除磷原理与工艺

磷在污水中的形态

磷在污水中是以不同形式的磷酸盐存在(图 3-21)，根据物理特性 (0.45m 微孔滤膜)可以将污水中的磷酸盐物质分成溶解性、颗粒性(粒径可以穿透0.45m 微孔滤膜) 两种形态。按化学特性则可以分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称为正磷、聚磷和有机磷。

其中正磷、聚磷均为溶解性的，大部分的有机磷是颗粒性的。聚磷可以水解为正磷，大部分溶解性有机磷也降解为正磷。

生物除磷及其工艺

一般认为，生物除磷过程中细菌吸收大量的磷酸盐，磷酸盐作为能量的贮备，在厌氧状态下用于吸收基质，释放磷;在好氧以及缺氧条件下，吸收磷，形成磷酸盐贮存物 (图322)。这是一个循环的过程，细菌交替释放和吸收磷酸盐。其中细菌在好氧条件下吸收的磺远大于厌氧条件下释放的磷，吸收大量磷的污泥及时排出系统外，从而使磷得以有效去除。该细菌统称为聚磷菌。

聚磷菌PAOs(Phosphate Accumulating Organisms)的作用机理见图

在好氧条件下聚磷的累积可以按简化的方式描述如下：

一般在好氧生物处理过程中形成的生物体，其含磷量占其干重 2%~3%，通过剩余污泥的排放可以获得10%~30%的除磷效果。生物强化除磷 (Enhanced Biological PhosphattRemoval，EBPR)超量储存磷 (luxury uptake)剩余污泥的含磷量达到污泥干重的3%~7%，出水中磷浓度明显下降。活性污泥法除磷流程见图 3-24。

图 3-25 为同步生物脱氮除磷工艺流程示意图，其中包含磷在流程开始处厌氧反应器内的生物沉淀。流程中设置好氧区的目的是为了实现彻底的硝化。在第一好氧区和第一缺氧区之间有内回流，采用高回流比。第一缺氧区硝酸盐去除率高于 80%，剩余的硝酸盐在第二个缺氧区被去除。混合液在进人二沉池分离污泥前还需通过第二好氧区做进一步硝化。

辅助化学除磷当污水经生物处理后，其出水总磷不能达到排放要求时，可以辅以化学除磷法进行强化。辅助化学除磷采用生化曝气池的前置投加、后置投加和同步投加，也可以采用多点投加。

辅助化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中除去。可用于辅助化学除磷的金属盐药剂有 3 种，钙盐、铁盐和铝盐。最常用的是石灰[Ca(OH)2]、硫酸铝[Al(SO)·8H0]、铝酸钠(NaAl0)、三氯化铁(FeCl;)、硫酸铁 [Fe2(SO4);]、硫酸亚铁 (FeSO.)和氯化亚铁 (FeCl2)。二价钙除磷 通过投加Ca(OH)或 Ca来形成磷酸钙类沉淀物除磷。磷酸钙类沉淀物多种多样，如基磷灰石、磷酸二钙、碳酸钙、B-磷酸三钙等。二价钙除磷的主反应如下:

通过调整活性污泥法的工艺，可使微生物细胞对磷的摄取量超过其正常新陈代谢所需的磷量。在传统活性污泥法中，细胞含磷率占干重的 1.5%~2.0%，而经过调整活性污泥法的工艺，细胞含磷率可上升至3%~6%。

磷的强化吸收可通过使混合液经历厌氧/好氧 (A/0) 过程来实现。在厌氧阶段，微生物摄取有机碳的发酵产物，如乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸 (VFAs)，并贮存在微生物细内。微生物在摄取 VFAs 的同时，释放出磷。在好氧阶段，储存在细胞内的 VFAs 等有机碳被氧化，同时水中的磷以聚磷酸盐形式被细胞强化吸收。

