汙水除磷及回收技術

2019-02-27 16:17:22 湖北欧美色情在线環保石化設備有限公司

 磷來源於不可再生的磷礦石,通過化肥、農作物、人和動物,最終經填埋處理回到土壤中

。磷是一種不可再生的資源,如果不對磷進行回收,百年之後將會影響到人類正常的生產和生活。汙水中的磷主要來自生活汙水中的含磷有機物、合成洗滌劑、工業廢液、化肥農藥以及各類動物的排泄物。如汙水沒有完全處理,磷還會流失到江河湖海中,造成這些水體的富營養化。除磷方法可分為物化除磷法和生物除磷法及人工濕地除磷法。物化除磷法包括化學沉澱法、結晶法、吸附法。根據磷在汙水中不同的存在方式,應采用不同的除磷技術。1  汙水除磷方法

1. 1  化學沉澱法
化學沉澱法除磷的基本原理是通過投加化學藥劑形成不溶性磷酸鹽沉澱,然後通過固液分離將磷從汙水中除去,根據使用的藥劑可分為石灰沉澱法和金屬鹽沉澱法。化學沉澱法具有管理方便、占地麵積小、投資省、處理效率高等優點,但化學沉澱法投加藥劑費用太貴,且產生的化學汙泥含水量大,脫水困難,難以處理,容易產生二次汙染[ 1 ] 。

根據加藥點的不同,化學沉澱法除磷工藝可分為預沉澱、同步沉澱、後沉澱及兩點加藥工藝。這幾種工藝可以結合應用,但要注意混合與反應條件,通過紊流擴散與混合作用會出現良好的沉澱效果[ 2 ] 。
1. 2  結晶法
在汙水中,特別是城市汙水廠剩餘汙泥處理後的上清液及養殖廢水中,含有濃度較高的磷酸鹽,氨氮、鈣離子、鎂離子及重碳酸鹽堿度,通過人為改變條件(提高pH 值或同時加入藥劑增加金屬離子濃度) ,使不溶性晶體物質析出,主要是磷酸銨鎂晶體與羥基磷酸鈣。

