摘 """""要： 磷是一種不可再生資源，全球磷礦儲量在急劇枯竭，從廢水中回收磷是迫切需要的。我國大部分污水處理廠所采用的污水處理方式是A2/O工藝。為解決A2/O工藝中脫氮除磷所存在的一些問題，提出了一種結(jié)合壓力驅(qū)動水力旋流器和結(jié)晶除磷反應(yīng)器的創(chuàng)新側(cè)流工藝，以有效整合A2/O系統(tǒng)厭氧階段的磷釋放和回收。這種方法能夠快速分離厭氧池出水的污泥，然后通過HAP結(jié)晶回收富含磷的上清液，并確保釋放磷的污泥再循環(huán)回到系統(tǒng)中。同時，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)磷資源的有效回收。

關(guān) "鍵 "詞：A2/O工藝； 水力旋流器； 結(jié)晶除磷； 磷回收； HAP

中圖分類號：TE644 """"""文獻標志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2025）03-0453-03

磷既是一種重要的不可再生農(nóng)業(yè)養(yǎng)分，又是一種環(huán)境污染物。一方面，現(xiàn)代人類社會依靠磷來維持全球糧食供應(yīng)。人口的迅速增長以及隨之而來地對高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的需求導(dǎo)致了化肥使用量的大幅增加。另一方面磷礦石資源不足十萬分之一^[1]。目前，磷主要來自磷酸鹽礦物的地下開采。不幸的是，這些礦產(chǎn)磷資源在地質(zhì)時間尺度上得到補充，使磷成為一種基本上不可再生的資源，其特點是儲量迅速枯竭。有報告指出，全球磷資源儲備將在未來50～100年內(nèi)消耗殆盡^[2]。

在大多數(shù)淡水中，磷是限制營養(yǎng)物質(zhì)，或者說相對于需求供應(yīng)最少的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，過量的磷使這些水域容易出現(xiàn)大量的浮游植物生長。由此產(chǎn)生的富營養(yǎng)化對水體作為飲用水供應(yīng)、自然資源或漁業(yè)的能力產(chǎn)生不利影響。如果將污水中的磷進行有效回收，就可滿足全球15%～20%的磷資源需求^[3]。當前，全世界應(yīng)用A2/O工藝來完成污水脫氮除磷占比可達到80%以上。目前我國污水處理廠中采用A2/O工藝占到有50%以上^[4]。

1 "污水除磷技術(shù)

1.1 "傳統(tǒng)除磷方法

目前，傳統(tǒng)除磷方法普遍采用化學法、生物法以及化學生物相結(jié)合法?，F(xiàn)有的除磷方法還包括人工濕地法、吸附法、膜技術(shù)等方法^[5]。

化學法是利用混凝、沉淀和吸附等使污水中的溶解性磷轉(zhuǎn)化為不溶性的磷酸鹽去除。生物法利用微生物作用，將磷作為自身的營養(yǎng)物吸收后，通過污泥的排放去除。目前，常用于工程實踐的工藝有：A2/O^[6]、Phoredox工藝^[7]、SBR工藝^[8]、UCT工藝^[9]以及CASS工藝等^[10]。人工濕地主要利用濕地的基質(zhì)、水生植物和微生物之間的物理、化學和生物作用達到除磷效果，以投資少、耗能低、維護和運行費用低為主要優(yōu)點，對保護水環(huán)境和進行生態(tài)恢復(fù)具有重要意義^[11]。吸附法利用一些多孔或比表面積較大的固體對磷的親和力，實現(xiàn)除磷的目的，不產(chǎn)生污泥，處理簡單，效果較穩(wěn)定^[12]。膜技術(shù)在廢水處理中常與生物反應(yīng)器相組合，以膜組件替代二沉池，可提高泥水分離率^[13]。

