一种用于二级生化出水同步除磷除COD的深度处理方法

摘要

一种用于二级生化出水同步除磷除COD的深度处理方法，包括以下工序：A、调节待处理水样pH范围为4～5；B、将FeSO4和H2O2按摩尔比1:0.5~1.5混合，避光反应20～40秒后，加入步骤A的水样中，FeSO4投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2～3；C、分段搅拌，快速搅拌15～30秒、慢速搅拌10～15分钟，然后沉淀60分钟～180分钟；D、分离沉淀物后，上层清液为处理后出水。本方法可达到同步高效除磷和除COD的功效；处理后，出水中磷的含量可大大低于0.5mg/L，去除率可达到90﹪以上；COD含量低于50mg/L，去除率可达到35﹪以上，均满足国家相关排放标准限值要求。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护中污水深度处理技术领域，特别涉及一种用于二级生化出水同步除磷除COD的深度处理方法。 

背景技术

近年来，随着我国国民经济的高速发展和城市化进程的加快，污水大量排放引起的水环境污染问题日益严重，已成为制约社会经济可持续发展的重要因素。这其中，水体富营养化问题尤为突出；据调查，我国80%以上的大型湖泊已富营养化。受富营养化污染的水域可在一定条件下引发藻类及其他浮游生物的迅速繁殖、溶解氧含量急剧下降，导致水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，严重影响工农业正常生产和人们的身心健康。而经污水排放进入水体的磷被公认为引起富营养化的主要诱因之一。另一方面，大量污水排放也使得水体中有机污染物（一般以COD表征）含量升高，其自然降解的过程中可引起水质腐败变臭，水生生物缺氧甚至死亡；此外，污水中的部分有机污染物本身就具有较强的毒性，会对水生生物和人体健康造成直接伤害。因此，我国已将P、COD等水质指标作为污水排放的重点控制指标，执行着严格的排放标准。但，即便城镇污水处理出水达到目前最为严格的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A排放标准(总磷<0.5mg/L，COD <50 mg/L），巨大的污水排放总量仍然会造成水环境中污染物含量升高，并超过引发富营养化的临界浓度，进而产生水体污染。因此，我国现行的污水排放标准也有进一步提高的需求和趋势。 

目前，我国各类城镇污水处理厂中的主体工艺均为二级生化工艺，受到工艺特点、运行状况和建设年代等多种因素的影响，众多污水厂二级生化出水中仍含有相当数量的有机物、氮、磷等污染物质，已很难能满足最新的排放标准限值和水环境保护的要求。因此，对城镇污水二级生化出水进行深度处理，进一步降低出水中的磷、COD等污染物浓度，已成为当前污水厂提标改造过程中的重要工作。 

污水处理中常用的除磷方法主要包括生物法和化学法。生物法除磷是基于噬磷菌在好氧及厌氧条件下，提取及释放磷的原理，通过好氧—厌氧的交替运行来实现除磷；生物除磷工艺主要有A/O工艺、A²/O工艺、Bardenpho工艺、UCT工艺、SBR工艺、Phostrip工艺等。但生物法除磷工艺复杂、运行稳定性差、操作条件严格，且单纯采用生物除磷的方法，很难将污水中总磷(TP)的含量降到0.5mg/L以下。化学法除磷包括化学沉淀、离子交换、反渗透、电渗析等方法。其中以化学沉淀法应用最广，后几种方法因处理费用太高而难以大范围实际应用。 

化学沉淀法除磷的原理是利用磷酸根和某些金属阳离子(如Fe³⁺和Al³⁺)进行化学反应,生成不溶于水的沉淀,通过分离沉淀物质最终达到去除水中磷的目的。如磷以聚磷酸盐的形式存在于污水中,则可依靠沉淀和吸附2种作用去除：（1）聚磷酸盐通过水解反应生成正磷酸盐,其中的磷酸根与阳离子反应生成沉淀;（2）生成的沉淀呈絮状,可吸附聚磷酸盐而去除部分磷。化学沉淀除磷的方法主要有铝盐法，铁盐法，石灰法和镁盐法。在新兴的化学法中，刘可等人（《中国给水排水》，2009，新生态铁锰氧化物混凝除磷效果研究）采用FeSO₄和KMnO₄反应制备新生态铁氧化物去除水中的磷酸盐，获得了较好的除磷效果。 

污水深度处理中常用的有机物（COD）去除方法主要包括生化法和物化法两大类。生化处理中常用的工艺包括高浓度活性污泥法、曝气生物滤池、生物铁法、纯氧活性污泥法等方法。物化处理工艺则包括吸附、离子交换、膜分离和高级氧化等技术。 

但在已有二级生化出水深度处理方法中，尚没有针对出水中残留的磷和有机物等污染物提出的高效同步去除方法；所以亟待开发一种新的深度处理方法，以达到高效同步除磷、除COD的效果，并使出水水质达到相关污水排放标准。 

发明内容

针对二级生化出水中磷和COD浓度同时超标的问题，本发明的目的是提供一种能同步高效去除磷和COD的污水深度处理方法。 

为了达到上述目的，本发明采用的技术手段为：一种用于二级生化出水同步除磷除COD的深度处理方法，包括以下工序： 

A、调节待处理水样（二级生化出水）pH范围为4～5；

B、将FeSO₄和H₂O₂按摩尔比1:0.5~1.5混合，避光反应20～40秒后，加入步骤A的水样中； 

C、分段搅拌，快速搅拌30秒、慢速搅拌10～15分钟，然后沉淀60分钟～180分钟；

D、分离沉淀物后，上层清液为处理后出水。

步骤B中FeSO₄和H₂O₂的摩尔比为1:1，FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2～3。 

