污水处理技术工艺

含磷废水处理技术研究进展

发布日期:2019-07-11 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

磷是水体富营养化的限制因素。从废水中去除磷是控制水体富营养化的关键,也是回收磷的重要途径之一。本文详细介绍了含磷废水处理方法的原理,特点和研究现状,包括生物,化学,吸附和结晶方法。综合分析表明,该研究成本低廉,具有选择性和简便性。再生水处理方法是未来含磷废水处理领域的主要发展趋势,未来磷的回收将是水处理过程中的重要环节。

目前,水体富营养化已经引起了人们的广泛关注。富营养化引起的水质恶化严重影响了人们的生产和生活。富营养化是指在人类活动的影响下,生物体所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河流等缓慢流动的水体,导致藻类和其他浮游生物迅速繁殖,使其数量减少的现象。水中的溶解氧,水质恶化,鱼类和其他有机体大量死亡。富营养化水体中磷的来源主要是从外界进入水体的磷(农业施肥、含磷工业废水达标排放等)和沉积物中释放的磷。水体。其中,外源污染是磷的主要来源。湖泊、水库和河流中80%的磷来自污水排放。

磷通常以低浓度磷酸盐的形式存在于废水中,包括有机磷酸盐、无机磷酸盐(主要为邻磷酸)和多磷酸盐,其中以邻磷酸和多磷酸盐为主要形式,当然,不同来源的废水和各种形式的磷含量也各不相同,典型生活污水中的总磷含量为3至15毫克/秒-1(磷);

在新鲜生活污水中,磷酸盐(磷)的分布大致如下:正磷酸盐5 mg·L-1,三聚磷酸盐3 mg·L-1,焦磷酸盐1 mg·L-1和有机磷

结果表明,磷是大多数水体富营养化的控制因素。因此,控制磷的浓度尤为重要。污水处理厂出水中的磷含量必须达标后才能排放。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)[3]的一级标准是磷酸盐(以p计)=0.5 mg/l-1,二级标准是磷酸盐(以p计)=1.0 mg/l-1。因此,进一步研究污水除磷技术和控制磷排放已成为当前亟待解决的问题。同时,由于农业化肥使用的需要,天然磷资源也在减少。因此,深度处理磷的回收利用也是今后的一个主要关注点。

1 含磷废水的处理方法

在处理含磷废水时,采用了各种脱磷工艺,包括生物法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法,以及这些方法的综合应用。所有除磷技术都是利用废水中磷循环转化为不溶性磷酸盐沉淀的过程,或是结晶吸附的过程,或是利用细胞合成吸收磷进入污泥细胞。然后用沉淀、过滤等方法将固体与水体分离,从而从污水中除去磷。

1.1 生物法

1.1.1生物除磷原理

生物除磷技术在20世纪80年代在欧洲得到了广泛应用,它是一种通过微生物生理活性(代谢)将磷从污水中转移到污泥细胞中,并将磷从处理系统中排出的除磷技术。除磷原理是以聚磷菌在厌氧条件下释放磷,在好氧条件下吸收多余磷的原理为基础,通过好氧-厌氧交替操作实现。目前除磷的方法。其中,特定的生物除磷过程是:在厌氧条件下,兼性细菌聚磷菌受到抑制,必须吸收污水中的有机碳源(可溶性BOD转化产物,即低分子挥发性有机酸(VFA))才能达到维持生存,并将有机物转化为细胞内碳储能聚合物β。-储存羟基丁酸盐(PHB)/聚羟基戊酸盐(PHV),该过程所需的能量来自多聚磷酸盐的水解和细胞内糖的水解,从而完成磷的厌氧释放。在有氧条件下,P-积累菌的活性恢复。通过利用PHB/PHV的氧化代谢产生的能量,它吸收的磷比需要生长的磷多几倍,并以聚磷酸盐的形式储存。相关数据表明,好氧条件下吸收的磷是厌氧条件下释放的磷的11倍,因此水中的磷可以大量吸收到细菌细胞中,然后通过剩余污泥排放系统,从而实现磷的再利用。电影。

1.1.2生物除磷特性

生物除磷是一种相对经济的除磷技术[5]。在适当的条件下,该方法可以去除污水中90%的磷,现在用于城市污水处理厂的低磷。其特点如下:

