城市污水的化学除磷及磷回收技术研究

　　摘要：随着我国相关建设不断加强，资源被过度开采和利用，在资源利用过程中产生了很多问题，目前的污染问题就是其中之一。由于磷的不正常使用和排放，导致水体富营养化以及赤潮等生态问题突出。文章结合工作实际分析了城市污水的化学除磷方法、磷回收技术，为城市污水处理以及磷处理提供了理论指导，以期促进城市建设和环境建设。
　　关键词：城市污水；化学除磷；磷回收技术；资源利用；环境污染；水体富营养化
　　磷矿作为一种重要的矿物质元素，一直以来受到人们广泛关注，但是随着社会发展以及建设的需要，人们对于磷矿的需求量也越来越大，长期的过度开采和利用，导致磷矿的储存量逐年减少。但是由于磷物质的不合理使用和排放也导致了一系列环境问题的产生。一般水体中的磷主要来自于农业生产以及洗涤剂的废液等，城市污水也是磷的一个重要来源。城市污水中含有大量的磷元素，长期排放会导致水体富营养化，尤其在部分沿海地区还直接导致赤潮等问题的产生，严重影响了生态环境，磷过度使用和不回收最终导致磷进入大海，而导致磷资源匮乏的问题。目前我国已经开始进行相关建设，控制磷的使用，并研究磷回收技术等。自2006年1月1日我国颁布《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）要求磷排放量要控制在0.5mg/L以来，大量的相关技术开始产生，包括生物除磷技术、化学除磷技术等。生物除磷方法具有一定的局限性，所以在当前除磷技术的使用中往往生物结合化学除磷的方法或者是运用化学除磷技术，以求达到最好的除磷效果。
　　1 化学除磷技术简介
　　化学除磷技术指的是利用化学方法除去水中磷元素的方法。一般化学除磷是向污水中加入化学物质，例如无机金属盐药剂等（原理：无机金属盐和水中的磷酸盐反应生成相应的非溶解性物质或者是颗粒状物质）。通过选择合适的化学药剂，可以对污水进行一定处理，使得污水进行沉析现象，同时也会发生化学絮凝现象，最终能够在化学作用下形成絮凝体，絮凝体是通过细小的非溶解状的固体物质相互黏结形成的，然后经过相关操作也可最终除去污水中的磷。
　　在进行化学除磷的过程中，应该注意选择合适的无机金属盐药剂，一般选用高价的金属盐离子，另外常用的还有氢氧化物、聚合氯化铝等物质。综合考虑各方面因素，例如造价、环境污染和工艺流程操作等多方面的因素，一般选用的高价金属离子，主要是铁盐和铝盐，例如Fe3+盐、Fe2+盐和Al3+盐。除了合适的无机金属盐之外，还要添加必要的氢氧化物，一般常用氢氧化钙和氢氧化镁，最终能够形成不溶物，例如碳酸钙、鸟粪石（MgNH4PO4・6H2O）等。
　　2 化学除磷工艺简介
　　在长期发展中出现了不同的除磷的工艺流程和方法，本文主要以化学药剂为基础进行研究。根据化学药剂投放地点的不同，一般可以把工艺流程分为三部分：一是前置除磷；二是同步除磷；三是后置除磷。下面就这三部分进行简单介绍：
　　2.1 前置除磷工艺流程简介
　　前置除磷工艺是在生产除磷工艺的前端投放化学试剂，并采取相应的除磷措施，一般现有的污水处理厂往往采用这一除磷技术。这一工艺流程和同步以及后置相比具有一定优越性，不仅能够实现除磷的要求，而且能够减少后续的相关操作，更加简便，除此之外，通过该工艺流程可以很好地进行磷酸盐的回收。
　　作为某些除磷中必不可少的一项操作，前置除磷要求把剩余磷酸盐含量控制在1.5 2.5mg/L之间，只有达到相应的质量指标，才能够进行下一步的相关操作。在该工艺流程中，一般直接向其中的沉砂池、初沉池的文丘里渠内加入相应的化学药剂，然后会直接生成相应的絮凝物或者是沉淀物，进行初淀池的过滤，经过过滤之后进行分离，完成相应操作。