1.2 "傳統(tǒng)除磷方法存在的問題

化學沉淀法在去除磷方面具有高效能，其處理結(jié)果穩(wěn)定，操作系統(tǒng)簡潔且易于實現(xiàn)自動化。然而，這種方法也存在一些缺點。例如，需要人工添加化學藥品，這可能會在污水中形成新的化合物，并對污水處理廠的生物處理單元產(chǎn)生負面影響。此外，化學處理方法的化學藥物消耗量大，運營成本高昂，而且這種方法會產(chǎn)生大量的化學污泥，不僅無法利用，含水率高，還可能引發(fā)二次污染。更為關(guān)鍵的是，這種方法并未真正實現(xiàn)磷的回收和利用。生物除磷法的優(yōu)點在于無需添加化學藥物，因此可以避免大量化學污泥的產(chǎn)生，運營成本也相對較低。然而，這種方法也存在問題。生物除磷只是將廢水中的磷轉(zhuǎn)移到產(chǎn)生的生物污泥中，未能實現(xiàn)真正的除磷。該工藝在污泥濃縮脫水過程中產(chǎn)生大量富磷上清液和脫水濾液，造成嚴重的二次污染。因此，生物除磷無法有效回收和利用廢水中的磷資源。

化學與生物組合式技術(shù)具有優(yōu)良的除磷效果，同時結(jié)合了化學法和生物法各自的優(yōu)點，是一種高效低成本工藝，但額外投加的化學藥劑和不溶性磷酸鹽的出現(xiàn)，會對生物處理系統(tǒng)中的活性污泥產(chǎn)生潛在危害^[14]。

2 "結(jié)晶除磷技術(shù)

目前，結(jié)晶法被普遍認為是最經(jīng)濟有效的磷回收方法。這種方法主要采用磷酸銨鎂結(jié)晶法和羥基磷酸鈣結(jié)晶法來從污水中回收磷?；瘜W沉淀除磷方法包括向高磷濃度的廢水中添加鎂或鈣離子。這些離子與廢水中的磷發(fā)生反應(yīng)，形成磷酸鎂銨（MAP）或羥基磷灰石（HAP）晶體，有效去除水中的磷，所得的MAP晶體純度高，可作為緩釋肥料廣泛用于農(nóng)業(yè)，并可在各個工業(yè)領(lǐng)域得到額外應(yīng)用。羥基磷灰石（HAP）是另一種沉淀產(chǎn)物，是磷礦的主要成分，也是磷肥的常見原料。對于高濃度含磷廢水，MAP是更好的選擇，而對于中低濃度的含磷廢水，HAP則更為合適。

2.1 "MAP結(jié)晶法

磷酸銨鎂（MAP），也稱為鳥糞石，是一種白色結(jié)晶化合物，化學式為MgNH₄ PO₄·6H₂0。它是鳥糞石礦物組的成分，天然存在于鳥糞和污水沉積物中。晶體結(jié)構(gòu)為斜方晶系，具有玻璃光澤，微溶于水，MAP是一種有價值的緩釋肥料，可為植物提供穩(wěn)定的磷和鎂供應(yīng)，是一種極好的緩釋磷肥。MAP結(jié)晶過程反應(yīng)如下：

Mg²⁺"+ NH⁴⁺"+ PO₄^3-+6H₂O →MgNH₄"PO₄·6H₂0↓

MAP結(jié)晶是一種有效且通用的除磷方法，具有除磷效率高、產(chǎn)生有價值的副產(chǎn)品和操作簡單等優(yōu)點。 廣泛應(yīng)用于各種廢水處理應(yīng)用，包括市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水處理。

2.2 "HAP結(jié)晶法

羥基磷灰石（HAP），也稱為磷灰石，是一種天然存在的磷酸鈣礦物，化學式為Ca₅（PO₄）₃OH。它是脊椎動物骨骼和牙齒的主要成分，也存在于一些巖石和礦物中。它不溶于水，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，白色結(jié)晶固體。HAP結(jié)晶除磷的化學反應(yīng)式為：

5Ca²⁺+OH^-"+3PO₄³⁺→Ca₅（PO₄）₃0H↓

HAP結(jié)晶是一種有效且通用的除磷方法，具有除磷效率高、產(chǎn)生有價值的副產(chǎn)物和操作簡單等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于各種廢水處理應(yīng)用，包括市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水處理。此外，回收的HAP晶體在各行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，進一步增強了該廢水處理技術(shù)的資源回收潛力。與MAP相比，HAP的溶度積常數(shù)較低適用于中低濃度的含磷廢水^[15]。

