微量磷的低成本去除技術(shù)

微量磷的低成本去除技術(shù)微量磷的低成本去除技術(shù)微量磷的低成本去除技術(shù)xxx公司微量磷的低成本去除技術(shù)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度微量磷的低成本去除技術(shù)摘要：我國(guó)很多湖泊處于嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。由于入湖河流水中含磷普遍高于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化危險(xiǎn)水平，不能稀釋城市污水處理廠(chǎng)出水。除去城市污水二級(jí)處理出水中微量磷是治理很多湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的必要措施。本文綜述了各種除磷技術(shù)，著重分析了目前美國(guó)污水處理廠(chǎng)正在運(yùn)行的出水磷濃度低于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)在中國(guó)均有很好的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，而且投資和運(yùn)行成本僅比我國(guó)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。作者建議，中國(guó)的城市污水處理廠(chǎng)，應(yīng)根據(jù)湖泊水華治理的需要，增加三級(jí)除磷工藝，除去城市污水廠(chǎng)二級(jí)處理出水中微量磷，為我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理服務(wù)。關(guān)鍵詞：除磷，富營(yíng)養(yǎng)化，生物除磷，化學(xué)除磷，過(guò)濾一、引言防止淡水湖泊水華發(fā)生的主要措施是控制水中總磷濃度，使其低于產(chǎn)生水華危險(xiǎn)的閾值濃度。通常需要將水中總磷濃度降低到以下。經(jīng)過(guò)二級(jí)處理的城市廢水含磷量高達(dá)－L，常常成為人口密集地區(qū)湖泊中磷的主要來(lái)源。例如，德國(guó)全面調(diào)研結(jié)果表明，水生生態(tài)系統(tǒng)中的60％磷來(lái)自城市污水處理廠(chǎng)出水。美國(guó)也有類(lèi)似的發(fā)展趨勢(shì)。因此，在發(fā)達(dá)國(guó)家，很多污水處理廠(chǎng)采用三級(jí)處理，使出水總磷濃度<，例如，美國(guó)Spokane河流域要求污水處理廠(chǎng)出水總磷濃度低于L，Onondaga湖流域要求污水處理廠(chǎng)出水總磷濃度低于L。在很多流域治理規(guī)劃中，美國(guó)政府常要求城市污水處理廠(chǎng)在生物脫氮除磷工藝技術(shù)基礎(chǔ)上增加三級(jí)處理，以除去微量營(yíng)養(yǎng)鹽。我國(guó)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，其所含的污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度仍然過(guò)大，帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)鹽常常使湖泊水中營(yíng)養(yǎng)鹽超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)。例如，每年排入滇池的城市污水量為億方，而滇池的年進(jìn)水總量為億方，當(dāng)城市污水經(jīng)處理后，含磷平均濃度為L(zhǎng)，則給滇池的總磷平衡濃度貢獻(xiàn)值將達(dá)到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(yíng)養(yǎng)化治理的目的。了解國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家目前在城市污水處理工程中，所采用的除去污水中微量磷的技術(shù)，對(duì)于我國(guó)的污水處理事業(yè)和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理，是非常重要的。本文著重介紹污水除磷技術(shù)及美國(guó)在工程中應(yīng)用情況。二、污水除磷技術(shù)污水除磷技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的，目前的主要除磷技術(shù)見(jiàn)表1。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(jí)處理，二級(jí)處理，三級(jí)處理和側(cè)流生物除磷。生物除磷技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)六十年代開(kāi)始發(fā)展，目前已成為污水處理廠(chǎng)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(zhǎng)，篩選出以聚磷菌為主的污泥，利用聚磷菌類(lèi)微生物超量吸收磷的特性，通過(guò)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，是污水除磷處理首選工藝。過(guò)濾技術(shù)廣泛應(yīng)用在給水處理，后來(lái)，又引入到污水深度處理和回用方面，目前，已成為美國(guó)污水處理微量磷除去工藝的主要組成部分。過(guò)濾包括沙濾，膜過(guò)濾等，沙濾通常是利用砂或煤渣等做介質(zhì)，過(guò)濾含有微量細(xì)小顆粒的水處理技術(shù)，通過(guò)過(guò)濾，降低水中微量顆粒含量，從而降低水中磷。膜過(guò)濾使用各種不同孔徑的膜，分離水和固體顆粒。此外，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。離子交換法利用陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去磷酸根和銨離子，然后與氯化鎂形成磷酸銨鎂沉淀。磁吸附是在磁性材料表面形成磷酸鈣沉淀，然后在磁場(chǎng)中分離磁性材料和磷酸鈣。還試驗(yàn)過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)室研究，沒(méi)有經(jīng)過(guò)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)vanStarkenburg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。