生物化工企业废水处理中除磷机理及工艺分析

马丽娜

摘要：废水中的磷作为导致水体富营养化的关键因子之一而备受关注，除磷药剂应用而生。介绍了市场上广泛存在的几种除磷剂的除磷机理及优缺点，并提出研发高效、低成本、易回收、无二次污染的新型除磷剂去除废水中的磷是今后研究的重点。在此基础上，综合当前国内外的生物除磷技术进行全面的分析和研究，并且详细介绍了一些除磷工艺技术的使用规范，从而为实现污水治理工作提供参考依据。

关键词:生物化工;废水;除磷

    引言

    磷是工业生产中常见的元素之一，在工业生产中发挥着不可替代的作用。但水中磷元素的含量超标会引起水体中藻类、微生物等大量繁殖，发生“水华”、“赤潮”等现象，导致水质恶化，最终会引起水体中的生物非正常死亡。由于工业生产环节众多、工艺复杂，磷的存在形式各不相同，常见的磷污染一般包括有机磷酸盐、无机磷酸盐及重金属杂质等。近年来，污水除磷工艺已成为工业污水处理的重要课题之一。

    1 生物除磷技术的原理

    生物除磷主要是利用聚磷菌这类微生物，这类微生物在适合的自然环境中，可以将外界的磷进行摄取转化，然后排出，由此使污水中的磷得到处理。传统的生物除磷步骤可以分为两个部分：第一部分就是在厌氧的条件下，聚磷菌将存储于自身内部的聚磷水解为正磷，由此获得足够的能量，将水里面含有的乙酸和丙酸吸收，并且以聚羟基丁酸的形式存储于细胞中。第二部分就是在氧气充足的条件下，聚磷菌会将体内的聚羟基丁酸分解，从而发生有氧呼吸运动，这个过程会产生大量的能量，利用这个能量就可以将污水中的磷酸盐进行吸收，在将其合成为聚磷酸盐，最后将其存储在微生物的细胞内，由此将污水中的磷进行去除。传统的生物除磷理论认为在利用聚磷菌进行除磷的时候，需要保障厌氧和好氧的交替进行，其中厌氧释放更是一个必要的阶段［1］。但是，随着研究的不断进展，部分的研究者发现将反应器一直处于好氧环境下，只是将碳源和磷源分开的进行添加，强化生物除磷的现象仍然存在。我国的陈洪波等人利用SBR单级好氧生物除磷工艺对污水进行处理，实现了污水的同步脱氮除磷。由此可见微生物在不同的环境下也可以实现对磷的摄取和处理。

