城市污水處理廠處理低濃度磷的工藝選擇

1、城市污水處理廠處理低濃度磷的工藝選擇1儲冬曙鄭筱黑陶明清(江蘇中天環(huán)境工程有限公司江蘇鎮(zhèn)江電力路59號四樓 212003 0511*摘要:本文簡要介紹了各種城市污水除磷技術(shù),著重綜述了目前國外污水處理廠正在運(yùn)行的出水磷濃度低于0.1mg/L的污水除磷技術(shù)及投資和運(yùn)行成本。其中主要技術(shù)是生物脫氮除磷+絮凝沉淀+沙濾技術(shù)組成的工藝,該工藝所采用的主要技術(shù)在國內(nèi)也有很好的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),而且投資和運(yùn)行成本僅比我國正在運(yùn)行的生物脫氮除磷工藝增加20%,在經(jīng)濟(jì)上完全能夠承受。關(guān)鍵詞:除磷,富營養(yǎng)化,生物除磷,化學(xué)除磷,過濾Low cost wastewater treatment process for

2、 low concentration phosphorus removalChu dongshu Zhengxiaohei Taomingqing(Jiangsu sino-environment engineering Co.,LTD. Zhenjiang 212003Abstracts: The successful stories for restoration of lake in USA tell us that it is a necessary to remove micro phosphorus in wastewater for some lake. Here we revi

3、ew technology, capital and cost of main processes for removal micro phosphorus in wastewater in USA. The main process is AAO + chemicals addition + clarifier + sand filter. They are all used in China for many years. As the capital and cost for the process is 15-20% more than AAO process, it is possi

4、ble in China to build and operate the process for removal of micro phosphorus in wastewater in China.Keywords: phosphorus removal, eutrophication, biological nutrient removal, chemical phosphorus removal, filter1.引言防止淡水湖泊水華發(fā)生的主要措施是控制水中磷的濃度1,使其低于富營養(yǎng)化危險(xiǎn)濃度。通常需要將水中磷的濃度降低到0.01-0.02mg/L以下2。經(jīng)過二級處理的城市廢水含磷量高

5、達(dá)0.5 -1.0mg/L,常常成為人口密集地區(qū)湖泊中磷的主要來源。例如,德國全面調(diào)研結(jié)果表明,水生生態(tài)系統(tǒng)中的60%磷來自城市污水處理廠出水3。美國也有類似的發(fā)展趨勢4。因此,在發(fā)達(dá)國家,很多污水處理廠采用三級處理,使出水總磷濃度<0.01-0.1mg/L,例如,美國Spokane河流域要求污水處理廠出水總磷濃度低于0.01mg/L5, Onondaga湖流域要求污水處理廠出水總磷濃度低于0.02mg/L6。在很多流域治理規(guī)劃中,美國政府常要求城市污水處理廠在生物脫氮除磷工藝技術(shù)基礎(chǔ)上增加三級處理,以除去微量營養(yǎng)鹽7。我國很多湖泊,處于人口密集和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市附近,城市污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)排放

6、,其所含的污染物和營養(yǎng)鹽濃度仍然過大,帶來的營養(yǎng)鹽常常使湖泊水中營養(yǎng)鹽超過富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)。例如,每年排入滇池的城市污水量為3.4億方,而滇池的年進(jìn)水總量為6.65億方8,當(dāng)城市污水經(jīng)處理后,含磷平均濃度為0.5mg/L,則給滇池的總磷平衡濃度貢獻(xiàn)值將達(dá)到0.256mg/L。因此,必須制定更加嚴(yán)格的污水處理要求和出水含磷標(biāo)準(zhǔn),才能達(dá)到湖泊富營養(yǎng)1作者簡介:儲冬曙,工程師,主要從事給排水工作化治理的目的。了解國外發(fā)達(dá)國家目前在城市污水處理工程中,所采用的除去污水中低濃度磷的技術(shù),對于我國的污水處理事業(yè)和湖泊富營養(yǎng)化治理,是非常重要的。2.城市污水除磷技術(shù)除磷技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的,目前的主

7、要除磷技術(shù)見表19。最早發(fā)展了化學(xué)除磷技術(shù),目前還在廣泛使用?；瘜W(xué)沉淀技術(shù)是利用金屬鹽與溶解性磷酸根形成沉淀除去水中磷。使用非常靈活,可用于一級處理,二級處理,三級處理和側(cè)流生物除磷。生物除磷技術(shù)是1960s開始發(fā)展的,目前已成為污水處理廠除磷系統(tǒng)重要組成部分。其工作原理是使活性污泥系統(tǒng)中微生物在厭氧好氧交替環(huán)境下生長,篩選出以聚磷菌為主的污泥,利用聚磷菌類微生物超量吸收磷的特性,通過泥水分離,使磷隨活性污泥排出。生物除磷出水中溶解性磷通常大于0.02mg/L,同時(shí),難以沉淀的活性污泥含磷量較高,難以保證生物除磷穩(wěn)定達(dá)到0.5mg/L水平。但是,由于生物除磷不需要添加任何藥劑,處理費(fèi)用很低,是

8、污水除磷處理首選工藝。過濾技術(shù)廣泛應(yīng)用在給水處理,后來,又引入到污水深度處理和回用方面,目前,已成為美國城市污水處理廠低濃度磷除去工藝的主要組成部分。過濾包括沙濾,膜過濾等,沙濾通常是利用砂或煤渣等做介質(zhì),過濾含有微量細(xì)小顆粒的水處理技術(shù),通過過濾,降低水中微量顆粒含量,從而降低水中磷。膜過濾使用各種不同孔徑的膜,分離水和固體顆粒。結(jié)晶法是利用晶種,通常用沙子,在晶種表面快速形成大顆粒磷酸鈣晶體的方法,目前在荷蘭已建立了數(shù)個(gè)工程10。離子交換法利用陰陽離子交換樹脂除去磷酸根和銨離子,然后與氯化鎂形成磷酸銨鎂沉淀11。磁吸附是在磁性材料表面形成磷酸鈣沉淀,然后在磁場中分離磁性材料和磷酸鈣12,

