引言

近年來，由于氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的過量排放，世界各地的許多河流、湖泊和海洋都暴露在各種污染物或赤潮中。據(jù)報(bào)道，2021年9月日本“赤潮”爆發(fā)導(dǎo)致大量海洋生物死亡。磷的高含量排放往往導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化，使水資源受到嚴(yán)重威脅，給環(huán)境和公眾健康帶來巨大影響。我國2007年太湖藍(lán)藻爆發(fā)所造成的污染場(chǎng)景讓全國為之震驚，而無錫人民當(dāng)時(shí)是談水色變。至此，廢水中磷的去除一直都是我國污染治理的重點(diǎn)。

現(xiàn)今隨著水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在污水去磷技術(shù)上的研究也不斷深入，部分學(xué)者開始研究利用固廢吸附除磷技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)資源化。例如，張克成等［1］研究利用粉煤灰合成沸石吸附高濃度含磷廢水，既提高了粉煤灰作為固體廢物的利用率，又減輕了富營養(yǎng)化帶來的環(huán)境壓力；成倩蘭等［2］對(duì)磷尾礦進(jìn)行資源化利用研究，在不同溫度下對(duì)磷尾礦進(jìn)行煅燒，并用于低濃度含磷廢水處理，在最佳條件下反應(yīng)20min時(shí)，含磷廢水的降解率達(dá)到了99.4%。目前，針對(duì)工程中不同工業(yè)廢水中磷的去除，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的考慮，國內(nèi)外除磷技術(shù)主要分為生物除磷法和化學(xué)除磷法。生物除磷技術(shù)一般只適用于處理低濃度及有機(jī)態(tài)含磷廢水，如A2O、AO、UCT工藝等［3］。有學(xué)者針對(duì)青島水產(chǎn)品加工企業(yè)的生產(chǎn)廢水采用隔油沉淀+AO+化學(xué)除磷工藝進(jìn)行處理，運(yùn)行周期較短，TN和TP去除率分別達(dá)到了85.7%、93.5%，出水TP的質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1mg/L以下。化學(xué)除磷法適用于處理高濃度含磷廢水或無機(jī)態(tài)含磷廢水，以化學(xué)沉淀法、吸附、結(jié)晶、反滲透等工藝為主。

制備污泥活性炭對(duì)含磷廢水進(jìn)行分離。相較于活性污泥法溶解氧的控制，污泥齡以及C/P比值確定等關(guān)鍵因素難以掌控，反滲透法操作復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)投資大，吸附法吸附劑再生較為困難。化學(xué)沉淀除磷法具有運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、易控制、除磷效率高和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用低的特點(diǎn)，對(duì)高濃度無機(jī)磷廢水的處理具有較大優(yōu)勢(shì)［7］。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，該工程含磷廢水采用化學(xué)沉淀除磷法較為合適。

目前，隨著我國水處理絮凝沉淀劑的深入研究，化學(xué)沉淀除磷法也得到了極大發(fā)展。梁宏等［8］通過Fe3O4與PAC制備了磁性-化學(xué)沉淀復(fù)合試劑MPACl除磷，最優(yōu)條件下總磷去除率達(dá)到了97%。化學(xué)沉淀除磷法通過投加化學(xué)沉淀劑與廢水中的磷酸鹽生成難溶沉淀物，不但能把磷分離出去，同時(shí)形成的絮凝體對(duì)磷也具有吸附作用，能更好地降解水中的磷。

常見的除磷藥劑有鐵鹽（FeSO）、鋁鹽（Al（SO））和吸附，最優(yōu)條件下活性炭對(duì)磷的吸附去除率達(dá)到了鈣鹽（Ca（OH）2、CaCl2）等，但二價(jià)鐵與磷酸根離子形86%以上。但目前，運(yùn)用單一的除磷技術(shù)如化學(xué)沉淀成的Fe（3PO4）2絮體較小，沉降性差；而三價(jià)鋁離子在法、材料吸附法或超濾法處理時(shí)對(duì)于廢水中含有的高濃度磷只能達(dá)到85%～95%的降解率，無法滿足TP≤1mg/L的高標(biāo)準(zhǔn)排放要求（《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》

（GB8978—1996）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)）。因此，在節(jié)約經(jīng)濟(jì)投資的同時(shí)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)實(shí)際工程情況采用組合工藝對(duì)固廢堆場(chǎng)中產(chǎn)生的高濃度含磷廢水進(jìn)行處理，進(jìn)而保障湖泊水資源的安全。

