所有的污水除磷方法都包含有兩個(gè)必要的過程，首先將溶解性磷（磷酸鹽）物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶性懸浮（顆粒）性狀態(tài)，然后通過固液分離將磷從污水中除去。

一、除磷劑的分類

除磷劑是向污水中投加化學(xué)藥劑，使水中磷酸根離子生成難溶性鹽，形成絮凝體后與水分離，從而去除水中所含的磷。從而將處理后水中的磷含量降至界限值以下，不需要改變原水處理流程，不需要增設(shè)大型水處理構(gòu)筑物，簡便易行，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可獲得顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)化學(xué)除磷法的原理介紹，除磷劑主要分為四類：

1 、鋁鹽化學(xué)除磷藥劑

采用鋁鹽作為藥劑添加在化學(xué)除磷工藝中，經(jīng)常使用的有三種，一種是硫酸鋁，一種是氯化鋁，還有一種是聚合氯化鋁，在具體的反應(yīng)過程中，包含兩個(gè)主要的反應(yīng)過程，首先是三價(jià)鋁離子通過與磷酸根產(chǎn)生反應(yīng)而出現(xiàn)沉淀，沉淀的化合物為AlPO₄ 。

其次是三價(jià)鋁離子能夠出現(xiàn)水解反應(yīng)，在這一過程中會有正電荷以及單核羥基絡(luò)合物以及多核羥基絡(luò)合物的存在，在經(jīng)過范德華力以及網(wǎng)捕等一系列的作用以后，就能達(dá)到比較理想的沉淀效果，這樣也就達(dá)到了化學(xué)除磷的要求。在運(yùn)用鋁鹽進(jìn)行化學(xué)除磷的過程中，需要重點(diǎn)控制 pH，這樣才能達(dá)到理想的除磷效果，否則會造成所排放的水體中鋁鹽超標(biāo)。

2 、鐵鹽化學(xué)除磷藥劑

鐵鹽除磷藥劑主要有硫酸亞鐵、聚合氯化硫酸鐵、氯化鐵及聚合氯化鐵等。

鐵鹽與鋁鹽除磷反應(yīng)機(jī)理類似，之外還會發(fā)生強(qiáng)烈水解并同時(shí)發(fā)生各種聚合反應(yīng)吸附水中的磷。Fe²⁺除磷效率與pH相關(guān)，但有關(guān) Fe²⁺除磷最佳PH存在爭議：有人認(rèn)為PH=8時(shí)，F(xiàn)e²⁺除磷效果最好，但研究表明PH=7.5～8.5時(shí)不易生成沉淀，從而降低了除磷效率。Fe²⁺除磷需要較高PH值，而環(huán)境污水廠處理中PH值往往低于 7.5。

另外，在水中 Fe₃（PO₄）₂ 沒有FePO₄穩(wěn)定，這些都限制了二價(jià)鐵鹽在廢水除磷中的應(yīng)用，實(shí)際過程中可利用好氧池曝氣的特點(diǎn)將Fe²⁺氧化成 Fe³⁺來提高化學(xué)除磷效率。鐵鹽與磷酸鹽反應(yīng)形成沉淀物相對于鋁鹽更加穩(wěn)定，而具有沉降速度快的優(yōu)點(diǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用比較多，但是具有出水濁度與色度高、對出水PH影響大、運(yùn)輸和貯存麻煩、對設(shè)備腐蝕大等缺點(diǎn)，同時(shí)鐵也是刺激藻類生長和引發(fā)湖泊水華的一個(gè)重要因素，這些缺點(diǎn)限制其使用范圍。

3 、鈣系除磷藥劑

向含磷污水中加入氫氧化鈣，污水的pH上升，同時(shí)污水中磷與鈣反應(yīng)生成 Ca₅（OH）(PO₄)₃， 反應(yīng)式如下：

隨著pH的升高，污水中Ca₅（OH）(PO₄)₃的溶解度降低，為使磷的去除率達(dá)到 90%以上，需要把 H調(diào)至10.5-11范圍內(nèi)，在此pH范圍內(nèi)，污水中的磷含量可降低至0.5mg/L以下。

由于需要較高的 pH，對水體生物的正常生長有一定的影響，同時(shí)鈣鹽除磷藥劑還會引起池壁或渠、管壁上結(jié)垢及曝氣管堵塞等，因此鈣鹽除磷藥劑在河道治理和城市環(huán)境污水處理廠中應(yīng)用的比較少。

