括不动杆菌属和部分棒状 杆菌属等【l 刁；另一类是以硝酸盐为电子受体完成摄磷过程，这类细菌称为反硝 化聚磷菌【1 3 】( d p b ) ，主要有假单胞菌属、莫拉氏菌属等等【1 3 】。目前生物学上 并没有这两种细菌的鉴别方法，只是从污水处理工程上人为的将其分为a p b 和 d p b 1 2 。 2 绪论 茨氧状态 图1 - 1 生物除磷机理图 好氧，缺氧状态 1 2 1 2 生物除磷工艺 生物除磷工艺目前比较常见的主要有a o 工艺、a 2 o 工艺、u c t 工艺、 b a r d e n p h o 工艺、p h o r e d o x 工艺和s b r 工艺等。上述工艺除a o 工艺之外其它 均为同步脱氮除磷工艺。 ( 1 ) 厌氧好氧( a o ) 除磷工艺 o 工艺始于上个世纪7 0 年代，这是目前最简单的一种生物除磷工斟1 4 】， 它即是利用厌氧释磷好氧摄磷原理进行除磷的。工艺流程比较简单，包括厌氧 池、好氧池和沉淀池，在好氧池形成的高磷污泥进入二沉池后，一部分以剩余 污泥的形式排出，一部分回流到厌氧池内进行新一轮的释磷与聚磷的过程。o 工艺除磷效果能达到7 5 ，很难再进一步提高【l 引。 ( 2 ) 厌氧缺氧好氧( a 2 o ) 除磷工艺 a 2 o 工艺的流程如图1 2 所示，它是在厌氧好氧工艺的基础上进行的改进， 在厌氧池和好氧池的中间增加了一个缺氧池，好氧池内的一部分混合液回流到 缺氧池，从而达到脱氮的目的，具有同步脱氮除磷的功能。a 2 o 工艺适用于工 业废水比重较大的城市污水的处理，耐冲击负荷较强，具有水力停留时间长， 不易产生污泥膨胀、运行稳定和费用低等优点。【1 4 】 当进水总磷约为1 0m g l 时，总磷去除率一般为8 5 0 0 9 0 。传统的a 2 o 工 艺除磷效果有一定的限度，因为进入沉淀池的混合液中通常需要保持有一定的 绪论 溶解氧浓度，来防止沉淀池中发生反硝化和污泥厌氧释磷作用，但这样同时会 导致回流的污泥和混合液中也存在一定的溶解氧，回流污泥中的硝酸盐对厌氧 释磷作用也有一定的影响。同时，系统排放的剩余污泥中，只有一部分污泥是 经历了厌氧和好氧这两个完整的过程，影响了污泥的充分摄磷。系统污泥龄由 于要兼顾硝化菌的生长而不能太短，因此导致除磷的效果很难进一步提高。内 循环量一般以2 q 为限，不易太高，脱氮效果也难以进一步提高。【1 6 】 混合液回流 进 图1 - 2a 2 o 工艺流程 污泥 ( 3 ) u c t ( 改良a 2 o ) 除磷工艺 为了避免回流污泥中存在的n 0 3 对厌氧释磷产生干扰作用，1 9 8 4 年e k a m a 等人提出了u c t 工艺。它是对a 2 o 工艺回流方式进行了调整，也成为改良a 2 o 工艺。u c t 工艺是将污泥先回流到了缺氧池而不是直接回流到厌氧池，这样能 使污泥首先经过反硝化以后再回流到厌氧池，因为在缺氧池中进行的反硝化能 够将n 0 3 尽可能的去除【l 。7 1 ，从而提高磷的去除率，其工艺流程如图1 3 所示。 当进水c n 比在适当范围时，混合液在缺氧池内的反硝化才能比较彻底，从而 使回流污泥中的硝酸盐接近0 ，反之，当进水c n 比，缺氧池内反硝化不彻底， 会有一部分硝酸盐回流到厌氧斟1 1 】。u c t 工艺的混合液回流比1 和2 一般为 1 0 0 之0 0 ，污泥回流比一般为5 0 - - 1 0 0 。 进 混合液回流1混合液回流2 4 出水 污泥 绪论 图1 - 3u c t 工艺流程图 ( 4 ) 巴颠甫( b a r d e n p h o ) 除磷工艺 四阶段b a r d e n p h o 工艺流程图如图1 - 4 所示，它包括两组缺氧池和好氧池。 