1?工程背景

某固廢堆場(chǎng)在雨季填埋區(qū)內(nèi)堆體表面會(huì)產(chǎn)生大量的淋溶水，同時(shí)還有經(jīng)處理后的滲濾液出水，經(jīng)檢測(cè)含有高濃度磷、氟、氮和少量重金屬，為避免污染，兩股廢水通過泵和管道統(tǒng)一收集于收集池，需要通過新建除磷系統(tǒng)進(jìn)行處理。根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲蠼涤炅浚瑥U水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力1300m3/d，綜合進(jìn)水水

質(zhì)pH值小于3、總磷3000mg/L、氟化物380mg/L、氨

氮20mg/L。由于該廢水中含有大量磷氟等污染物，隨意排放會(huì)對(duì)旁邊的水體造成污染，嚴(yán)重時(shí)可能造成水華或赤潮現(xiàn)象。因此，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，該高濃度含磷廢水必須經(jīng)處理后，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)才能外排。

2?廢水處理工藝

2.1 工藝選擇

該工程廢水中的主要污染物為高濃度無機(jī)磷、氟、氮和少量重金屬，有機(jī)物濃度較低。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用生物處理法處理高濃度含磷廢水不具優(yōu)勢(shì)，因此該廢水采用化學(xué)除磷法作為處理工藝。在各種化學(xué)工藝中，化學(xué)沉淀除磷法是利用多種陽離子與廢水中的磷酸根結(jié)合生成沉淀物質(zhì)，再進(jìn)行水體中存在一定的毒性；相較而言，鈣鹽價(jià)格低且易于購買，除磷成本相較于鋁鹽和鐵鹽低，同時(shí)水解后能與磷酸根生成不同形式的沉淀，并具有良好的凝聚吸附性能；所以該工藝選擇鈣鹽作為除磷化學(xué)沉淀劑。因此，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求和廠區(qū)實(shí)際情況，該設(shè)計(jì)組合工藝為石灰中和+絮凝沉淀+砂濾，先將整體水質(zhì)調(diào)節(jié)pH值至堿性，并進(jìn)行中和沉淀，再通過絮凝沉淀去除水體中大量的磷，最后通過砂濾系統(tǒng)進(jìn)一步去除水體中存在的余磷和其他有機(jī)類污染物，保證整體水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

2.2 工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。

2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）調(diào)節(jié)池 1 座，尺寸 40 m×10 m×5 m，有效容積 1 800 m3 。堆體淋溶水和處理后滲濾液出水統(tǒng)一收集入收集池，并同時(shí)對(duì)整體水質(zhì)和水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）中和池 1 座，尺寸 3 m×6 m×3 m，有效容積48.6 m3 。提升泵將調(diào)節(jié)池出水輸送至中和池，向反應(yīng)池中投加石灰乳并攪拌，調(diào)節(jié)整體 pH 值至堿性（反應(yīng)式1），并去除污染物。石灰乳可以有效去除磷化廢水中的磷，并且石灰還可以通過沉淀去除氟化物（反應(yīng)式2），同時(shí)調(diào)節(jié)出水的pH值，使之處于磷酸根離子高效結(jié)晶pH值段（反應(yīng)式3），石灰對(duì)廢水中的砷和鎳等重金屬還具有一定的沉淀去除作用。

（3）混合反應(yīng)池1座，尺寸3.0m×6.0m×3.0m，有效容積48.6m3。中和池出水進(jìn)入混合反應(yīng)區(qū)，在混合反應(yīng)池內(nèi)投加CaCl2溶液，由于原水中磷及氟含量極高，當(dāng)調(diào)節(jié)pH值到達(dá)8.5時(shí)，水中的磷和氟尚未完全沉淀；若繼續(xù)投加石灰乳，會(huì)導(dǎo)致水中堿度升高，易結(jié)垢堵塞管道。故在此投加CaCl2溶液，由CaCl2補(bǔ)充鈣離子，鈣離子與廢水中的磷酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成細(xì)小礬花，通過后續(xù)的絮凝沉淀可去除水中多余的磷及氟。

（4）絮凝沉淀池2座，尺寸3.0m×12.0m×3.0m，分別為絮凝攪拌池和斜管沉淀池，單個(gè)池體容積48.6m3。混合反應(yīng)池出水進(jìn)入絮凝攪拌池，投加絮凝劑PAM并進(jìn)行攪拌，通過自身的極性基或離子基團(tuán)與質(zhì)點(diǎn)形成氫鍵或離子對(duì)，加之范德華力而吸附于質(zhì)點(diǎn)表面，在質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行橋連形成體積龐大的絮狀沉淀，再進(jìn)入斜管沉淀池中，通過重力作用進(jìn)行固液分離，在此過程中去除絕大部分的含磷含氟絮體。沉淀池污泥進(jìn)入污泥濃縮罐，然后輸送至板框壓濾機(jī)，壓榨成泥餅后回填場(chǎng)內(nèi)。

