污水除磷方法大揭秘：化学沉淀法、生物除磷法及人工湿地除磷法详解

污水除磷方法大揭秘：化学沉淀法、生物除磷法及人工湿地除磷法详解

污水中的磷主要来源于生活污水、合成洗涤剂、工业废液、化肥和农药中的含磷有机物以及各种动物的粪便。污水若不彻底处理，磷还会流失到河流、湖泊和海洋中，造成这些水体的富营养化。除磷方法可分为物理化学除磷、生物除磷和人工湿地除磷。除磷方法有化学沉淀法、结晶法和吸附法。应根据污水中磷的不同存在方式采用不同的除磷技术。

1、废水除磷方法

1.1 化学沉淀法

化学沉淀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，再通过固液分离去除污水中的磷。根据所用药剂不同，可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法。化学沉淀法具有管理方便、占地面积小、投资少、处理效率高等优点。但投加药剂成本过高，且产生的化学污泥含水率高，脱水难度大，处理难度大，容易造成二次污染[。

根据投加点不同，化学沉淀除磷工艺可分为预沉淀、同步沉淀、后沉淀及两点投加工艺，这些工艺可以组合使用，但要注意混合及反应条件，通过湍流扩散和混合，才能达到良好的沉淀效果。

1.2 结晶方法

污水，特别是城镇污水厂剩余污泥处理后的上清液以及水产养殖废水，含有高浓度的磷酸盐、氨氮、钙离子、镁离子和碳酸氢盐碱度。

该方法通常在水热法制备磷酸氢钙时进行（增加金属离子浓度或增加其反应值，或同时添加添加剂以提高金属离子浓度），从而析出不溶性结晶物质，主要为磷酸铵镁结晶和羟基磷酸钙结晶。

结晶法除磷效率高，出水水质好，在其他水质指标达到规定值的情况下，出水即可满足再生水回用的要求。结晶法使水中的磷以晶体的形式沉淀在晶种上，理论上不产生污泥，不造成二次污染。结晶法操作简单，用途广泛，可用于城镇生活污水处理厂二级出水的深度处理和污泥消化池中高磷浓度上清液的去除。

1.3 吸附法

吸附除磷是利用某些多孔或比表面积较大的固体物质，通过磷在吸附剂表面的附着吸附、离子交换或表面沉淀作用，去除废水中磷的过程。吸附除磷过程既包括物理吸附，也包括化学吸附。对于天然吸附剂来说，主要依靠其巨大的比表面积，以物理吸附为主。与天然吸附剂相比，人工吸附剂具有明显更高的孔隙率和表面活性，以化学吸附为主。

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天然吸附剂有粉煤灰、钢渣、沸石、膨润土、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、活性氧化铝、海绵铁等；合成吸附剂在较低的磷浓度下仍有较高的吸附能力，有很大的优势。现在有Al、Mg、Fe、Ca、Ti、Zr、La等多种金属的氧化物和盐作为选用材料。

1.4 生物除磷

在厌氧区（无分子氧和硝酸盐），兼性厌氧菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸）。在厌氧条件下，聚磷酸盐菌从原污水中吸收这些和VFA（VFA主要来源于污水中可生物降解的成分，生活污水中的VFA约占总有机物的40%～50%），将其转运到细胞内，并同化为细胞内的碳能库（PHB）。所需能量则来自聚磷酸盐的水解和细胞内糖类的发酵，导致磷酸盐的释放。进入需氧状态后，这些专性需氧聚磷酸盐菌（PAOs）的活力恢复，以聚磷酸盐的形式吸收超过生长需要的磷量，通过PHB的氧化分解产生能量，用于磷的吸收和聚磷酸盐的合成。 从液相中除去磷酸盐，生成的富磷污泥通过残余污泥排出，同时将磷从系统中除去。

反硝化除磷菌（DPB）能在缺氧（无分子氧，有硝酸盐）环境中吸收磷，反硝化除磷菌DPB以硝酸盐为电子受体，产生生物吸磷，在生物吸磷的同时，硝酸盐被还原为氮气，使吸磷和反硝化两个不同的生物过程，在同一环境中，用同一种细菌完成。

1.5 人工湿地法

湿地对磷的去除有较好的效果。从理论上讲，人工湿地对磷的去除是植物吸收、基质吸附过滤和微生物转化等作用的综合作用。附着生长、悬浮生长在水中的各种微生物，在生长繁殖过程中，可以吸收利用污水中的无机磷酸盐。一些研究发现，人工湿地植物根区磷酸酶活性与总磷去除率的相关性并不十分显著。另有研究表明，湿地生态系统中的磷主要滞留在土壤中，在植物和落叶中很少，只有少数水生植物能吸收磷。大多数类型植物的根系对磷的吸收能力较弱，所以植物和微生物对磷的去除作用不大，不是除磷的主要过程。因此，最重要的是基质对磷的吸附和沉淀。

一般湿地的除磷效率不是很高，在40%~60%之间。为了提高除磷效果，基质的选择起着重要作用。目前常见的基质有：浮石、沙子、活性多孔介质（LECA）、硅灰石、高炉矿渣、工业废弃物石灰等。

2 磷的回收

从磷的可持续发展和磷回收的潜在市场价值来看，磷回收势在必行。在目前污水中磷回收的研究和应用中，磷回收实例最多的是以鸟粪石形式存在，其次是磷酸钙和磷酸铝。

含有氮和磷，因此它的回收必然会降低剩余污泥中的氮和磷含量，尤其是对磷的影响会非常明显。污水中的氮磷比通常为8:1，而鸟粪石中二者的比例为1:1，因此从理论上讲，鸟粪石的回收可以使污水中的氮减少12.5%。

如图1所示，在稳定区，Mg2+、NH4+和PO43-的浓度较低，当浓度较高时，离子积大于溶度积，极易生成细小晶体(即化学沉淀)。用沉淀法生成的化学污泥含水量较高，磷酸盐难以达到太高的纯度，回收困难。两条曲线之间的区域称为亚稳态区，此时Mg2+、NH4+和PO43-的离子积小于浓度积，通常不会发生沉淀。如果在反应器中加入晶种，可以加快晶体的成核速度，使之结晶在晶体表面，同时有利于晶体与水分离，减少细小晶体随出水流失，提高除磷效率和回收率。 要做的就是将反应控制在介稳区，此时磷酸镁铵反应处于结晶过程，晶体能够自发地析出在晶种上，从而实现磷的回收。

目前，荷兰开发了DHV结晶法，南非开发了CSIR流化床法，日本有固定床结晶沉淀法。

此外，对污泥进行加热是一种简单有效的磷回收方法，将污泥在70 ℃下加热1 h，可分解并释放出生物固体中大量的聚磷酸盐，然后加入氯化钙进行沉淀，可获得污泥中75%的总磷。

%；还可以利用吸附能力强的物质对磷进行吸附、截留，回收磷，得到的混合物可作为肥料。

3 结论

随着时代的发展，废水除磷技术也在不断的进步，可根据不同的情况合理选择不同的除磷方法，以达到最佳的效果。目前，为了实现除磷的可持续发展，今后必须发展从污水或污泥中分离磷的技术，以最大限度的回收污水中的磷。无论是目前广泛应用的化学沉淀法、生物处理法，还是日益受到重视的吸附法、结晶法等，都存在着各自的弊端。因此，需要进一步加强除磷技术的基础研究，开发适合我国国情的新型除磷工艺。