第一个好氧池其首要功能是去除b o d ，有微量的好氧摄磷作用，第二个好氧池 主要是用来完成好氧摄磷的，该工艺的优点是包含了二级缺氧及好氧过程，每 一种反应都能在系统中重复进行，反应进行的比较彻底，除磷效果良好，磷的 去除率达7 5 9 0 1 8 】，脱氮效果也较好高达9 0 。9 5 。b a r d e n p h o 工艺的缺点是： 工艺较复杂，运行较繁琐，反应池子比较多，因此运行费用较高，并且在二沉 池中也会有磷的释放。 内循环 污泥回流 图1 - 4 b a r d e n p h o 工艺流程图 ( 5 ) p h o r e d o x 除磷工艺 b a r d e n p h o 工艺的脱氮效果相对较好，但是除磷效果有点差，为了提高除磷 的效率，b a m a r d 1 9 _ 2 0 对b a r d e n p h o 工艺作了改进，改进后的工艺流程如图1 5 所示。它在第一个缺氧池的前面加上一个厌氧池，以保证磷的充分释放，此工 艺在美国又被称之为改良b a r d e n p h o 工艺，此工艺一般使用于低负荷条件下运 行。反硝化脱氮主要在第一个缺氧池内完成的，第一个好氧池的主要功能是去 除b o d 、氨化和好氧摄磷。第二个缺氧池能够进一步的去除残余的硝态氮，这 样反硝化就进行得比较彻底。第二个好氧池进行短暂的曝气，防止污泥在二沉 池中出现厌氧情况。由于反硝化进行的比较彻底，回流污泥中的硝氮几乎为o ， 避免对厌氧池释磷作用产生干扰，因此，此工艺的除磷效率较高，为7 0 8 0 1 4 l 。 此工艺污泥龄一般为1 0 2 0 d ，受水质影响比较大，不同水质的污水。除磷效果 不一。 绪论 内循环 图1 5p h o r e d o xt 艺流程图 ( 6 ) s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 除磷工艺 s b r 工艺是在上个世纪7 0 年代美国的i r v i n e 2 l 】开发出来的，我国在8 0 年代 中期才开始研究应用。s b r 与传统的按空间连续运行的方式不同，它采用的是 间歇运行的方式，整个处理过程在同一个反应池中完成的，按时间顺序进水、 反应( 曝气) 、沉淀、出水和排泥五个阶段，整个反应过程通过自动程序控制运 行田】，整个反应按这个过程一个周期反复运行，从而达到对污水的处理，s b r 工艺无需设置沉淀池和污泥回流，并且能够根据进水水质的不同灵活曝气、进 水，为系统脱氮除磷提供了较为有利的条件团】。s b r 工艺优点：工艺简单，占 地面积小，耐冲击负荷能力强，不易发生污泥膨胀，使用于处理小规模，分散 的污水，是一种高效经济的废水生物处理方法 4 1 。 1 2 2 物理化学除磷 物理化学除磷法主要有化学沉淀法、电渗析法、吸附法和离子交换法等。 ( 1 ) 化学沉淀法 化学沉淀法是利用投加某些化学药剂与污水中的磷酸根发生化学反应生成 磷酸盐沉淀物，然后再采用某种分离手段将磷酸盐沉淀物从污水中分离出来， 从而达到除磷的目的，包括四个过程：沉淀、凝结、絮凝和分离。常用的化学 除磷药剂有铝盐、镁盐、铁盐、石灰等，化学沉淀法具有占地面积小、除磷效 率高和管理方便等优点，但是化学药剂费用比较大，产生大量的化学污泥，较 难脱水和处理，易造成二次污染。化学除磷工艺按加药点位置的不同可被分为 预沉淀、同步沉淀、后沉淀及两点加药工艺。 2 4 1 ( 2 ) 电渗析法 电渗析法是利用离子交换膜的选择透过性来处理的方法，这种膜可分为阴 6 绪论 离子交换膜和阳离子交换膜，分别只能允许阴离子和阳离子通过。通过外加电 压的作用使得阳离子和阴离子分别向不同的电极移动，从而达到分离的目的。 