污泥處置裝置污泥罐1座，尺寸3m×3m，用于污泥儲(chǔ)存和污泥濃縮。板框壓濾機(jī)1臺(tái)，過濾面積100m2，對(duì)濃縮后的污泥進(jìn)行壓榨，壓榨后的泥餅含水率較低，直接用于場(chǎng)內(nèi)回填。中間水池1座，尺寸4m×3m×3m，有效容積30m3。中間水池儲(chǔ)存沉淀池出水，輸送至砂濾罐，在整體運(yùn)行中起調(diào)節(jié)水量的作用。

砂濾罐1套，尺寸2.4m×3.2m。砂濾罐可以防止沉淀出水后水質(zhì)不能完全達(dá)標(biāo)，再通過罐體內(nèi)的石英砂進(jìn)一步過濾，去除水體中存在的余磷和其他有機(jī)類污染物，進(jìn)而改善水質(zhì)，使之達(dá)標(biāo)排放。

清水池1座，尺寸5m×3m×3m，有效容積30m3。清水池儲(chǔ)存砂濾罐出水，并輸送至調(diào)蓄池，進(jìn)行整體排放或回用。

1?運(yùn)行效果

該項(xiàng)目于2021年6月開始運(yùn)行，整體運(yùn)行調(diào)試1個(gè)月，于2021年7月穩(wěn)定運(yùn)行，并于2021年8月通過驗(yàn)收。該項(xiàng)目在整個(gè)處理系統(tǒng)廢水進(jìn)出口均設(shè)有取樣口，在處理系統(tǒng)正常運(yùn)行下進(jìn)行取樣檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到廠方要求的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，

3.1 調(diào)試試驗(yàn)分析

在整個(gè)廢水系統(tǒng)調(diào)試過程中，整體采用從定性分析到定量分析的單一控制變量法，最終得到準(zhǔn)確投加藥劑量。試驗(yàn)分析階段取原水200mL，投加石灰乳質(zhì)量濃度為10%、CaCl2質(zhì)量濃度為12%、PAM質(zhì)量濃度為3%，pH值調(diào)節(jié)至8.5。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用藥劑濃度投加不同藥劑量，并通過觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而確定最佳投藥量。

3.2 運(yùn)行分析

廢水系統(tǒng)經(jīng)過5個(gè)月的正常運(yùn)行，出水水質(zhì)指標(biāo)一直保持良好，能夠達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，中和沉淀+絮凝沉淀+砂濾工藝應(yīng)用于該固廢堆場(chǎng)高濃度含磷廢水，具有實(shí)際工程意義，整個(gè)工藝運(yùn)行簡(jiǎn)單可控，投資經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié) 語

某固廢堆場(chǎng)高濃度含磷廢水通過進(jìn)出水水質(zhì)表明，應(yīng)用中和沉淀+絮凝沉淀+砂濾工藝處理具有良好的效果，廢水中的磷降解率達(dá)到了99.99%，氟降解率達(dá)到了98%，氨氮降解率達(dá)到了70%，同時(shí)還伴隨少量重金屬砷、鎳的去除，整體出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

該工藝中采用石英砂作為過濾介質(zhì)相較于傳統(tǒng)過濾介質(zhì)，石英砂具有刮不花、不易污染、用不舊、燃不著、無毒、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，能更好地減少過濾阻力，避免濾料的污染和腐蝕問題。

該工藝中由于整體采用化學(xué)沉淀除磷工藝，在中和沉淀和絮凝沉淀環(huán)節(jié)，工藝運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生大量污泥，所以整體運(yùn)行工藝存在產(chǎn)泥量大的問題，但在該固廢堆場(chǎng)中由于可以進(jìn)行污泥回填，所以能很好地避免污泥量大而難以處置的問題。

該工藝中采用化學(xué)沉淀除磷法選擇鈣鹽（Ca（OH）、CaCl）做沉淀劑，經(jīng)濟(jì)投資少，但運(yùn)行調(diào)試控制在8.5左右；同時(shí)為了促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行，保證磷的完全去除，溶液中的鈣離子應(yīng)始終保持充足。

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