4 、復(fù)合新型除磷藥劑

復(fù)合新型除磷藥劑種類多樣，其中主要有聚氯化鋁鐵（PAFC）、聚氯化鋁

（PAC）、聚氯化鐵（PFC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚亞鐵、聚氯硫酸鐵（PFCS）、聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）、聚合硫酸鋁（PFAS）、改性硅藻土以及上述幾種除磷藥劑和PAM、二氧化錳等形成的混合物等。這些新型除磷藥劑基本上都有良好的電荷中和與吸附架橋功能，凝聚性能良好，絮凝體生成迅速，密集度高且質(zhì)量大，沉降性能優(yōu)越，沉降的污泥脫水 性能好，無二次污染，適用水體 pH值范圍廣，具有較強(qiáng)的去除效果，而且藥劑生產(chǎn)工藝簡單，原料易得，生產(chǎn)成本低。其中 PAFC 在環(huán)境污水廠中應(yīng)用的比較多，原因在于 PAFC 結(jié)合了鋁鹽和鐵鹽的雙重優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)反應(yīng)速度快、形成絮體大且重、沉降快和過濾性好等優(yōu)點(diǎn)。

因此，PAFC既能克服鋁鹽絮體生成慢、絮體輕、沉降慢的不足，同時(shí)又能克服鐵鹽除磷的出水渾濁、色度高的缺點(diǎn)。改性硅藻土是最近新使用的化學(xué)除磷藥劑，其組成包括硅藻土PAC和石灰等，其中的PAC和石灰可與 PO₄^3- 反應(yīng)生成 AlPO₄和Ca₅（PO₄）₃OH 等沉淀物，同時(shí)硅藻土具有吸附、混凝、過濾、共沉等作用，能充分接觸并除去水中的 PO₄^3- 。因此除磷效果較穩(wěn)定，出水TP變化較小。

二、除磷劑使用方法

1 、投加量的確定

除磷劑投加量的確定依據(jù)有一下幾種因素：原水中磷含量的大小、原水磷含量的種類、設(shè)計(jì)出水磷含量的大小（出水含磷國家標(biāo)準(zhǔn)）和設(shè)計(jì)除磷效率（除磷劑投加之后的含磷量）。最終投加量的確定要經(jīng)過小試和中試的實(shí)驗(yàn)確定，或是根據(jù)同類相似工程的經(jīng)驗(yàn)值確定后進(jìn)行中試驗(yàn)證，確保出水達(dá)到相關(guān)法規(guī)要求。

2 、直接投加法

即固體或粉末狀的除磷劑不經(jīng)過稀釋而直接投加到水體中的方法，但是這種方法的使用有一定的限制因素：第一要求所加水體的 pH 為酸性環(huán)境，第二所加的水體中有攪拌裝置，否則除磷效果非常有限，因?yàn)槌讋]有充分與水體接觸，就不會充分的與磷發(fā)生相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。因此這種方法更多的適用于污水處理廠。

3 、稀釋之后投加法

將固體或粉末狀除磷劑經(jīng)過一定的稀釋比例稀釋之后直接投加到目標(biāo)水體中，這種方法使用的范圍更廣。具體操作流程如下：

有以下注意事項(xiàng)：

1、投加量：需經(jīng)過科學(xué)計(jì)算和相關(guān)實(shí)驗(yàn)確定。

2、稀釋過程中的攪拌：充分?jǐn)嚢琛?/p>

3、投加點(diǎn)的選擇：最好在水流湍急、河道狹窄處進(jìn)行稀釋液的投加。

3、除磷劑投加位置

化學(xué)除磷根據(jù)投加地點(diǎn)不同分為：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物處理之后加絮凝過濾。

(1)前沉析

前沉析工藝的特點(diǎn)是沉析藥劑投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的進(jìn)水渠(管)中，或者文丘里渠(利用渦流)中。其一般需要設(shè)置產(chǎn)生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應(yīng)產(chǎn)生的沉析產(chǎn)物(大塊狀的絮凝體)則在一次沉淀池中通過沉淀而被分離。如果生物段采用的是生物濾池，則不允許使Fe2+藥劑，以防止對填料產(chǎn)生危害(產(chǎn)生黃銹)。

前沉析工藝(如圖2所示)特別適合于現(xiàn)有污水處理廠的改建(增加化學(xué)除磷措施)，因?yàn)橥ㄟ^這一工藝步驟不僅可以去除磷，而且可以減少生物處理設(shè)施的負(fù)荷。常用的沉析藥劑主要是生灰和金屬鹽藥劑。經(jīng)前沉析后剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/1，完全能滿足后續(xù)生物處理對磷的需要。

