水体富营养化及水资源短缺问题迫使污水处理厂的总磷排放标准愈来愈严. 2007年无锡市发生供水危机事件后, 国家对太湖流域城镇污水处理厂的尾水排放提出了更加严格的要求.引起富营养化的主要因素是氮、磷, 其中磷对水体富营养化更具有显著影响, 根据Liebig最低营养学限制定律, 磷浓度的高低是控制藻类生长丰度的最重要因子.而随着我国工业化的迅猛发展, 含磷污染物被大量排入市政污水管网, 磷的高效去除成为制约污水处理厂尾水水质进一步提高的关键因素.
污水中磷的深度去除成为近年来污水处理领域的研究重点, 但现有技术对特殊含磷废水的去除效果有限, 因此, 通过磷组分分析强化除磷成为有效方法, 而磷组分或存在形式的研究是表征其污染特征的关键.相关研究结果表明, 污水中的磷以PO43--P、Poly-P和OP的形态存在, Poly-P主要包括焦磷酸盐、偏磷酸盐等.在市政污水处理厂中, Poly-P含量一般较低, 污水处理厂化学除磷的方法是投加铁盐、铝盐等混凝剂与磷酸盐形成不溶性沉淀物, 最终通过固液分离的方法使磷从污水中被去除, PO43--P可以经过生物除磷和化学除磷的协同作用实现极限去除, 但针对OP污染及强化去除问题的研究相对较少. Qin等[6]指出在Loudoun和Pinery的两座污水处理厂二级出水中, 疏水性OP占比分别为64.8%和76.7%; Liu等利用藻类生物测定法提出了OP生物利用度, 其代表污水中易于微生物利用的OP比例. Li等利用藻类生长曲线法研究亲疏水性OP的生物利用度, 发现疏水性OP更易被藻类等微生物利用, 进而促进出水中磷的去除.微生物首先通过碱性磷酸酶将污水中有机磷水解为PO43--P, 而后以聚磷酸盐的形式储存于胞内.一般常使用藻类生物测定法确定微生物对有机磷等底物的生物利用度, 但是存在实验周期长、可操作性差的弊端.因此, 本研究使用活性污泥作为实验对象, 分析生物处理过程中OP在水相和泥相中的迁移和转化规律, 从活性污泥的角度阐述OP的生物利用度.
针对OP的强化去除, 活性炭吸附是较为可行的处理方式, 研究发现活性炭吸附对洗消废水中的特征污染物甲基膦酸二甲酯(dimethyl methyl phosphonate, DMMP)去除效率可达25%, 但活性炭应用成本较高, 会加重污水处理厂的运行负担.而褐煤制备的活性焦作为一种新型的吸附材料, 其性质与活性炭相似, 但来源更广且成本更低, 具有比表面积大、中孔发达的特点, 对难降解的大分子有机物具有良好的吸附性能.王东等的研究发现活性焦用于处理垃圾渗滤液, 垃圾渗滤液中产生恶臭和色度的物质被有效去除, COD去除率高达73.6%. O3氧化是污水处理厂常规消毒措施, 宋淑静等的研究表明臭氧氧化法对污水中有机磷具有较好的降解作用, OP的去除率为78.46%.因此研究在适当的O3浓度下, 污水中有机磷的强化去除对于污水总磷超低排放具有现实意义.
本研究从污水处理厂OP污染特征及强化去除两个方面出发, 阐述了OP的分布特性、亲疏水特性、生物利用度等污染特征, 并针对性开展基于静态吸附和高级氧化技术的有机磷深度去除技术分析, 以期为污水处理厂实现总磷超低排放奠定基础.