9、13。還試驗(yàn)過其他吸附材料,主要包括氧化鋁,白云石和紅泥,它們的可行性還需要進(jìn)一步研究。這些方法中大多數(shù)僅經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室研究,沒有經(jīng)過工程檢驗(yàn),投資和運(yùn)行成本等還需要進(jìn)一步實(shí)踐。根據(jù)van Starkenburg 研究結(jié)果,結(jié)晶法的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用是化學(xué)沉淀法的二倍以上14。磁吸附法的費(fèi)用也類似。表1城市污水處理廠常用除磷工藝 3.低濃度磷除去原理與工藝美國環(huán)保局公布了城市污水處理廠低濃度磷除去工藝實(shí)際運(yùn)行效果的調(diào)研15,如表2所示,主要工藝技術(shù)是污水生物除磷與加藥絮凝過濾技術(shù)組合在一起的工藝,其中過濾包括沙濾,膜過濾和微孔過濾。達(dá)到很低濃度總磷的砂濾技術(shù)常包括兩級過濾,第一級采用較大顆粒沙粒

10、,除去水中固體顆粒,提高懸浮固體處理能力,第二級主要除去細(xì)小固體顆粒,提高過濾效果。主要絮凝化學(xué)藥劑包括鐵鹽,鋁鹽和石灰及少量高分子絮凝劑。污水生物除磷后,水中磷主要以懸浮顆粒狀態(tài)存在,還包括少量溶解性磷酸根離子,濃度低于0.1mg/L,投加絮凝劑后,溶解性磷酸根離子與金屬離子的反應(yīng)是非常迅速的,在幾秒或幾分鐘內(nèi),就達(dá)到平衡。溶解性磷酸根離子能夠被降低到非常低的水平。污水生物除磷后,總磷濃度約為1mg/L,實(shí)際加藥量約為50-100mg/L,主要用于絮凝沉淀。由于形成大晶體顆粒的時(shí)間是一個(gè)相當(dāng)緩慢的過程,水中會存在一些沒有聚積的直徑僅1um的顆粒,因此,投加的藥劑的主要作用還包括促進(jìn)微粒的凝聚

11、沉淀。沒有凝聚的較小顆粒粒子主要通過過濾法除去。將懸浮顆粒濃度降低到1mg/L以下,就能很好地保證出水總磷濃度低于0.05mg/L。生物除磷通常與化學(xué)除磷及過濾技術(shù)結(jié)合起來。其中生物除磷和化學(xué)除磷結(jié)合起來,可分為前置化學(xué)除磷,后置化學(xué)除磷及同步化學(xué)除磷。生物除磷與過濾技術(shù)結(jié)合起來,形成膜生物反應(yīng)器工藝。表2 美國部分污水處理廠低濃度磷處理工藝 4.除磷處理成本比較根據(jù)Jiang等對美國污水處理成本的研究結(jié)果16,我們這里主要比較生物脫氮除磷AAO工藝與AAO+絮凝沉淀過濾工藝的投資和運(yùn)行成本。從Jiang的研究結(jié)果可以看出,兩種工藝的投資相差較小,不超過15%,運(yùn)行成本相差較大,約為50%,其

12、差別主要是污泥處理費(fèi)用,但該計(jì)算中將AAO+絮凝沉淀工藝中生物污泥與化學(xué)污泥混合后處理,大大增加了生物污泥處理費(fèi)用,如果分別計(jì)算它們的費(fèi)用,其中生物污泥費(fèi)用與AAO工藝相同,則兩種工藝運(yùn)行成本相差約20%。表3 污水處理100mgd (378500m3/d投資和年運(yùn)行成本(單位百萬美元/年 5.小結(jié)從美國環(huán)保局調(diào)研結(jié)果來看15,目前在美國運(yùn)行的能夠除去低濃度磷的污水處理廠,主要采用生物脫氮除磷+絮凝沉淀+沙濾。其中生物脫氮除磷和絮凝沉淀技術(shù)在國內(nèi)外已運(yùn)行很多年;沙濾技術(shù)是一項(xiàng)非常成熟的給水技術(shù),國內(nèi)在污水處理回用方面也有豐富的建設(shè)、運(yùn)行和管理經(jīng)驗(yàn)。該技術(shù)的建設(shè)成本和處理成本與生物脫氮除磷技術(shù)相

13、比,僅增加15%-20%左右。因此,在國內(nèi)建設(shè)和運(yùn)行能夠?qū)⑽鬯薪档偷?.01-0.05mg/L以下的生物脫氮除磷+絮凝沉淀+沙濾工藝,在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上應(yīng)是可行的。此外,該技術(shù)在脫氮方面效果也非常好17。我國很多城市湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重,嚴(yán)重影響城市的水資源供應(yīng)和自來水生產(chǎn)。采用生物脫氮除磷+絮凝沉淀+沙濾工藝,除去低濃度磷,對于湖泊水華控制,保護(hù)水資源等,是非常有效的,應(yīng)盡早實(shí)行。參考文獻(xiàn)1 Laws, E.A., Aquatic pollution: an introductory text -3rd ed., John Wiley & Sons,Inc., (2000.2 金相燦編,

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