(1)生物除磷主要取决于废水中有机物(BOD)的浓度。进水BOD5/TP比会影响除磷效果。一般认为,如果将污水中的磷含量控制在1.0 mg/l-1以下,进水中的BOD/TP应控制在20至30[6]。因此,生物除磷脱氮工艺适用于中高BOD5(>200mg L-1)废水的处理。

(二)环境温度、ph值、溶解氧等因素影响生物处理效果的。生物除磷适用于中性和微碱性条件。

(3)泥浆的长度直接影响脱磷和脱氮效果。因此,生物处理部分应及时排出泥浆,否则厌氧菌会分解污泥中的多磷酸盐,导致磷的二次释放。

1.1.3生物除磷研究现状

近年来,生物除磷强化工艺因其持续有效的特点而成为生物除磷的热点。人们普遍认为,ebpr需要最佳的厌氧保水时间才能获得稳定的除磷速率。

M Vargas等[7]在连续好氧条件下进行了EBPR-SBR实验,以测试EBPR是否可以在连续好氧环境中使用丙酸盐作为唯一碳源。结果表明,系统处于好氧环境46天后,多磷酸盐细菌比例从70%降至50%,系统恢复到标准厌氧 - 好氧条件,多磷酸盐细菌比例增加。这是72%。在整个研究过程中,多磷酸盐细菌始终占主导地位,并保持稳定的除磷率。因此,可以得出结论,使用丙酸盐作为碳源可以在某些需氧条件下维持多磷酸盐细菌的存活状态。 M Pijuan等人的研究。 [8]已经表明污泥中的多磷酸盐细菌(PAO)会在持续的有氧作用下增加。在使用乙酸盐作为有机碳源的SBR反应器中也观察到上述现象。然而,该实验在前4天仅具有良好的磷去除率,表明测试的好氧SBR条件不能提供稳定的磷去除率。由于乙酸和丙酸是污水中两种常见的有机酸,Chen等人。 [9]表明,适当去除污水中的丙酸可以提高废水中磷的去除率约72%至近90%。 。然而,进一步的研究[10]表明,当污水中的丙酸含量增加时,微生物的驯化对生物处理系统中各种物质的代谢和磷的去除率具有显着影响。

Ahn等人[11]提出了一种好氧SBR环境下除磷的新方法,即暂时分离碳源和磷酸盐。结果表明,该方法可将磷的质量浓度从10-12 mg L-1降低到0.1 mg L-1以下,且该新工艺也适用于低COD浓度的废水。

总之,生物除磷技术可以合理利用原有的废水生化处理设备,同时去除有机物,操作成本低,缺点是工艺操作稳定性差,而且除磷的效率随取水量的水质(ph值、有机浓度、含磷量)和边界条件(温度等)的变化而有很大差异,不能进行磷的回收。在许多情况下,难以达到磷的排放标准,因此需要加入化学除磷技术进行辅助处理。

1.2 化学法

化学沉淀除磷是最早和最广泛使用的除磷方法。通过添加化学试剂将污水中的磷转化为不溶性磷酸盐沉淀物,然后通过固液分离将其转移到污泥中来实现化学脱磷。该方法的主要目的是通过调节pH值和控制金属离子与磷的浓度比来形成最稳定的难溶性金属磷酸盐。其中,磷的化学沉淀分为四个步骤:沉淀反应,凝结,絮凝,固液分离[12]。根据该过程中化学品的不同剂量点,磷酸盐沉淀过程有三种类型:预降水,协同降水和后降水。

1762年发现化学沉淀后,自1870年以来,它已成为英国一种实用的污水处理方法。目前,化学除磷仍然是许多污水处理厂的主要处理环节。例如,挪威最大的污水处理厂(奥斯陆西部)[13]采用化学预沉淀技术。磷的去除率在90%以上。它的BOB5去除可以达到与常规生物处理相同或更好的处理效果,也解决了常规生物处理厂的超负荷问题。

1.2.1化学除磷原则

在化学沉淀中,通常认为磷酸盐沉淀是电中和沉淀,其中配体参与竞争,即,通过PO43-与金属盐离子的化学沉淀除去。能够有效去除磷的金属离子是:钙,铁,铝,镁等。通常使用的三种金属沉淀剂是铁盐,铝盐和石灰。反应方程式总结如下:

