污水处理技术之化学除磷方法详细解析

获悉：在静止的或流动缓慢的水体中，如果磷的浓度过高，会造成水体的富营养化，其危害已众所周知，因而在
污水处理中进行除磷是必要的。磷的去除有化学除磷、生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施来满足要求。本文主要介绍化学除磷的基本机理、主要工艺形式和药剂投加量的计算方法。污水处理技术之化学除磷方法详细解析
化学除磷的基础
化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例：
实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应，所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。
化学沉析和化学絮凝的差异
污水沉析反应：可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。
在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相应的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后一方面：溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。
另一方面：随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固——液分离步骤，得到净化的污水和固——液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。
化学除磷药剂的类型
根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。
出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。Fe2+在实际中为了能被氧化常投加到曝气沉砂池或采用同步沉析工艺投加到曝气池中，其效果同使用Fe3+一样，反应式如下：
与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量，反应式如下化学沉析工艺污水除磷常用的药剂类型详见表
化学沉析工艺是按沉析药剂的投加地点来区分的，实际中常采用的有：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物处理之后加絮凝过滤。
前沉析
前沉析工艺的特点是：沉析药剂投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的进水渠(管)中，或者文丘里渠(利用涡流)中。前沉析工艺(如图2所示)特别适合于现有
污水处理厂的改建(增加化学除磷措施)，因为通过这一工艺步骤不仅可以去除磷，而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的沉析药剂主要是生灰和金属盐药剂。
同步沉析
同步沉析是使用最广泛的化学除磷工艺，在国外约占所有化学除磷工艺的50%。其工艺是将沉析药剂投加在曝气池出水或二次沉淀池进水中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠(管)中。
后沉析
后沉析是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物设施相分离的设施中进行，因而也就有二段法工艺的说法。一般将沉析药剂投加到二次沉淀池后的一个混合池(M池)中，并在其后设置絮凝池(F池)和沉淀池(或气浮池)。三种工艺的优缺点汇总
化学沉析药剂量的计算
由式2和式3去除一分子的磷酸盐，需要一分子的铁盐或者铝盐。为了计算方便，实际计算采用克分子(mol)或者克原子量。如：
德国在计算时，提出了投加系数β的概念，即：
投加系数β是受多种因素影响的，如投加地点、混合条件等，实际投加时建议通过投加试验确定。在最佳条件下(适宜的投加、良好的混合和絮凝体的形成条件)β=1；在非最佳条件下，β=2到3或更高。过量投加药剂不仅会使药剂费增加，而且因氢氧化物的大量形成也会使污泥量大大增加，这种污泥体积大、难脱水。
德国在实际计算中，为了有效地去除磷(出水保持＜1mgP/1)，β值为1.5，也就是说去除1kg磷，需要投加：
1.5×（56／31）=2.7kgFe
或者，
1.5×（27／31）=1.3kgAl
若用石灰作为化学沉析药剂，则不能采用这种计算方法，因为其要求投加的pH值大于8.5，而且投加量受污水碱度(缓冲能力)的影响，所以其投加量必须针对各自的污水通过试验确定。
从严格意义上讲，投加系数β值的概念只适用于后沉析，对于前沉析和同步沉析在计算时还应考虑：
回流污泥中含有未反应的药剂
在初次沉淀池中和生物过程去除的磷
沉析对污水处理的影响
沉析对污水处理厂出水金属含量的影响
在正常药剂投加量(如β=1.5，同步沉析)、pH为中性及有足够好的二次沉淀池或沉淀池的情况下，铝和铁的含量一般不会超过1.0mg/l，而且尽管污水处理厂进水中的铁常常超过1.0mg/l；对于絮凝滤池出水中铁或铝的含量一般小于0.5mg/l。
沉析对出水中盐含量的影响
采用金属药剂进行磷沉析必然会导致污水处理厂出水中的盐(Cl-或SO42-含量)增加。
沉析对碱度的影响
在磷酸盐沉析时，只要铁或铝离子进入水溶液中就形成六水复和体；一般形式为Me(H2O)3+6(Me：金属)，这种复合体象酸一样可进一步水解：
该反应与溶液的pH值有关，同时会降低水的碱度。由于氢氧化物以难溶的复合体形式沉析出来，不会提高污水的碱度，所以对于金属氢氧化物的沉析必须估算酸当量，对于金属磷酸盐的沉析也是一样。同步沉析中分离磷酸盐只能略微提高污水的碱度。
沉析对剩余污泥产量的影响
剩余污泥产量是污泥处理设计、运行的重要参数，带有同步沉析化学除磷时，单位污泥产量是由去除BOD5产生的剩余污泥和同步沉析除磷的沉析物所组成。
沉析对硝化反应的影响
各种工艺和药剂对硝化反应的影响系数表
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