废水中磷回收技术研究进展_黎文威

磷是植物生长所需的必要元素。自然界中磷的循环是单向流动的、难以再生，是一种不可更新、难以替代的资源，目前全世界磷资源已严重短缺，磷矿已被列于我国2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿产之一[1]；与此同时，磷是水体富营养化的控制因素，富磷水体带来了严重的环境问题。废水中去除及回收磷是预防水体富营养化，缓解磷资源缺乏的重要手段。目前，废水中去除磷的技术主要包括两个方面，一是利用沉淀反应，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀；二是通过植物和微生物的生命活动，从而吸收利用废水中的磷，概况起来主要包括化学凝聚沉淀法、生物法和人工湿地法。而磷回收技术主要是把废水中的磷转变为晶体磷酸盐的形式再从废水中分离出来，其产物并能被磷酸盐工业或肥料工业所利用，因此受到更多关注。目前，磷回收的主要工艺是鸟粪石（MAP）沉淀结晶工艺。本文概述了化学凝聚沉淀法、生物法和人工湿地法除磷的工艺机理及优缺点，重点介绍了MAP结晶法回收磷工艺及其影响因素，并提出了废水中MAP磷回收技术的发展趋势。1、磷去除技术.化学凝聚沉淀法除磷化学凝聚沉淀法是采用最早、使用最广泛的一种除磷方法。它的原理是向含磷废水中投加化学药剂，使水中的磷酸根离子生成磷酸盐沉淀物，从而去除污水中的磷。磷的化学沉淀通常分为4个步骤[2]：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用、固液分离。沉淀反应和凝聚过程在一个混合单元内进行，目的是使沉淀剂在污水中快速有效地混合。化学凝聚沉淀法[3,4]使用的化学沉淀剂一般是铁盐、亚铁盐、铝盐和石灰等。一般认为磷酸盐沉淀是配位基参与竞争的电性中和沉淀，即通过PO43-与铝离子、铁离子或钙离子的化学沉淀作用加以去除[5,6]。主要反应如下:Fe3++PO43-→FePO4↓Fe2++PO43-→Fe3(PO4)2↓Fe3++3HCO3-→Fe(OH)3↓+3CO2A13++HnPO4(n-3)-→A1PO4↓+nH+5Ca2++4OH-+3HPO42-→Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O化学除磷常用的铁盐包括FeCl3、FeCl2和Fe2(SO4)3。这些都是可以在市场上大批量购买到的化工产品，钢铁工业的酸洗废液也是重要的FeCl2和FeSO4的来源，只要来源稳定、纯度满足要求，就可通过以废治废，大幅度降低除磷费用[7]。铁盐除磷的投加量取决于溶解氧、pH值、生物酶、硫和碳酸盐含量等。郑怀礼等[8]用聚合氯化铝铁(PAFC)混凝剂对城镇生活污水进行处理，处理后磷含量低于0.5mg·L-1，达到生活污水国家一级排放标准。但是，对于Fe2+，在pH值为7.5～8.5的碱性条件下不易生成沉淀，这在一定程度上限制了二价铁盐在废水除磷中的应用。为了改善其沉淀性能，常用曝气的方法将Fe2+氧化为Fe3+，如亚铁盐在曝气生物滤池(BAF)除磷中的应用[9]。化学除磷常用的铝盐包括Al2(SO4)3、NaAlO2和聚合铝，其中Al2(SO4)3较常用。铝盐除磷过程中产生的沉淀物主要为Al(OH)3和AlPO4。Al(OH)3对PO43-有较强的吸附能力，形成磷酸铝沉淀的反应速度也比较迅速[10]。铝盐除磷回收适用pH为5.0~8.0，理想pH为5.8~6.9，最佳pH为6.3[11]。James等[12]利用Al2(SO4)3·18H2O作为混凝剂处理平均TP浓度为9.6mg·L-1养殖废水，磷的去除率达到89%，最终出水中磷的含量为0.3mg·L-1。钙盐除磷是向含磷污水中投加石灰，由于形成氢氧根离子，污水pH值上升，与此同时，污水中的磷与石灰中的钙发生反应，形成Ca5(OH)(PO4)3沉淀。在该反应中pH值起到主要作用，pH越高，磷的去除率越高，因为随着pH值的提高，Ca5(OH)(PO4)3的溶解性降低，废水的除磷效果逐步提高。但在pH值为9.5～10.5的范围内，除了会产生Ca3(PO4)2沉析外，还会产生CaCO3，这也是导致在池壁或渠、管壁上结垢的原因。熊鸿斌等[13]利用钙法化学混凝处理高浓度含磷废水，结果表明，在进水PO43-浓度为60～80mg·L-1时，出水PO43-浓度小于0.5mg/L，去除率达到99.7%～99.9%。化学凝聚沉淀法除磷的特点是迅速将高浓度的磷酸盐去除回收，但它也会引入新的化合物，而且该法的试剂消耗量大，运行费用高，产生大量且易造成二次污染的污泥，这些都会限制该工艺的推广，因此，化学凝聚沉淀法除磷的发展潜力不会很大。.2生物法除磷生物法除磷的原理是利用聚磷菌（PAOs）在好氧及厌氧条件下摄取及释放磷,并以剩余污泥形式予以排除。在厌氧条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为低分子发酵产物——挥发性有机酸(VFAs)，PAOs吸收这些或来自原废水的VFAs，并将其同化成胞内碳能源储存物(PHB/PHV)，该过程所需的