电渗析法除磷时，离子的选择性对处理效果的影响比较大。电渗析法除磷出水 有二种，分别为含磷浓度高和浓度低f 1 7 1 。 ( 3 ) 吸附法 吸附除磷是通过某些具有较大比表面积的吸附剂的吸附作用来除磷的，主 要有物理吸附和化学吸附。天然吸附剂以物理吸附为主，人工吸附剂以化学吸 附为主【2 5 1 ，天然吸附剂主要有粉煤灰、沸石、钢渣等，人工吸附剂材料主要有 a 1 、f e 等多种金属氧化物及盐类，人工吸附剂相比天然的其吸附能力更强，吸 附效果更好。 1 2 j 与化学沉淀法相比，吸附法除磷产生的污泥极少，几乎不产生 污泥，处理设备简单，而且处理效果也比较稳定。 ( 4 ) 离子交换法 离子交换法除磷原理：由于阴离子交换树脂具有多孔性和选择性，能够选 择性的吸收污水的磷酸根离子【2 6 】，从而能够去除污水中的磷，反应方程式如下 所示： h 2 p o + 壬u 呵h 2 c l _ i p 0 4 + c 1 。 但是该法除磷存在树脂药物易中毒、选择性差和除磷效率较低等一系列的 问题，因此该法法很难在实际中得到推广应用。【l 】 1 2 3 人工湿地除磷 人工湿地除磷技术是一种高效率、低投资、低运转费、低维持技术和低能 耗的废水生态处理技术，它充分利用湿地中的各种生物( 大型植物和各种微生 物) ，将废水中的磷加以净化。大型植物需要吸收磷等营养物质才能生长、繁殖， 但它们的吸收量是非常有限的，人工湿地对废水的净化作用主要是靠微生物的 吸收作用，它们能把有机物质作为丰富的能源转化成营养物质和能量。在处理 污水之前，人工湿地中微生物的种类和数量与自然湿地的大致一样，有些微生 物的数量会随着污水的不断进入而增加，并且会在一定时间段达到最大值并且 趋于稳定。例如好氧微生物在芦苇根茎上占绝对的优势，而在芦苇根部则存在 好氧微生物和兼性微生物两者的活动，而厌氧微生物在远离根系的部位比较活 跃。在国外，通常采用藻类等水生植物有控制的生长与繁殖去除富营养化水体 7 绪论 中的氮和磷，如水网藻和刚毛藻二者均对磷具有较好的去除能力。 2 7 2 9 人工湿地中的优势菌属主要有产碱杆菌属、假单胞杆菌属和黄杆菌属，放 线菌中的链霉菌，真菌和酵母菌在人工湿地中的数量较少，但是种类很丰富。 人工湿地介质中分布的优势菌属大多是快速生长的微生物，其体内含有降解质 粒，是分解有机污染物的主要微生物。7 】人工湿地是依靠一系列的植物和微生 物的吸收去除作用和物化作用来去除污水中的磷【3 0 】。人工湿地除磷成本较低， 操作简单，运行费用低，但是除磷效率一般在4 0 0 o , , 6 0 之间，不是太耐3 l 】。 1 3 传统生物除磷存在问题 目前国内城市污水处理厂普遍使用活性污泥法即生物法进行除磷，生物除 磷法相比其它除磷方法具有很多优势，比如产生化学污泥量少，处理成本低， 不造成二次污染等，生物除磷法得到了较广泛的应用，其中a 2 o 同步脱氮除磷 工艺应用的最为广泛，我国5 0 以上的城市污水处理厂均采用的a 2 o 及其变形 工艺【3 2 】。但是，生物除磷法依然存在着以下问题： ( 1 ) 生物除磷法对污水组分的依赖性比较强，当进水碳源较低或者磷浓度 较高时，生物除磷效果较差。碳是微生物生长需要量最大的营养物质【4 】，但是城 市污水中所含的易降解c o d 的数量是十分有限的，在a 2 o 处理工艺中，存在 着聚磷菌和反硝化细菌对碳源的争夺问题，反硝化细菌能够优先利用v f a 进行 反硝化脱氮，当废水中v f a 较低时，必然会影响聚磷菌合成p h b 和释磷过程， 从而影响聚磷菌的好氧吸磷作用，最终导致系统除磷率降低。一般认为进水 b o d t p 1 5 时才能保证系统有较好的除磷效率，而实际当中往往不能达到这个 值，实际进水碳源不足很可能成为影响脱氮除磷的限制性因素。 ( 2 ) 脱氮除磷在污泥龄上存在不可协调的矛盾 城市污水处理普遍采用单泥系统进行同步除磷脱氮，聚磷菌、硝化菌与反 硝化菌共存在于同一个系统中。硝化菌是自养专性好氧菌，其繁殖速度慢，世 代周期比较长，较长的污泥龄能够提高硝化的效果，在冬季，硝化菌繁殖周期 可长达3 0 d 以上，并且是好氧条件。生物除磷是通过将高磷污泥排出系统外， 达到从污水中除磷的效果，系统排出的生物量越多，系统的除磷效果越好，需 要短的污泥龄，除磷所需的最佳泥龄为3 5 d ，研究结果表明当泥龄大于3 d 时， 8 绪论 系统除磷效果会随着污泥龄的增加而降低，释磷需要厌氧条件，而吸磷则需要 好氧条件，反硝化也需要短泥龄的脱氮菌和缺氧条件嗍。正是由于上述原因系统 无法保证各种微生物都能同时获得各自最佳的生长环境，因此系统脱氮除磷效 率往往不能同时达到最佳。 1 4 课题研究目的和内容 1 4 1 研究目的 目前常规的生物除磷技术可以使出水t p 达到1 0 m g l 左右，但无法达到城 镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级a 标准的要求。深度处理 出水可基本满足一级b 排放标准要求，但尚无法稳定满足一级a 排放标准要求。 针对混合型城市污水处理普遍采用单泥系统进行同步除磷脱氮，较难稳定达标 的难题，并且系统中存在碳源不足及除磷和脱氮对泥龄要求的矛盾问题，因此 需要开展废水的强化除磷支撑技术研究，提高城市污水的处理效果。 针对以上问题，本试验采用化学磷回收与生物除磷相结合的方式，即前置 化学磷回收强化生物除磷工艺，生物处理部分采用传统a 2 o 工艺。由于a 2 o 工艺各反应器中厌氧池的磷浓度最高。在厌氧池内，通过侧流的方式引出一部 分厌氧池释磷上清液经过移动斜板沉淀池泥水分离作用然后至磷回收池，通过 投加化学沉淀剂形成含磷沉淀物从而去除一部分磷。通过侧流方式回收的一部 分磷，减轻了后续生物处理部分磷的负荷，在进水有机物( c o d ) 浓度较稳定 的情况下，对于系统中需生物去除的那部分磷，相当于增加生物除磷段的了c p 比，因而生物处理法碳源不足的问题可以通过辅助化学磷回收得以解决。 通过化学磷回收强化生物法处理城市污水，强化了生物脱氮除磷的效果， 解决混合型城市污水处理较难稳定达一级a 标准的难题。同时采用化学磷回收， 可以减少剩余污泥的产量，降低污泥处理的成本。从污水中回收的磷可以进行 资源化利用，减轻磷资源缺乏的危机，同时还可以解决水体富营养化的问题， 为社会带来巨大的经济效益。 、 1 4 2 研究内容 本试验针对传统生物除磷方法存在的问题，采用化学磷回收强化a 2 o 处理 9 绪论 城市污水，研究内容如下： 1 化学磷回收小试：选用聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁、氢氧化钙和氯化 镁作为磷回收沉淀剂进行小试试验，通过经济和技术两方面可行性分析进行比 较，优选出高效磷回收沉淀剂，按照化学反应条件( 如p h 、离子浓度) 对回收 反应条件进行优化。 2 清水试验及中试启动，通过调节混合液回流比和氧化沟内曝气量，观察 氧化沟和缺氧池内d o 分布规律，为实际运行提供有用的参考数据。启动中试试 验装置，并对系统污泥进行培养驯化，监测系统内d o 、温度等的变化情况，在 污泥培养后期监测系统对各污染物指标的去除情况。 3 在系统稳定运行情况下，调节厌氧池前置磷回收侧流比s ( o 、5 、1 0 和1 5 ) ，监测系统对各污染物去除变化情况，从而确定最佳的磷回收侧流量。 