步骤C中所述快速搅拌转速为300r/min、所述慢速搅拌转速为80r/min。 

步骤A中所述pH为4.5。 

步骤B避光反应时间为30秒。 

步骤C中所述快速搅拌30秒、慢速搅拌15分钟，然后沉淀120分钟。 

步骤D中所述的沉淀物分离可以为沉淀方式，也可以为过滤、离心等方式。 

本发明可同步去除二级出水中残留的磷和COD，其有益效果为： 

（1）针对磷和COD浓度均超标的二级生化出水，可达到同步高效除磷和除COD的功效。

（2）处理效果好。采用本方法处理后，出水中磷的含量可大大低于0.5 mg/L，去除率可达到90﹪以上；COD含量低于50mg/L，去除率可达到35﹪以上，均满足国家相关排放标准限值要求。 

（3）本方法工艺简单，运行成本低。采用本方法深度除磷除COD，仅增加反应、沉淀两步简单的物化处理工序，吨水处理药剂成本约为0.025元/吨，工艺改造和运行成本低，具有很好的经济效益和环境效益。 

具体实施方式

实施例1 

应用本方法对南京市下关区某城市污水处理厂二级生化出水进行同步除磷除COD深度处理。该二级生化出水水质如下：

水质指标pH总磷（mg/L)COD_Cr（mg/L)TN（mg/L)氨氮（mg/L)待处理水样7.221.755815.65.5

取一定量的该污水厂二级生化出水置于反应器中，调节pH值为4.5；按最终投加量分别为19.3mg FeSO₄/L水样和4.32 mg H₂O₂/L水样（即FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:3）将两种药剂混合，避光反应30秒；然后将混合反应后药剂加入待处理水样，搅拌反应（以300r/min快速搅拌30秒、以80r/min慢速搅拌15分钟），沉淀120分钟，上清液即为处理后出水。经检测出水中总磷为 0.10 mg/L，去除率为94.3％；COD为36mg/L，去除率为37.9％；满足相关污水排放标准。

实施例2 

应用本方法对南京市某大型石化企业污水处理厂二级生化出水进行同步除磷除COD深度处理。该二级生化出水水质如下：

水质指标pH总磷（mg/L)COD_Cr（mg/L)TN（mg/L)氨氮（mg/L)待处理水样7.412.317616.26.4

取一定量的该污水厂二级生化出水置于反应器中，调节pH值为4.5；按最终投加量分别为30.4mg FeSO₄/L水样和6.80 mg H₂O₂/L水样（即FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2.5）将两种药剂混合，避光反应30秒；然后将混合反应后药剂加入待处理水样，搅拌反应（以300r/min快速搅拌30秒、以80r/min慢速搅拌15分钟），沉淀120分钟，上清液即为处理后出水。经检测出水中总磷为 0.12 mg/L，去除率为94.8％，COD为47mg/L，去除率为38.2％，满足相关污水排放标准。

实施例3  

以实施例1中二级生化出水为处理对象，确定FeSO₄最终投加量为19.3mg /L水样，控制H₂O₂最终投加量分别为2.16 mg /L水样、4.32 mg /L水样、6.48 mg /L水样，即FeSO₄和H₂O₂投加量的摩尔比分别为1:0.5、1:1、1:1.5，其他按实施例1中实施方式进行3组平行同步除磷除COD深度处理实验，结果如下：

由结果可知，当FeSO₄和H₂O₂投加摩尔比为1:1时，对总磷和COD均取得了较好的效果，且药剂耗用量较为经济。

实施例4 

以实施例1中二级生化出水为处理对象，确定FeSO₄和H₂O₂投加量的摩尔比为1:1，控制FeSO₄最终投加量分别为29mg /L水样、23.2mg /L水样、19.3mg /L水样、16.6mg /L水样、14.5mg /L水样，即FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4，其他按实施例1中实施方式进行5组平行同步除磷除COD深度处理实验，结果如下：

由结果可知，当FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比在1:2～3范围内时，对总磷和COD均取得了较好的效果，且去除率趋于稳定，故以FeSO₄:COD（质量比）=1:2～3确定药剂投加量。

实施例5 

以实施例2中二级生化出水为处理对象，确定FeSO₄和H₂O₂投加量的摩尔比为1:1，FeSO₄最终投加量分别为38mg /L水样、30.4mg /L水样、25.3mg /L水样、21.7mg /L水样、19mg /L水样，即FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比为1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4，其他按实施例1中实施方式进行5组平行同步除磷除COD深度处理实验，结果如下：

由结果可知，当FeSO₄投加量与待处理水样中COD含量的质量比在1:2～3范围内时，对总磷和COD均取得了较好的效果，且去除率趋于稳定，故以FeSO₄:COD（质量比）=1:2~3确定药剂投加量。

实施例6 

以实施例1中二级生化出水为处理对象，确定FeSO₄和H₂O₂投加量的摩尔比为1:1，FeSO₄最终投加量为19.3mg /L水样，分别按照：（1）先将两种药剂混合避光反应30秒，再加入待处理水样（同实施例1）；（2）先向待处理水样投加FeSO₄反应30秒，再加入H₂O₂；（3）先向待处理水样投加H₂O₂反应30秒，再加入FeSO₄；（4）同时向待处理水样投加FeSO₄和H₂O₂等4种加药方式加药，其他按实施例1中实施方式进行4组平行同步除磷除COD深度处理实验，结果如下：

由结果可知，各种加药方式均可获得较好的除磷效果，但先将两种药剂反应30秒、后投加入待处理水样的方式可取的更好除COD效果，确定为最佳加药方式。