濰坊日麗環保閆雪為您簡介磷回收利用– 面向未來的污水處理技術

1 生物除磷工藝的優點和缺點

德國柏林Waßmannsdorf 污水廠自20世紀90年代開始采用強化生物除磷工藝。裝置投入運轉一段時間之后，發現消化后污泥在運輸過程中產生結晶堵塞，同時污泥脫水性能明顯變差。

通過深入細致的研究，現在不僅了解了這些問題和Bio-P 處理工藝之間的相互關系，而且可以所獲得的科學知識對工藝技術進行優化處理。目前生物除磷工藝可以*正常運行，同時不會產生上面描述的各種問題。

2 磷酸根濃度對污泥脫水性能的影響

在這里首先簡單介紹一下生物除磷時生物化學過程：由聚磷細菌累積的磷酸鹽(多聚磷) 后可從污水處理系統內排出，但同時對后續污泥處理系統來說，又自然“進口”了這些磷酸鹽。

在后續污泥消化塔內，相當一部分多聚磷又被重新返溶出來，以正態磷形式存在于消化污泥的液相之內。因為磷本身是一種反應十分活躍的元素，如果以溶解性離子形式存在與消化污泥中時肯定會和其他化學物質進行反應，后產生前面所描述的一系列問題。

首先可以和液體內存在的胺和鎂反應形成磷酸胺鎂 (MAP), 在一定的pH值和濃度環境之下，甚至會在后續污泥處理工段內產生沉淀結晶等問題。通過*研究觀測還可以證明, 很高的磷酸根離子濃度 (100~ 400mg/LPO₄^3-)會提高消化污泥 (細胞表面蛋白質) 的親水能力, 從而對機械性污泥脫水產生負面影響。在食品工業例如魚肉加工工業內，為了增加食品親水能力也是同樣添加磷化合物。但在污泥脫水處理時，磷的存在自然反而是造成負面影響 。

在采用離心脫水機或其他污泥脫水裝置進行固液分離之后，含有高濃度磷酸鹽的污泥水又重新返回市政污水處理廠, 產生了相當部分的磷返回負荷。從市政污水處理廠的總體磷平衡分析可以知道，對污水處理廠的出水磷指標會產生負面影響。

柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠的一些其他技改措施無意中進一步突出了這一問題的嚴重性。特別是通過對污泥進行靜力濃縮和機械濃縮處理之后，強制性導致污泥內許多溶解性離子濃度如鎂、胺和磷進一步提高。

特別是厭氧污泥消化過程中，隨著胺離子濃度增加還額外導致pH值上升, 從而進一步加重了沉淀結晶問題 (圖 2)。

總結上面情況之后可以清楚看到，在引入生物除磷 (Bio-P) 工藝之后雖然提高生物污水處理過程中的除磷能力，節省化學沉淀藥劑費用, 但同時還必須對后續污泥處理過程進行優化處理。必須在合適地點采用化學方法進行定向干預，才能有效避免返溶產生的高濃度磷離子與物質產生自發性沉淀反應。.

3 解決處理方案

通過采用新開發的MAP-沉淀工藝，可以解決這一問題。簡單來說, 可在污泥消化塔和污泥脫水機之間進行定向 MAP 沉淀處理，可以從污泥內有效去除游離的正態磷，從而解決上面描述的各種問題。近些年來，德國柏林Waßmannsdorf市政污水處理廠在采用這一提磷回收工藝之后，使得生物除磷工藝能夠*經濟有效的操作運轉。

這一處理工藝的基本思想是首先將原來污泥處理工段各種設備內無序自發性的磷沉淀反應集中在一點進行, 從而實現其他工藝處理過程能夠正常操作運轉。

為了達到這一目的，首先將消化污泥中間儲存在厭氧污泥消化塔之后的連續沉淀反應罐內，通過曝氣處理可將液體內剩余的 CO₂ 吹脫排出, 從而將 pH值從 7.2 提高至7.8~8。與此同時，通過投加氯化鎂 (MgCl₂) 沉淀劑, 使得在此反應罐內的MAP 沉淀效率至少達到 90 %以上。在這個原來臨時設計的吹脫反應罐的罐底上安裝了板式曝氣裝置, 不僅可以對液體內的CO₂ 進行吹脫處理, 還能使污泥得到攪拌均勻化處理,確保污泥和沉淀藥液之間獲得充分的混合攪拌。在試驗開始初期，沒有打算將沉淀產生的MAP-結晶顆粒進行抽提回收, 而是和消化污泥一起進入后續安裝的離心脫水機進行固液分離。

離心脫水處理之后多數的結晶物質存留在污泥之內，被分離的離心液內磷酸根離子的去除效率可達 85%~90%。因此，可以中斷進入市政污水處理廠的溶解磷返回負荷, 經過一斷時間之后污水廠的出水磷含量會明顯好轉。目前，Waßmannsdorf市政污水處理廠可以*穩定地遵守磷排放指標 <0.5mg/L P。只是為了對沼氣進行脫硫處理，會在污水中投加少量沉淀鐵鹽。