在侧流比s 为0 时，研究了d o 、混合液回流比、污泥回流比等对生物除磷的影 响。 1 0 试验材料与方法 2 试验材料与方法 2 1 试验工艺流程 由于a 2 o 工艺经过多年的实际运行实践已经发展得相当成熟，a 2 o 工艺处 理城市污水运行稳定，出水水质好，有其独特的优势，本试验生物处理部分即 采用a 2 o 工艺，整个工艺采用前置化学磷回收强化生物处理法即a 2 o 的方式。 本试验前置磷回收部分由移动斜板沉淀池和磷回收池组成，生物处理部分由厌 氧池、缺氧池、氧化沟和二沉池组成。 试验前期只启动生物处理部分，进水采用某城市污水处理厂曝气沉砂池出 水，由潜水泵将水打入高位进水箱，然后由进水水泵将水抽进厌氧池内，然后 水流按厌氧池一缺氧池_ 氧化沟_ 二沉池_ 出水靠重力流动。混合液回流是由 氧化沟一缺氧池，污泥回流是由二沉池_ 厌氧池。生物处理系统稳定运行以后， 采用前置磷回收部分。在厌氧池内聚磷菌释磷，各反应器中厌氧池中磷浓度最 高，因此，通过侧流方式引出一部分厌氧上清液经移动斜板沉淀池的高效泥水 分离作用，然后至磷回收池。在磷回收池内投加化学沉淀剂，并加入氢氧化钠 溶液调节p h 值在适当的范围内，搅拌均匀，使污水与药剂充分混合反应，然后 静沉3 0 m i n ，反应后的去磷出水由蠕动泵抽入缺氧池参与后续生物反应过程。侧 流比( 相对于进水) 通过蠕动泵和流量计调节，本试验的侧流比取为0 、5 、1 0 和1 5 。 2 2 试验装置 本试验按5 0 l h 的设计进水量进行反应装置的设计，各反应器设计参数如表 2 1 所示，试验装置流程图和现场图如图2 1 和图2 2 所示。进水箱采用不锈钢 制作，体积约2 吨。各反应器均采用有机玻璃制成，其中厌氧池、缺氧池和磷 回收池为圆柱体，直径均为0 4 3 m ，氧化沟为单沟式氧化沟，二沉池采用固定式 斜板沉淀池，斜板倾斜角度为6 0 。，斜板沉淀池定期用自来水清洗去除斜板上附 着污泥，清洗周期为1 0 1 5 天。前置磷回收部分的沉淀池采用的是移动式斜板 试验材料与方法 沉淀池，斜板可在6 0 0 1 2 0 0 范围内灵活移动。迸水、混合液回流和污泥回流、 释磷上清液和去磷出水流量均采用不同型号蠕动泵控制。 从氧化沟回流到缺氧池的混合液回流比为1 0 0 q - - - 4 0 0 q ( q 为进水) ，二 沉池到厌氧池的污泥回流比为6 0 屯o o q ，从厌氧池到磷回收池释磷上清液侧 流量为o - q 5 q ，各流量均由蠕动泵和流量计控制。水流从厌氧池到缺氧池、 缺氧池到氧化沟、氧化沟到二沉池和出水均靠重力流动。氧化沟底部设两根穿 孔曝气管交错放置，曝气管长度约6 0 c m ，曝气强度0 5 2 o m 3 h 。缺氧区内搅拌 由机械搅拌和气搅拌共同作用，机械搅拌转速6 0 r r a i n ，气搅拌强度0 5 i n 3 l l 。氧 化沟内曝气量和缺氧池内气搅拌强度均由气体调节阀和气体流量计控制，采用 上海捷豹无油静音空压机供气。厌氧池采用水力搅拌，由蠕动泵( 2 0 0 r m i n ) 将 厌氧池上清液抽到底部与进水和底部污泥进行混合。试验主要设备如表2 2 所 示。 表2 - 1 各反应器设计参数 1 2 试验材料与方法 进水 q 崩 鬟 调节一 g 空压机 口圃 图2 1试验装置流程图 i 剩余污泥 图2 - 2 试验装置现场图 试验材料与方法 表2 - 2 试验主要设备 试验设备设备型号生产厂家 进水泵1 、混合液回流 主机b t 6 0 0 2 j 保定兰格恒流泵有限公司 泵2 和污泥回流泵3 泵头y z i l 2 5 主机b t 3 0 0 2 j 蠕动泵4 和5保定兰格恒流泵有限公司 泵头y z l 5 1 5 x l z s 塑料管转子流