2.3 "結(jié)晶法所存在的問題

雖然廢水處理中除磷的結(jié)晶方法并不嚴格依賴于溫度，但它們對廢水中懸浮固體（SS）和混合液懸浮固體（MLSS）的濃度高度敏感。活性污泥和其他懸浮固體的存在會顯著影響結(jié)晶過程及其有效性。然而，生物除磷技術(shù)是大多數(shù)城市污水處理廠采用的主要方法。因此，為了有效去除污水中的磷，開發(fā)高效的污泥分離技術(shù)至關(guān)重要，應(yīng)有效地將混合液分離成上清液和污泥部分，從而允許隨后將鈣和鎂離子添加到澄清的上清液中。這種方法確保了通過結(jié)晶除磷的最佳條件。

3 "A2/O工藝脫氮除磷原理

3.1 "A2/O工藝流程

目前，A2/O工藝在我國的污水處理廠中被廣泛采用，它是同步脫氮除磷工藝中的一種。工藝流程圖如圖1所示。

3.2 "A2/O工藝的缺點

A2/O工藝可能無法持續(xù)實現(xiàn)高除磷率，特別是當進水磷濃度較低或波動時。這是因為該過程依賴于微生物對磷的生物吸收，而微生物對磷的生物吸收可能受到底物可用性、pH值和溫度等多種因素的影響。由于絲狀細菌的增殖，A2/O系統(tǒng)中可能會出現(xiàn)污泥膨脹，即污泥變得輕且蓬松的情況。這可能導(dǎo)致沉降性能不佳，降低除磷效率并增加出水懸浮固體濃度。這限制了聚磷菌充分釋放磷的能力，嚴重影響了好氧階段的吸磷效率。

3.3 "對A2/O工藝的改進

在A2/O工藝中厭氧池的一側(cè)連接一個小型的水力旋流器，以此來實現(xiàn)將污水中的固體懸浮顆?？焖俜蛛x，來得到富磷上清液。壓力式水力旋流器與流化床結(jié)晶反應(yīng)器相連接起來，在流化床中實現(xiàn)高效結(jié)晶除磷與磷回收。同時保證釋磷污泥返回系統(tǒng)，進一步提高除磷效率和磷資源的回收。這些設(shè)備在不影響初級工藝處理效率的情況下，可以最大限度地提高磷的回收率，有效緩解傳統(tǒng)生物除磷方法的缺點。

4 "快速泥水分離與高效結(jié)晶除磷

為了實現(xiàn)高效的除磷，促進A2/O工藝中污泥的快速分離，本研究開發(fā)了一種壓力驅(qū)動旋流分離器，專為厭氧池中的釋磷污泥而設(shè)計。深入研究旋流器的性能，分析各種運行參數(shù)對污泥分離效率的影響，優(yōu)化反應(yīng)器的運行條件。制備了流化床結(jié)晶除磷反應(yīng)器，并通過HAP結(jié)晶反應(yīng)實現(xiàn)了高效的磷回收。還強化了A2/O工藝的除磷集成實驗裝置，如圖2所示。

5 "結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的A2/O工藝相比，側(cè)流磷回收系統(tǒng)的集成顯著提高了整體除磷效率，在處理實際廢水時表現(xiàn)出一致的性能。這種卓越的處理效果凸顯了采用側(cè)流磷回收來增強傳統(tǒng)A2/O系統(tǒng)性能的必要性。

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Research on Phosphorus Removal and Phosphorus Recovery

Equipment in A2/O Process

GAO Qiyuan， SUN Bo， YAO Lin

（School of Chemical Equipment， Shenyang University of Technology， Shenyang Liaoning 111003，"China）

Abstract："Phosphorus is a non-renewable resource， and global phosphate rock reserves are rapidly depleting. Phosphorus recovery from wastewater is urgently needed. The sewage treatment method used by most sewage treatment plants in my country is the A2/O process. This study aims to solve some problems existing in nitrogen and phosphorus removal in the A2/O process， and proposes an innovative side-flow process that combines a pressure-driven hydrocyclone and a crystallization phosphorus removal reactor to effectively integrate the A2/O system. Phosphorus release and recovery during the anaerobic phase. This method can quickly separate the sludge from the anaerobic tank effluent， and then recover the phosphorus-rich supernatant through HAP crystallization， while ensuring that the phosphorus-releasing sludge is recycled back to the system. At the same time， effective recovery of phosphorus resources is achieved by optimizing process parameters.

Key words： A2/O process; Hydrocyclone; Crystallization phosphorus removal; Phosphorus recovery; HAP