M3++PO43-→MPO4↓(M:Fe,Al)

M3 ++ 3HCO3-→M(OH)3 +↓3CO2

铝盐去除磷的原理是,当铝盐分散在水中时,一方面,Al3 +与PO43-反应生成磷酸铝沉淀物;另一方面,Al 3+水解形成单核配合物Al(OH)2+,Al(OH)。 2+和AlO2-等,单核配合物通过碰撞进一步缩合,从而形成一系列多核配合物Aln(OH)m(3n-m)+(n> 1,m≤3n),这些铝多核配合物往往具有高正电荷和比表面积,能快速吸附水中带负电的杂质,中和胶体电荷,压缩双电层,降低胶体电位,促进胶体和悬浮固体的快速去稳定化。 ,凝结和沉淀,显示出良好的除磷效果。其中,pH值是影响铝盐除磷效果的主要因素,最佳pH值为沉淀物的溶解度为6。

对于铁盐[14],当添加Fe2+以去除水中的磷以形成磷酸盐沉淀时,将发生以下相关反应。反应产物具有絮凝作用:磷酸铁[Fe(PO4)x(OH)3-x]沉淀;磷酸盐对某些胶体氧化物或氢氧化物的吸附;多核氢氧化铁(III)悬浮液。身体的作用产生不溶于水的金属聚合物。上述工艺的聚合可以降低水中磷酸盐的浓度。化学试剂在磷酸盐沉淀过程中的水解产物可以通过化学吸附与磷酸盐络合形成复合沉淀。

1.2.2化学除磷特性

化学除磷基本上是物理和化学过程。其优点是处理稳定可靠,操作简单,弹性高。在处理和处理过程中污泥不会再次释放磷,并且其承受冲击载荷的能力也很强。缺点是化学除磷过程产生大量的含水化学污泥,难以处理。另外,药物的成本高,残留金属离子的浓度也高,流出物的颜色增加。

1.2.3化学除磷研究现状

在多年研究的基础上,Liuyungen提出了一种废水除磷的新工艺——固定化活性氧化锑的化学吸附除磷技术和多孔性除磷技术。采用较大的表面积和高分散性的活性氧化镧元素将其加载到多孔载体上。配合化学除磷,除磷效果较好,反应完成后可回收,避免二次污染的问题。jtHistleton和其他人[16]实验表明,影响化学除磷效果的最重要因素是溶液的ph值,其次是溶解氧浓度(do)和氧化还原势。实验结果表明,在最佳实验条件下,系统的质量浓度为1.0~5.7 mg<UNK>·l-1,ph值在7.5~8.0之间,氧化还原势为57~91 mv。68.7%的2价铁盐可以转化为3价铁盐。加入氯化亚铁可以将废水中磷的质量浓度降低到2mg<UNK>·l-1,最佳的加入质量比为fe:p=3:1。研究了云安洲[17]磷酸化氯化铁与单宁酸(ta)的增强作用。单宁酸是一种天然聚合物。实验表明,单宁酸的加入会在磷溶液中产生ta-fe-p混合物,加速形成絮凝物,减少溶液中残留的3价铁离子,从而提高除磷效率,降低水色。

开发新型混凝剂,降低化学药品成本,提高除磷效果,研究结合生物法协同除磷,废水中磷回收技术同时考虑磷回收技术将是化学除磷的发展趋势。

1.3 吸附法

1.3.1吸附法除磷原理

吸附是废水处理特别是工业废水处理中的一种重要的物理和化学方法。这是一种利用某些多孔或大比表面积固体物质与水中磷离子的亲和性来实现废水脱磷的方法[1],.磷在反应过程中的吸附包括固体表面的物理吸附,离子交换和固体表面沉积形式的化学吸附。通过进一步解吸可以回收磷资源。

吸附法中使用的吸附剂大多使用多孔结构或粉末状物质。除了分子之间的吸引力之外,吸附剂和吸附物之间的力还具有化学键和静电吸引力。吸附过程的关键是找到合适的吸附剂来实现废水的除磷过程。其中,要求除磷吸附剂的选择满足以下条件:(1)高吸附容量; (2)吸附速度快; (3)无有害物质溶解; (4)吸附剂易于再生,性能稳定;容易获得和低成本。

