技术解析｜污水除磷知识简介
水体中过量的磷主要来源于化肥、农业废弃物和城市污水。有关资料显示，近15年来地表水的磷酸盐含量增加了25倍，在美国，进入水体的磷酸盐60%来自城市污水。城市污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂，它不仅造成水体的富营养化，而且使很多水体产生大量的泡沫。水体中过量的磷一方面来自外界的工业废水、生活污水；另一方面，还有其内源性作用，即水体中的底泥会释放出还原状态的磷酸盐，从而使磷含量增高，特别是在一些硝酸盐富营养化的湖泊中。城市污水的排放使其更加复杂，会使系统迅速恶化，即使停止磷酸盐的投加，问题也不能得到解决。 这是因为多年来底部沉积了大量富含磷酸盐的沉积物，这些沉积物通常由于有难溶性铁盐的保护层而不参与混合，但当底层水体含氧量低且处于还原状态时（通常发生在夏季分层过程中），保护层消失，导致磷酸盐释放到水中。
除磷是指去除污水中的磷，污水中的磷具有在固态和溶解态之间循环转化的性质，污水除磷就是利用磷的这种性质发展起来的。
污水中除磷的技术有：化学除磷，将磷转化为不溶性固体沉淀物，从污水中分离出来；生物除磷，使磷以溶解状态被微生物吸收，与微生物成为一体，随微生物从污水中分离出来。
应根据废水中磷的不同存在形态采用不同的除磷技术。
城镇污水处理厂一级A排放标准中，出水中总磷应≤0.5mg/L，为达到此排放标准，需在生物反硝化工艺后增加除磷装置。
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如何去除废水中的磷？
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常规的生物处理方法通过剩余污泥的排放和处理，可以去除废水中的部分磷。一些特殊工艺或具有除磷功能的普通工艺，调整运行方式后，可以达到较好的除磷效果。具体方法有A/O、A²/O、SBR、氧化沟等。但生物处理的除磷效果有限。当磷排放标准很高时，往往需要采用化学除磷或将生物法与化学除磷相结合。
化学除磷是向水中添加化学药剂，使之生成不溶性磷酸盐，然后通过沉淀、气浮或过滤等方法去除污水中的磷。化学除磷常用的药剂有石灰、铝盐、铁盐等。
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1.化学除磷
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石灰除磷
石灰脱磷是加入石灰与磷酸盐发生反应，生成羟基磷灰石沉淀的过程。
由于石灰进入水后首先和水的碱度发生反应，生成碳酸钙沉淀，然后过剩的钙离子又能和磷酸盐发生反应，生成羟基磷灰石沉淀，因此，所需石灰的用量主要取决于所要处理废水的碱度，而不是废水中的磷酸盐含量。
此外，废水的镁硬度也是影响石灰除磷的一个因素，因为在高pH条件下，生成的Mg(OH)2沉淀为胶体沉淀，不仅消耗石灰而且也不利于污泥脱水。
pH对石灰除磷影响很大，随着pH的升高，羟基磷灰石的溶解度急剧下降，即除磷率增大。当pH大于9.5时，水中的磷酸盐全部转化为不溶性沉淀物，一般pH控制在9.5～10之间，除磷效果最好。
不同废水需通过实验确定石灰的加入量。
石灰除磷具体方法有三种，一是在污水厂初次沉淀池前投加石灰，二是在生物处理系统后投加石灰并配备再碳化系统。
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铝盐除磷
铝盐除磷常用药剂有硫酸铝和硫酸钠，区别在于加入硫酸铝会降低废水pH值，而加入硫酸钠会升高废水pH值，因此硫酸铝适用于碱性废水，硫酸钠适用于酸性废水。
铝盐的投加方式比较灵活，可以在初沉池前投加，也可以在曝气池中投加，也可以在曝气池与二沉池之间投加。也可以将化学除磷与生物处理系统分开，以二沉池出水为原水投加铝盐进行混凝过滤，也可以在滤池前投加铝盐进行微絮凝过滤。
在初沉池前投加，可提高初沉池对有机物、SS的去除率；在曝气池与二沉池之间投加，渠道或管道内形成湍流，有利于提高药剂的混合效果；在生物处理系统后投加，由于生物处理对磷进行水解，使除磷效果更佳。
由于受废水碱度、有机物的影响，除磷的化学反应是一个复杂的过程，因此铝盐的最佳投加量不能通过计算来确定，而必须通过实验来确定。
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铁盐除磷
三氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁等都可以用来除磷，其中常用的是三氯化铁。
与铝盐类似，需要大量的三氯化铁才能充分与碱度反应生成Fe(OH)3，从而促使胶体磷酸铁沉淀分离。磷酸铁沉淀的最佳pH范围为4.5~5.0。实际应用中，pH值在7左右甚至7以上，仍有很好的除磷效果。
在市政污水中添加约45~90mg/L的三氯化铁，可去除85%~90%的磷。与铝盐一样，铁盐可以在预处理、二级处理或三级处理阶段添加。
但化学除磷会带来一些问题：
1、化学除磷最大的问题是会明显增加污水处理污泥量。
因为除磷过程中产生的金属磷酸盐和金属氢氧化物以悬浮物形式存在于水中，最终变成污泥。在初沉池前投加金属盐，将使初沉池污泥量增加60%~100%，整个污水处理厂污泥量将增加60%~70%。在二级处理过程中投加金属盐，将使剩余污泥量增加35%~45%。
2、化学除磷会使污泥浓度降低20%左右，从而增加污泥量，增加污泥的处理和处置难度。