2 生物化工企业废水除磷工艺的影响因素

在生物化工企业应用化学除磷工艺的过程中，污水内磷含量的去除效率与以下因素有关：①化学药剂的种类；②化学药剂的使用剂量；③化学药剂的投加位置；④污水的pH值；⑤污泥的浓度和温度。在这五种影响因素中，化学药剂的种类、使用剂量、投加位置以及污水的pH值对除磷效率的影响较大。现阶段，生物化工企业在进行化学除磷过程中，化学药剂种类要选择经济适宜且不会对其他的污水处理系统以及构筑物产生危害，其使用剂量也要根据以上两个方面进行选择。同时，在选择化学药剂的投加位置时，要根据生物化工企业内的相关设施以及构筑物的实际情况来确定。
    3 生物化工企业废水处理中除磷机理及工艺分析
3.1 Dephanox工艺
    1992年，学者Wanner在所进行的研究活动中第一次提出了将厌氧污泥PHB作为反硝化碳源的概念，并且在之后的实验过程中也取得了非常好的成绩。在此之后还进行了有关硝化和反硝化方面的研究，有效的提升了对污水中磷元素的处理效率，开发了Dephanox除磷脱氮工艺。进水和回流污泥在厌氧池中完全融合之后就会出现DPB吸收降解的现象。另外，所吸收的物质还会在PHA中进行相应的储存，以提高综合除磷效果。此外，在这一环节之中也会出现释磷现象。要知道混合液在中间沉淀池中的主要作用就是进行泥水分离，而富集氨氮上清液也会直接流入到好养固定生物膜的反应池中产生硝化反应。有机物也会在沉淀污泥中产生相应的反应行为，随后在反应池中释放出大量的能量，提高NO3的反硝化除磷效率。另外，还要将混合液在曝气池中进行氧化反应，达到继续除磷的目的。在氧化过程中DPB细胞中会出现PHA的残留，从而在之后的循环过程中释放出磷元素等物质。荷兰Delft工业大学在研究过程中创新了传统的UCT污水处理技术，提出了崭新的UCT－BCFS工艺。这是一项在传统污水处理技术基础上增加两个反应池的新型污水处理模式，将新增的接触池和混合池作为循环体系中的主要组成部分［2］。在接触池中设计厌氧环境，这样就能够将回流污泥中的硝酸盐氮进行脱除，从而有效的避免出现污泥受到丝状菌的影响而发生膨胀的问题。
    2.2 微生物菌剂
    微生物菌剂的制备是根据微生物厌氧释磷、好氧吸磷的生物除磷机理，选用目标微生物（聚磷菌）经过工业化生产扩繁后，复配生物酶、营养剂和催化剂等物质形成的活性菌剂，能有效降低废水中磷的含量，并通过复配，效果比单纯的生物处理工艺更佳。随着微生物菌剂的优势凸显，各类微生物菌剂的研发和制备企业也逐年增加，使用量也逐年扩大。如上海碧莱清生物科技有限公司污水处理生物菌种，由酵母菌、乳酸菌、硝化菌、硫细菌、枯草芽孢杆菌等多种有益菌种组成；广州宇沙立环保科技有限公司生产的除磷专用菌剂，利用植物源枯草芽孢杆菌属、高效功能菌、絮凝菌、短链脂肪酸SCFA、酶制剂等复合制备而成；碧沃丰生物科技股份有限公司的碧沃丰®除磷产品，由除磷菌、生物酶、营养剂、催化剂等制备而成。与物理化学药剂相比，虽然微生物菌剂具有持效期长、污泥量少、不产生二次污染等优点，但处理速率相对较慢，且一般需要先激活再投加

［3］。
    2.3 生物除磷与化学除磷相结合
     化学除磷是将化学试剂直接添加在生物处理流程，比较常用的化学试剂为铝盐和/或铁盐。为了减少化学试剂的投入量和污泥产量，常采用同步沉淀的方法。化学试剂能够减少反硝化菌与除磷菌之间对碳源的竞争，但是会抑制硝化菌的硝化作用，而且化学试剂用量越多，所述抑制作用越明显。 深圳市中兴环境工程技术有限公司的发明专利申请CN1417142A—化学强化生物除磷工艺方法，首先将含磷污水与回流的污泥混合后进入生物曝气池进行曝气除磷并将污染物与除去，然后在沉淀池内进行固液分离，沉降下来的含磷污泥将厌氧选择释磷，使得聚磷菌进行选择性增值。一部分释磷污泥回流到生物曝气池，释磷池上层清液进入后续的化学除磷池进行化学沉淀除磷。工艺流程简单巧妙，能够有效提高聚磷菌浓度并避免污泥浓缩处理时产生的释放磷进入污水处理系统的问题，除磷效率能够达到90 %以上。
    2.4 A2NSBＲ工艺
    由A2/O－SBＲ反应器和N－SBＲ反应器所组成的新型双泥反硝化除磷技术是一项能够提高对污水中磷元素处理效率的手段。两个反应器能够实现对活性污泥的分开，这样就可以对各自沉淀的上清液进行相应的交换和硝化反应。此外，反应器的主要工作原理就是进行COD的去除工作，完成反硝化脱磷目标。
    结束语

通过多种工艺降低污染水体中的磷含量是解决工业废水磷污染的关键。就目前治理废水中磷污染的现状看，首先需要解决的是磷污染的源头问题，减少磷元素的使用，寻求其他可替代化合物，从而减少磷源头排放。生物除磷技术的研究和应用，应该要跟随时代的发展和需求，要和国家节能减排的思想相符合，同时随着污水资源化工作的开展，研究出更加高效、节能和资源化回收的新型生物除磷工艺，并将之应用到实际工程中。
    参考文献
    ［1］王弘宇，杨开，贾文辉．废水生物除磷技术及其研究进展［J］．环境技术，2020，20(2):38－42．
    ［2］王涛，楼上游.中国城市污水处理工艺现状比较与分析[J].西南给排水，2018，28(5)：9-13.
    ［3］许谦，贝德光，陈程程，等.MSBR工艺除磷—以武鸣生物化工企业为例 [J].净水技术，2021，40（6）：71-76.