1.3.2吸附法除磷研究现状

在近年来的废水处理中,许多低成本和容易获得的材料,如活性红土[18]、高炉渣[19-20]、钢渣[21-22]、渣[23]等已得到广泛研究,并有成功的除磷的例子。

例如,沸石是由火山熔岩形成的框架状铝硅酸盐矿物。它具有独特的吸附性,离子交换和离子选择性。孔隙和通道中的阳离子也具有强选择性离子。交换性能可用于从废水中去除氨氮和磷以净化水。王世龙等[24]研究了沸石用量,废水酸度,接触时间,温度和磷浓度对除磷效果的影响。结果表明,在pH值为2~10的废水和0~100 mg·L-1的磷浓度范围内,磷与沸石的比例为1:200,磷的去除率达到90%。废水pH接近中性后。

研究[25-26]表明,粉煤灰具有很高的活性,在一定的条带条件下能有效地去除磷酸盐溶液和生活污水中的磷。研究了粉煤灰对含磷废水除磷的一般规律。研究了粉煤灰的酸碱度、浓度和粒径对平衡吸附能力的影响。结果表明,粉煤灰除磷工艺简单、经济,具有良好的除磷效果。磷的去除率在91%以上。

炉渣是钢铁冶炼过程中产生的固体废物。炉渣中的绝大部分含有硅、钙、镁、铝、铁等多种作物生长所必需的元素。仅高炉炉渣中三种成分的含量就约为90吨,因此可视为sio2-al2o3-cao。

与化学沉淀法相比,该吸附法吸附速度快,操作简单,吸附产物可循环使用,不会对环境造成二次污染。缺点是吸附剂的抗干扰,溶解损失和再生仍然存在一些问题。因此,寻求在吸附能力方面具有优异性能的高效吸附剂,或使用废渣改性来提高除磷效果是通过吸附除磷的发展趋势。

1.4 结晶法除磷

1.4.1结晶除磷原理

晶化除磷是为了加入结构和表面性质与不溶性磷酸盐相似的固体颗粒(不溶磷),以含钙的钙离子和氢氧化氢酸反应的基本产物:吸除它的钙离子和氢氧化钙作用的产物,用磷酸钙沉淀在除磷剂上作为结晶核,达到除磷的目的,绝大多数的磷作为结晶的方法是含钙的矿物材料,如磷矿石、骨、高炉、炭石等,在此方法

3HPO42- + 5Ca2 ++ 4OH - →磷灰石Ca 5(OH)(PO4)3↓+ 3H2O

许多废水由于含有磷酸钙等化合物而过度饱和,但很少发生沉淀过程。添加原子核的目的是在钙和磷之间建立平衡,因为原子核结晶可以降低界面能并启动沉积过程[30]。

1.4.2结晶除磷特性

(1)通过结晶去除磷,磷沉淀在核的表面上,只有核变大。该方法的优点是它提供了沉淀剂,因此在处理过程中产生的污泥量少于化学沉淀法。通过结晶获得的许多产品也可以在肥料生产中作为原料再循环。

U Berg[27]以富含钙钛矿的方解石和钙钛矿的破碎混凝土为种晶,对连续流动的固定膨胀床柱进行了试验研究。实验表明,钙钛矿破碎混凝土能有效去除有机废水中的磷。在适宜的条件下,磷的去除率可达80%-100%,从而生产出磷含量为10%的产品。产品的理化性质证明,产品中的磷可以回收。

(2)影响结晶除磷的主要因素是废水的ph值、反应器中碳酸的去除效果和晶体种子的质量。

由于磷灰石的溶解度随着碱度的增加而降低,因此废水的pH值增加,这有利于磷的去除。液压负载也是动态运行的重要因素。另外,不同的载体对晶种的培养有很大的影响。多孔陶粒和石英砂的对比试验[28]表明,使用多孔陶粒作为载体形成晶体是更好的,并且晶种的连续流动用于去除磷。 ,以获得满意的结果。

结晶除磷工艺一般采用过滤水通过法,占地面积小,管理成本低,易于控制。但当污水中含有大量有机物时,很容易造成除磷剂失效,大量固体悬浮物也会造成反应塔堵水。因此,该方法作为一种先进的处理方法是可行的,对防止污水的富营养化和深度脱磷是非常有效的。