磁吸附法的費(fèi)用也類(lèi)似。本文主要介紹國(guó)外能夠?qū)⒊鞘形鬯琢拷档偷降牡统杀竟に嚒１?污水除磷主要技術(shù)技術(shù)工藝總結(jié)進(jìn)水主要輸入污泥性質(zhì)P形態(tài)成熟程度化學(xué)沉淀加金屬鹽絮凝沉淀磷一級(jí),二級(jí),三級(jí),測(cè)流出水Fe，Al，Ca，高分子化學(xué)污泥金屬磷酸鹽商業(yè)化生物除磷聚磷菌超量吸收磷一級(jí)出水可能需要碳源如甲醇活性污泥生物磷商業(yè)化結(jié)晶形成磷酸鈣晶體二級(jí)或測(cè)流出水NaOH或石灰乳，硫酸磷酸鈣，砂磷酸鈣40-50%規(guī)模實(shí)驗(yàn)離子交換離子交換氨和磷酸根二級(jí)出水H3PO4,MgCl,NaCl,NaCO3,NaOH鳥(niǎo)糞石磷酸鹽規(guī)模實(shí)驗(yàn)磁吸附分離磁性材料吸附二級(jí)出水磁鐵礦，石灰磷酸鈣為主磷酸鈣規(guī)模實(shí)驗(yàn)三級(jí)過(guò)濾過(guò)濾二級(jí)出水介質(zhì)污泥不溶解磷商業(yè)化吸附吸附分離污水氧化鋁，或白云石，或紅泥實(shí)驗(yàn)室三、低濃度磷除去原理與工藝美國(guó)環(huán)保局今年四月公開(kāi)的城市污水處理廠(chǎng)低濃度磷除去工藝實(shí)際運(yùn)行效果的調(diào)研，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(guò)濾技術(shù)組合在一起的工藝，其中過(guò)濾包括沙濾，膜過(guò)濾和微孔過(guò)濾。達(dá)到很低濃度總磷的砂濾技術(shù)常包括兩級(jí)過(guò)濾，第一級(jí)采用較大顆粒沙粒，除去水中固體顆粒，提高懸浮固體處理能力，第二級(jí)主要除去細(xì)小固體顆粒，提高過(guò)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(guò)程，水中會(huì)存在一些沒(méi)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)微粒的凝聚沉淀。沒(méi)有凝聚的較小顆粒粒子主要通過(guò)過(guò)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L。表2美國(guó)污水處理廠(chǎng)微量磷處理工藝污水廠(chǎng)處理能力mgd(m3/d)工藝排放標(biāo)準(zhǔn)平均排放濃度mg/LSandCreekWWRPAurora,CO5BNR,過(guò)濾.,IowaHillWWRP，COBNR,加藥,三級(jí)沉淀,過(guò)濾L225lbs/yearBreckenridge.,FarmersKornerWWTP,CO3BNR,加藥,三級(jí)沉淀,過(guò)濾mg/ldailymax&225lbs/yearSummitCountySnakeRiverWWTP,COBNR,加藥,三級(jí)沉淀,過(guò)濾mg/l日最大&340lbs/yearPineryWWRFParker,CO2BNR,二級(jí)過(guò)濾mg/l&304lbs/yearCleanWaterServices,RockCreekWWTP,OR39加藥，過(guò)濾mg/lCleanWaterServices,DurhamWWTP,OR24BNR,加藥,過(guò)濾mg/lmg/lStamfordWTPStamford,NY加藥，二級(jí)過(guò)濾mg/l<mg/lWaltonWWTPWalton,NY加藥，二級(jí)過(guò)濾mg/l<mg/lMilfordWWTPMilford,MA多點(diǎn)加藥，過(guò)濾mg/lmg/lAlexandriaSanitationAuthorityAWWTP,Alexandria,VA54BNR,多點(diǎn)加藥，三級(jí)沉淀，過(guò)濾mg/lmg/lUpperOccoquanSewerageAuthorityWWTP,VA42加藥，過(guò)濾mg/l<FairfaxCounty,NomanColeWWTP,VA67BNR,加藥,三級(jí)沉淀,過(guò)濾mg/l<mg/lDelhi,NY活性污泥法，加藥，過(guò)濾mg/lmg/lPineHillWWTP,NY生物轉(zhuǎn)盤(pán),砂濾,加藥,微孔過(guò)濾mg/lmg/lNYCDEP-GrandGorgeSTP,NY生物轉(zhuǎn)盤(pán),砂濾,加藥,微孔過(guò)濾mg/l<mg/lHobart–VPCF,NY活性污泥法,砂濾,加藥,微孔過(guò)濾mg/l<mg/lSnydervilleBasinWaterReclaimationDistrict,UT4BNR,加藥，過(guò)濾mg/lmg/lAshlandWWTPAshland,OR氧化溝，加藥，膜過(guò)濾lb/day(=mg/l)mg/lMcMinnevilleWWTPMcMinneville,OR氧化溝，加藥，膜過(guò)濾mg/lmg/l四、處理成本根據(jù)Jiang等對(duì)美國(guó)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(guò)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(guò)15％，運(yùn)行成本相差較大，約為50％，其差別主要是污泥處理費(fèi)用。美國(guó)的化學(xué)污泥與生物污泥處理要求相差較大，處理化學(xué)污泥費(fèi)用比生物污泥大得多。在該計(jì)算中，AAO＋絮凝沉淀工藝產(chǎn)生的生物污泥和化學(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％（見(jiàn)表中成本修正欄）。由于投加絮凝劑主要用于凝聚沉淀膠體顆粒，從而沉淀過(guò)濾除去微量磷，因此，絮凝過(guò)濾的投資和運(yùn)行成本受生物除磷工藝系統(tǒng)運(yùn)行狀況影響較小。表3污水處理100mgd(378500m3/d)投資和年運(yùn)行成本（單位百萬(wàn)美元/年）工藝投資106$維護(hù)稅等人員電藥劑污泥處理運(yùn)行總成本AAO0AAO+絮凝過(guò)濾AAO+絮凝過(guò)濾成本修正五、總結(jié)從美國(guó)環(huán)保局調(diào)研結(jié)果來(lái)看，目前在美國(guó)運(yùn)行的能夠除去微量磷的污水處理廠(chǎng)，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(guó)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(guó)內(nèi)在污水處理回用方面也有豐富的建