結晶法除磷效率高,出水水質好,當其他水質指標達到規定值時,出水可滿足中水回用的要求;結晶法除磷使水中的磷在晶種上以晶體的形式析出,理論上不產生汙泥,不會造成二次汙染;結晶法除磷操作簡單,使用範圍廣,可用於城市生活汙水廠二級出水的深度處理、去除汙泥消化池中具有較高磷濃度的上清液等[2 ] 。
1. 3  吸附法
吸附法除磷是利用某些多孔或大比表麵積的固體物質,通過磷在吸附劑表麵的附著吸附、離子交換或表麵沉澱來實現汙水的除磷過程。吸附除磷的過程既有物理吸附,又有化學吸附。對於天然吸附劑主要依靠巨大的比表麵積,以物理吸附為主,而人工吸附劑較之天然吸附劑孔隙率及表麵活性明顯提高,以化學吸附為主[ 3 ] 。天然的吸附劑有粉煤灰、鋼渣、沸石、膨潤土、蒙托石、凹凸棒石、海泡石、活性氧化鋁、海棉鐵等;人工合成吸附劑在低磷濃度下仍有較高的吸附容量,有著巨大的優越性。現在已有Al ,Mg ,Fe ,Ca , Ti ,Zr 和La 等多種金屬的氧化物及其鹽類作為選擇材料。
1. 4  生物除磷法
在厭氧區(無分子氧和硝酸鹽) ,兼性厭氧菌將汙水中可生物降解的有機物轉化為VFAs(揮發性脂肪酸類) ,在厭氧條件下,聚磷菌吸收了這些以及來自原汙水的VFAs(VFAs 主要來自於汙水中可生物降解的組分,生活汙水中的VFAs 大約為總有機物的40 %~50 %左右) ,將其運送到細胞內,同化成細胞內碳能源儲存物(PHB) ,所需能量來源於聚磷的水解及細胞內糖的酵解,並導致磷酸鹽的釋放。進入好氧狀態後, 這些專性好氧的聚磷菌(PAOs) 活力得到恢複,並以聚磷的形式攝取超過生長需要的磷量,通過PHB 的氧化分解產生能量,用於磷的吸收和聚磷的合成,磷酸鹽從液相中去除,產生的富磷汙泥,通過剩餘汙泥排放,磷從係統中得以去除。
反硝化聚磷菌(DPB) 能在缺氧(無分子氧有硝酸鹽) 環境下攝磷,反硝化除磷細菌DPB 利用硝酸鹽為電子受體,產生生物攝磷作用。在生物攝磷的同時,硝酸鹽被還原為氮氣,這使得攝磷和反硝化脫氮這兩個不同的生物過程能夠利用同一類細菌、在同一個環境中完成。
1. 5  人工濕地法
濕地對磷有很好的去除效果,理論上人工濕地對磷的去除是植物吸收、基質的吸附過濾和微生物轉化三者的共同作用,各種附著生長和懸浮在水中的微生物,在生長繁殖過程中可以吸收和利用汙水中的無機磷酸鹽。部分研究發現:人工濕地植物根區磷酸酶活性與總磷的去除率相關性不是十分顯著[ 4 ] 。也有研究表明,濕地生態係統中的磷主要被截留在土壤中,而在植物體內和落葉中很少,而且僅有少數的水生植物可以吸收磷[6 ] ,大多數種類植物的根部對磷的吸收能力較弱,所以植物和微生物對磷的去除起得作用不大,不是除磷的主要過程。所以最主要的是基質對磷的吸附和沉澱作用。
一般濕地的除磷效率不是很高,在40 %~60 %之間[ 5 ] 。為了提高除磷效果,基質的選取有著重要的作用。目前常有的基質主要有:浮石、砂、活性多孔介質(L ECA) 、矽灰石和工業廢棄物的高爐渣和石灰等。
2  磷回收
從磷的可持續發展、回收磷潛在的市場價值的角度來看,磷的回收勢在必行。在目前對汙水回收磷的研究與應用中,以鳥糞石形式回收磷的實例居多,其次是磷酸鈣和磷酸鋁。鳥糞石(磷酸銨鎂) 含有氮、磷元素,所以其回收必然會降低剩餘汙泥中的氮、磷含量,特別是對於磷元素的影響將非常明顯。汙水中氮磷比通常為8∶1 ,而鳥糞石中二者比例為1∶1 ,所以理論上回收鳥糞石可以使汙水中的氮降低12. 5 %[ 6 ] 。
如圖1 所示,在穩定區內Mg2 + ,NH4+ 以及PO4
3 - 濃度較低,
且都以離子狀態存在,不產生沉澱;不穩定區內Mg2 + ,NH+4 以及PO43 - 濃度較高,其離子積大於溶度積,極易生成顆粒微小的晶體(即化學沉澱) ,沉澱法形成的化學汙泥含水率高,磷酸鹽也難以達到太高的純度,回收困難;兩曲線之間的這個區稱為亞穩區,這時Mg2 + ,NH+4 以及PO4
3 - 離子積小於濃度積,通常不會產生沉
澱。若在反應器中投加晶種,則可以加快晶體成核速度,使其結晶於晶體表麵,同時有利於晶體與水的分離,減少因晶粒微細所造成的隨出水流失,以提高除磷效率與回收率。所要做的就是將反應控製在亞穩定區,這時磷酸銨鎂反應處在結晶過程,晶體可以自發的析出到晶種上,以此實現磷的回收。
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目前荷蘭開發出DHV —結晶法,南非開發了CSIR 流化床,日本有Kurita 固定床—結晶沉澱。
另外,對汙泥進行加熱是一種實現磷回收的簡單有效的方法,在70 ℃對汙泥加熱1 h ,能使生物固體中的聚磷酸鹽大量分解釋放,再加入氯化鈣進行沉澱,能獲得汙泥中總磷的75 %左右;還可以利用具有高吸附能力的物質對磷吸附截留實現磷回收,反應所得混合物可以用來作肥料。
3  結語
隨著時代的發展,汙水除磷技術也在不斷地進步,可以根據不同的條件,合理選擇不同的除磷方法,以期達到最好的效果。當前,為了實現磷的可持續發展,有必要從現在起研發從汙水或汙泥中分離磷的技術,最大限度地實現汙水磷回收。無論是應用廣泛的化學沉澱法、生物處理法,還是日益受到重視的吸附法和結晶法,都存在各自的弊端,因此,還需進一步加強對除磷技術的基礎研究,研製開發適合我國國情的新型除磷工藝。