结晶可以与其他方法结合来除去磷。其中,混凝沉淀-结晶联合处理技术可以处理高浓度磷废水,达到高磷去除率,是一种可靠的高浓度磷废水处理方法。

1.5含磷废水的其他处理方法

除了最广泛使用的除磷方法之外,还有离子交换方法,电渗析方法等,并且土地处理系统也可用于废水的脱磷。

1.5.1 离子交换法

离子交换是利用多孔阴离子交换树脂去除磷的一种方法。反应的一般形式可概括如下:

h2po 4-+rnh2·clrnh2·h2po 4+cl-离子交换除磷存在树脂药中毒、树脂再生困难、污水中某些离子的选择性去除、交换容量低、选择性差等问题,因此这种方法在实际应用中较为困难。

1.5.2 电渗析除磷

电渗析除磷是一种膜分离技术。电渗析室的进水经过多对阴、阳离子渗透膜,阴、阳离子膜之间施加直流电压。在外加电压的影响下,小离子通过膜进入溶液的另一侧,实现分离。预处理和离子选择性在电渗析除磷中尤为重要。高浓度废水必须进行预处理,而高选择性防污膜仍在开发中[12]。实际上,电渗析除磷只是一种浓缩磷的方法。它不能从根本上自行除磷。

1.5.3土地处理系统方法

土地处理系统在人为可控的条件下将废水分配到土地上,并通过土壤植物系统完成一系列物理,化学和生化净化过程。人工湿地的磷去除包括基质吸收和过滤,植物吸收,微生物去除和物理化学效应。通过基质中的吸收和过滤除去无机磷根据填料而不同。如果土壤中含有更多的铁和氧化铝,则有利于形成低溶解度的磷酸铁或磷酸铝,使土壤能够固定磷。容量大大增加;如果砾石用作填料湿地,砾石中的钙会形成不溶性磷酸钙并从废水中沉淀出来。

2.第二步。含磷废水中磷的回收利用

磷一方面会引起水体的富营养化,另一方面又是植物生长不可或缺的因素。目前全球约有80个磷矿被用于生产各种磷肥,其余的被用于制造黄磷和其他磷酸盐。应用领域涉及化工、轻工业等工业部门。然而,随着磷资源的大量开采和消耗,磷的不可再生性及其不可替代的生命本质决定了磷资源的循环利用将成为未来可持续发展过程中的一个迫切问题。因此,废水除磷的最高目标是从污水处理的不同环节回收和再利用磷资源。

在意大利,日本,英国等国家,污水处理厂已用于生产磷回收设备,大多采用富磷污泥脱水上清液,厌氧污泥消化液和富磷废水作为磷源,鸟类降水如页岩,磷酸钙等是一种广泛使用的回收形式。此外,还研究了诸如结晶,离子交换和从污泥焚烧灰中回收磷的方法。

在磷的回收方面,环境研究生物生态工程实验室对氮磷去除技术的改进和磷的回收技术进行了评价,引起了越来越多的关注。建立了磷回收示范实验模型体系,建立了磷回收利用中试装置。污水处理系统采用磷吸附剂除磷装置进行除磷。将吸附剂粉碎再生后用于农田系统,实现磷资源的回收利用。图1是由生物生态工程实验室设计的磷回收系统。

3 废水除磷技术的发展趋势

目前,各种除磷方法各有优缺点。相比之下,该生物方法适用于处理磷浓度较低的有机废水,往往需要二次除磷处理;化学沉淀法对高浓度含磷废水更为有效,但要密切关注废水的pH值,以达到最佳处理效果;离子交换法和吸附法对高浓度和小批量工业废水具有良好的处理效果。在选择除磷方法时,应根据当地的具体水质特征和环境条件合理选择除磷过程,即应综合考虑废水磷含量,类型和含量等因素。其他离子,处理规模和用水需求。达到最佳的除磷效果。

环境工程的发展趋势是越来越重视廉价高效的替代技术。如果我们能充分利用丰富的自然资源或工厂的副产品和废弃物来除磷,将在很大程度上降低成本。由于磷的自然资源有限,今后的研究不仅集中在去除废水中的磷,而且集中在磷资源的回收上。因此,一系列低成本、选择性好、易再生、可循环利用的磷资源水处理方法已成为废水处理研究的趋势。

含磷废水处理技术研究进展

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