3、采用化学除磷时，出水可溶性固体含量增加，若固液分离不好，铁盐除磷会使出水略带红色。
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2.生物除磷
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生物除磷原理
污水生物除磷的原理是人为创造一个生物过量除磷过程，以达到可控的除磷效果，整个过程必须创造一个厌氧环节，利用厌氧微生物的作用，实现生物除磷过程。
1）厌氧条件下磷的释放
在缺乏溶解氧或硝酸盐氮的情况下，兼性细菌通过发酵将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。多磷酸盐细菌从原污水中吸收这些发酵产物或VFA并运输到细胞内，同化为细胞内的碳能储存物质PHB。所需的能力来自于多磷酸盐的水解和细胞内糖的发酵，从而导致磷酸盐的释放。
2）有氧条件下的磷吸收
在有氧条件下，聚磷酸盐菌恢复活性，将生长所需磷以外的部分以聚磷酸盐形式储存，通过PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷酸盐的合成，能量被捕获并以高能键的形式储存在聚磷酸盐中，磷酸盐从水中除去。
3）富磷污泥排放
产生的富磷污泥以剩余污泥的形式排出，从而达到除磷的目的。从能量角度看，聚磷菌在厌氧条件下释放磷获得能量吸收废水中的溶解性有机物，在好氧条件下降解吸收溶解性有机物获得能量吸收磷。
除磷的关键是厌氧区的设置，可以说是聚磷菌的生物选择器，在短时间的厌氧条件下，聚磷菌可以吸收低分子底物，并快速同化和储存这些发酵产物，也就是说，厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。
这样，能够吸收大量磷的聚磷菌就可以在处理系统中选择性增殖，通过去除磷含量高的剩余污泥，达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一个好处是抑制了丝状菌的增殖，避免了产生沉淀性能差的污泥的可能性。因此，在厌氧/好氧生物除磷工艺中，一般不会发生污泥膨胀。
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影响生物除磷的因素：
1）溶解氧
首先，厌氧区必须严格控制厌氧环境，厌氧环境直接关系到聚磷菌的生长、释放磷的能力以及利用有机底物合成PHB的能力。其次，好氧区必须供应充足的溶解氧，使聚磷菌能够降解储存的PHB，并释放出足够的能量供其过量吸收磷。一般厌氧段DO应严格控制在0.2mg/L以下，好氧段DO应严格控制在2mg/L以上。
2）厌氧区硝态氮
硝态氮包括硝酸盐和亚硝酸盐。硝态氮的存在也会消耗有机底物，抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。另外，硝态氮的存在会被部分聚磷菌作为电子受体进行反硝化作用，决不影响它们以发酵产物为电子受体进行发酵产酸，抑制聚磷菌释放和吸收磷的能力，合成PHB。
3）温度
一般来说，5~30℃温度范围内都能达到良好的除磷效果。
4）pH值
当pH值在6～8范围内时，磷的释放比较稳定。
5）BOD负荷及有机物性质
一般认为，进水中BOD5/TP需大于15才能保证聚磷菌有充足的底物，达到理想的除磷效果。为此，可采用部分进水、跳过初沉池的方法来获得除磷所需的BOD5。
6）泥龄
一般以除磷为目的的生物处理系统泥龄控制在3.5~7天。
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废水生物除磷的方法有哪些？
废水生物除磷包括厌氧释磷和好氧吸磷两个过程，因此废水生物除磷的工艺流程由厌氧和好氧两部分组成。根据磷的最终去除方式和结构组成，除磷过程可分为主过程除磷过程和侧过程除磷过程。
主流除磷工艺厌氧段顺污水流动方向，最终去除的磷通过剩余污泥排出。典型的方法有厌氧/好氧（A/O）工艺，其他方法还有厌氧/缺氧/好氧（A/²O）工艺、反渗透工艺、UTC工艺、VIP工艺、SBR工艺、氧化沟工艺等。
侧流工艺的厌氧段并不在处理后的污水水流方向，而是在回流污泥的侧流，具体做法是将部分含磷的回流污泥分流至厌氧段释放磷，再利用石灰沉淀法去除富磷上清液中的磷。
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除磷设施运行管理注意事项
1）厌氧段是生物除磷中最关键的环节，其容积一般由0.5~2h的水力停留时间决定。若进水中易生物降解的有机物含量较高，则应努力减少水力停留时间，以保证好氧段进水中的BOD5含量。
2）若磷的排放标准很高，所选用的除磷工艺不能满足出水要求时，可以增加化学除磷或过滤处理，去除水中残存的低浓度磷。
3）生物除磷的机理是将溶解态的磷转移到活性污泥生物细胞内，通过剩余污泥的排出而从系统中清除。在污泥处理过程中，如果出现厌氧条件，剩余污泥中的磷会再次被释放出来。
重力浓缩容易产生厌氧条件，不适用于有除磷要求的剩余污泥处理，应采用浮选浓缩、机械浓缩、带式重力浓缩等不产生厌氧条件的浓缩方式，若只采用重力浓缩，则需在工艺流程中增加化学沉淀设施，以去除浓缩上清液中的磷。
4）泥龄是影响生物脱氮除磷的主要因素。脱氮要求越高，所需泥龄越长。泥龄越长，对除磷越不利。特别是当进水BOD5/TP小于20时，泥龄越短越好。
但如果进水BOD5较低，活性污泥增长缓慢，则不可能控制泥龄过短，此时必须进行化学除磷。