活性污泥法中磷的强化去除主要来自聚磷菌的作用。5~20C时聚磷菌对磷的吸收总量受温度的影响不大。

厌氧反应器中 VFA 与磷(P) 的质量比值，以及好氧反应器中微生物停留时间，VFA的利用率与有机碳基质的厌氧发酵条件和碳基质的生物可降解性 (BOD，是影响生物除磷效果的主要因素。有报道认为当泥龄由 4.3d 上升至8d时，BOD; 与P的去除比从19 上升至.26，同时活性污泥中的含磷量从 5.4%下降至3.7%。

以除磷为目的的生活污水厌氧反应器的容积可根据进水流量设计，使水力停留时间为1~2h。若废水 BOD5 与TP的比值高，停留时间可以较短;若废水含难溶颗粒和难以生物降解的有机物，则停留时间须较长，使颗粒 BOD有时间分解成易降解的 BOD。硝酸盐应尽可能在厌氧反应器前去除，因为硝酸盐会阻碍 VFAs 的生成。

好氧反应器的设计与传统活性污泥法相同，并根据有无硝化作用来确定泥龄。一般而言，当好氧反应器中包含有硝化作用时，应同时设置缺氧区进行反硝化，以防止硝酸盐进入厌氧反应器。通常，活性污泥对磷的固定作用与产泥量一样会随泥龄的增加而下降。因此

对于给定的残余磷浓度，废水的 BOD:P 比值须随好氧反应器的泥龄上升而加大。为使活性污泥过程出水的磷浓度尽可能低，须确保二沉池固液分离效果;使出水中悬浮固体浓度尽可能低，因为悬浮固体中磷浓度较高。同时剩余污泥必须维持在好氧状态，以防止磷在厌氧状态下释磷发生流失。

图 3-23 为生物除磷工艺流程示意图，流程中包含投加石灰进行化学去除工序。图中微生物细胞中的磷经厌氧过程释放进入水中，随后含磷废水与石灰反应生成磷酸钙沉淀。因此，此流程是利用微生物将废水中的磷进行浓缩，然后用石灰沉淀。

二价钙除磷须将 pH 调到 10.5左右，才能使残留的解磷浓度降低到较低值。但在这个 pH 条件下，水中的碱度和二价钙发生副反应。污水碱度所消耗的二价钙通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的二价钙量要大好几个数量级。

因此，二价钙除磷所需投加的药剂量基本取决于污水的碱度，而不是污水的含磷量，满足除磷要求的二价钙投加量大致为总碳酸钙碱度的 1.5 倍。由于二价钙除磷需控制 pH，过高的 pH 会抑制和破坏微生物的增殖和活性。因此二价钙法不能用于协同沉淀，只能用于前置沉淀或后置沉淀除磷。

三价铁盐和铝盐除磷。就沉淀而言，Fe3+和 A13+的特点相同，下面以 Me3+表示

这两种沉淀反应都伴随着碱度的减少，因而导致 pH 值的下降。沉淀过程的本质是使大量的金属离子以磷酸盐的形式沉淀。虽然氢氧化物沉淀是一个缺点，但其在絮凝方面发挥了作用，胶体粒子为絮凝体吸附而去除，而这一过程中磷化合物也得到去除。3 二价铁盐除磷。亚铁离子 Fe2+，由于它的价格低于三价铁离子而经常用作沉淀剂亚铁离子有效去除磷有两条途径:将亚铁离子氧化为铁离子或与钙联合沉淀。

将亚铁离子氧化为铁离子:在实践中，把 Fe2+加到污水生物处理厂的 MBR 曝气池中

反应过程消耗氧和酸度，因而产生碱度，改善运行条件。与氧化有机物的需氧量相比曝气系统增加的额外负荷并不明显。@二价铁与钙联合沉淀。通过 Fe2+ 和 Ca2+ 的结合，能够有效地沉淀除磷，沉淀产生的主要是磷酸钙铁复合物，碳酸亚铁为副产物。磷的化学沉淀过程分为 4 个步骤:混合、凝聚、絮凝、固液分离。沉淀和凝聚可瞬间完成，这两个过程是同时发生的，在一个混合单元内完成。