　　2.2 同步除磷工艺简介
　　与前置除磷和后置除磷相比，同步除磷具有独特的优势，也成为目前应用最广泛的一种除磷手段。同步除磷是在曝气池出水和二沉池进水中进行化学药剂的投放，在这一过程中投放试剂生成相应沉淀物和絮凝物，并进行相应过滤和后续操作。在当前的实际操作中，一般是在活性污泥法工艺中使用同步除磷的方法。
　　2.3 后置除磷工艺简介
　　后置除磷又经常被称作是二段法除磷工艺，该工艺流程是在相应分离设施中将絮凝物、沉析物、生物处理相分离操作，最终能够使得污水处理达到相关质量标准，得到具有较高水质的回收水。后置除磷工艺中是在混合池中投放化学试剂的，并且反应之后进行絮凝以及沉淀，并配备相应装置，从而最终达到除磷的目的。
　　3 城市污水磷回收工艺简介
　　3.1 城市污水磷回收工艺概述
　　在城市污水中磷的含量较低，这样也给磷回收带来了极大的困难，大大提高了其成本，而且也存在一定的技术瓶颈。为节约成本，降低技术难度，目前主要的磷回收技术是把污水中的磷进行相应处理，然后聚集到活性污泥中，之后通过对污泥的处理实现磷回收。
　　一般在磷回收中采取前置磷回收的处理方法。首先对污泥进行浓缩以及脱水处理，处理之后返回污水处理厂的进水端进行下一步处理，但是由于污泥和污水存在一定差别，不仅进水量小，而且相应的磷酸盐含量极高，这样就大大增加了生化反应区的磷负荷。为解决这一问题，会直接对污泥进行单独处理，进行化学除磷之后再返回生化池。经过一系列处理之后，磷含量会急剧增加，这样最终形成的是鸟粪石沉淀，之后进行鸟粪石沉淀的回收。某些工艺流程中也可能会回收磷酸钙以及某些磷酸盐等，不过以鸟粪石的回收居多。
　　鸟粪石（MgNH4PO4・6H2O）作为一种不溶物，极难溶于水，是一种白色晶体。回收之后的鸟粪石可以直接作为缓慢释放肥料生产的材料，但是由于其中杂质较多，不能够作为磷酸盐被进行工业加工。碳酸钙在两方面都可以进行加工使用，既可以作为工业原料，又可以作为缓释肥的原材料。以磷酸铁、磷酸铝为代表的某些磷酸盐不能够作为工业生产的原料，也不能作为缓释肥的原料，具有一定局限性。因此，在实际的磷回收过程和工艺中，一般以鸟粪石以及磷酸钙的形式进行回收。
　　3.2 城市污水磷回收实例
　　这里以我国某污水处理厂为例进行介绍。该污水处理厂一共配备有3套污水处理装置，该装置的主要回收方式是以鸟粪石的形式进行回收。在生产过程中，需要对污泥消化液进行投料，一般以1 1的比例进行Mg（OH）2与NaOH进行投料，营造碱性环境，反应之后可以沉淀结晶形成鸟粪石小颗粒。该回收装置的磷回收效率达到90%，具有较好的回收效果。
　　3.3 城市污水磷回收当前存在问题
　　在进行磷回收过程中往往需要投入某些物质进行相应操作，一般会利用MgCl2或MgO等，这样就无形中增加了磷回收的成本，同时也会造成Mg的一定损失。
　　如果以磷酸钙的形式进行磷回收，还存在一个问题就是磷酸钙盐的溶度积比较低，如果利用这种方式就需要大量的钙盐，无形中增加了生产的成本。
　　4 结语
　　随着生产、生活的迅速发展，城市污水以及污水中磷含量过高问题也越来越突出，由于磷含量过高也对环境造成了极大的破坏，相关研究也不断增加，希望能够寻找科学、有效、低成本的除磷工艺以及回收磷技术。通过合理的处理能够有效回收磷，减少磷损失，减少环境污染，实现磷的高效利用，但是目前仍然存在问题，亟待每一位工作者进行研究和探索。
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