已經形成較大結晶顆粒的 MAP比重很大 (圖 5), 當超過一定體積重量之后, 盡管沉淀反應罐內存在上升氣流仍然會沉積在曝氣板之下的罐底區域，定期由人工清理排出。如果不及時清理這些結晶沉淀物質, 則安裝在罐底的曝氣板會 MAP-沉淀結晶物質而受堵塞，從而液體內無法到達所要求的 pH值范圍。

4 MAP產品的回收利用

隨著市場上磷價格的不斷上升, 磷回收問題受到愈來愈多的重視。在設計建造新反應裝置時，就考慮了磷回收問題。因為MAP 產品內含有鎂和氮以及磷，營養價值很高，被*是工業肥料中的重要組成部分。 MAP 產品的回收利用變得愈來愈重要,因此, 通過采取以下技術措施對 MAP 結晶顆粒的抽提技術，洗滌清理技術以及 MAP回收利用進行了以下開發工作:

氣提環流，增加液體在反應罐內的停留時間，提高結晶顆粒直徑

錐體罐底，防止曝氣板受到堵塞。通過時間控制進行間隙排料

采用 MAP結晶顆粒的洗滌清理裝置，洗滌有機污泥，提高MAP 產品純度，從而達到可銷售和應用的程度

MAP結晶顆粒洗滌裝置的工作原理簡單說明如下:

通過洗滌回收裝置 RoSF4/t 側面安裝的進料口輸入含有MAP結晶體顆粒的污泥混合物料。通過在機械的下部區域定量輸入上流洗滌水(中水)，可以產生流化床區域并對含有不同比重的物料進行密度分層，從而可將MAP結晶體顆粒和有機污泥物質相分離。與此同時，通過一臺轉速緩慢的攪拌裝置，可以進一步強化MAP結晶顆粒和有機污泥之間的密度分離。通過一根排料螺桿，可將洗滌清理之后的MAP結晶顆粒運輸排出。在運輸排料過程中同時進行靜力脫水，后排入后續安裝的集料箱內。有機污泥則仍然保留在洗滌箱內，通過后續進入的物料向上排出，連同注入的洗滌水一起流出裝置。

通過這一特殊的流化床洗滌工藝，可以充分利用有機污泥和MAP-結晶體之間的密度差異對輸入的污泥懸浮液進行簡單有效的洗滌清理。配置壓力測試控制系統的均勻流化床洗滌分離裝置具有以下明顯特點: 與固定洗滌床進行比較知道，不管MAP顆粒直徑如何, 始終都能進行密度分離，從而明顯提高了洗滌和分離效率。通過洗滌處理，幾乎絕大部分的有機物質被洗滌分離, 終產品幾乎絲毫不存在市政污泥的特性。

在柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠內洗滌裝置已經運轉多年，用戶十分滿意，每天能夠產生大約 3t干凈的高檔 MAP-肥料。在此尿糞石物料內, 不僅含有元素磷，同時含有氮和鎂。抽提回收之后的 MAP 被定期分析成分，并作為農肥在市場上進行銷售。

對柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠獲得的 MAP 產品進行反復分析測試可以證明，結晶體顆粒純度很高。在對結晶顆粒內污泥成份洗滌處理之后，所有測試的污染物參數指標都明顯低于德國肥料規范規定的各項指標。

盡管目前銷售MAP 產品所獲得的收入還不能覆蓋磷回收運轉成本，但因為此處理工藝帶來的其他好處，例如污泥消化塔正常工作運轉，消除污泥管道和離心機的結垓堵塞，磷返送負荷明顯降低，污泥脫水固含量提高和化學藥劑量下降等優點，設備投資就變得十分有意義。此外，還可以額外回收磷資源，從而降低昂貴磷資源的開采用量。

5 總結

通過近十年來的工程實踐證明，定向 MAP-沉淀工藝是對市政污水處理廠內生物除磷 (Bio-P) 工藝的有效補充。通過這兩種處理工藝的有效結合和對多聚磷返溶所產生的正態磷進行沉淀反應，可以確保強化生物除磷工藝的正常運轉。

在采用 MAP-沉淀工藝并運行幾周之后就可以看到，出水磷含量參數明顯好轉，鐵鹽投加量明顯下降，同時污泥脫水性能明顯上升。采用 MAP-沉淀工藝之前，消化污泥脫水時平均絮凝劑消耗量是 11~13kg/tDS。離心機脫水處理之后出料污泥固含量是在 24%~25%DS, 污泥處置費用相應較高。

在采用 MAP-沉淀工藝之后，絮凝劑消耗量降低至大約 8kg/tDS，平均出料污泥固含量是在27%~ 28% DS范圍內。相對而言，所采用氯化鎂藥劑費用較低，因此每年可以凈節省費用 15 萬歐圓。

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