(2)同步沉析

同步沉析是使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝，在國外約占所有化學(xué)除磷工藝的50%。其工藝是將沉析藥劑投加在曝氣池出水或二次沉淀池進(jìn)水中，個(gè)別情況也有將藥劑投加在曝氣池進(jìn)水或回流污泥渠(管)中。

圖3是采用同步沉析的活性污泥法工藝簡圖。當(dāng)采用生物轉(zhuǎn)盤工藝時(shí)，情況和活性污泥法類似，但對于生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉淀池進(jìn)水中尚值得探討。

(3)后沉析

后沉析是將沉析、絮凝以及被絮凝物質(zhì)的分離在一個(gè)與生物設(shè)施相分離的設(shè)施中進(jìn)行，因而也就有二段法工藝的說法。一般將沉析藥劑投加到二次沉淀池后的一個(gè)混合池(M池)中，并在其后設(shè)置絮凝池(F池)和沉淀池(或氣浮池)。

后沉析工藝簡圖如圖4所示。對于要求不嚴(yán)的受納水體，在后沉析工藝中可采用石灰乳液藥劑，但必須對出水PH值加以控制，比如采用沼氣中的CO2進(jìn)行中和。

采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和總磷，但因?yàn)樾韬愣ü?yīng)空氣而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。

三種投加位置的優(yōu)缺點(diǎn)

4、除磷劑投加量的計(jì)算

去除一分子的磷酸鹽，需要一分子的鐵鹽或者鋁鹽。為了計(jì)算方便，實(shí)際計(jì)算采用克分子(mol)或者克原子量。

在化學(xué)沉析除磷時(shí)，去除lmol(31g)P至少需要lmol(56g)Fe，或者至少需要1.8(56/31)倍的Fe，或者O.9(27/31)倍的Al。也就是說去除lgP至少需要1.8g的Fe，或者0.9g的Al。

由于在實(shí)際中，反應(yīng)中并不是100%有效進(jìn)行的，加之OH-會與金屬離子競爭反應(yīng)，生成相應(yīng)的氫氧化，所以實(shí)際化學(xué)沉析藥劑投加一般需要超量投加，以保證達(dá)到所需要的出水P濃度。德國在計(jì)算時(shí)，提出了投加系數(shù)β的概念，即：

β=(molFe,molAl)／molP

投加系數(shù)β是受多種因素影響的，如投加地點(diǎn)、混合條件等，實(shí)際投加時(shí)建議通過投加試驗(yàn)確定，圖5是投加系數(shù)和磷減少量的關(guān)系。在最佳條件下(適宜的投加、良好的混合和絮凝體的形成條件)β=1；在非最佳條件下，β=2到3或更高。過量投加藥劑不僅會使藥劑費(fèi)增加，而且因氫氧化物的大量形成也會使污泥量大大增加，這種污泥體積大、難脫水。

德國在實(shí)際計(jì)算中，為了有效地去除磷(出水保持＜1mgP/1)，β值為1.5，也就是說去除1kg磷，需要投加：

1.5×（56／31）=2.7 kg Fe

或者，

1.5×（27／31）=1.3 kg Al

若用石灰作為化學(xué)沉析藥劑，則不能采用這種計(jì)算方法，因?yàn)槠湟笸都拥膒H值大于8.5，而且投加量受污水堿度(緩沖能力)的影響，所以其投加量必須針對各自的污水通過試驗(yàn)確定。

從嚴(yán)格意義上講，投加系數(shù)β值的概念只適用于后沉析，對于前沉析和同步沉析在計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮：1、回流污泥中含有未反應(yīng)的藥劑；2、在初次沉淀池中和生物過程去除的磷。

計(jì)算舉例

例1：污水處理廠設(shè)計(jì)水量為10000m3/d，進(jìn)水中的P濃度為14mg/1，出水P濃度要求達(dá)到1mg/l。設(shè)計(jì)采用沉析藥劑三氯化鋁AlCl3，其有效成分為6%(60g/kgAlCl3)，密度為1.3kg/l。為同步沉析，試計(jì)算所需要的藥劑量。

解：

經(jīng)過初次沉淀地沉淀處理后去除的磷為2mg/l，則生物處理設(shè)施進(jìn)水的P濃度為11mg/l，經(jīng)過生物同化作用去除的P為1mg/l。則需經(jīng)沉析去除的 ：

P負(fù)荷=10000m3/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d

設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5，

設(shè)計(jì)Al的投加量為：1.5×（27／31）×100=130kgAl/d

折算需要藥劑量為：130×1000(g/d)/60(g/kg)=2167kg/dAlCl3

折算需要體積量為：2167(kg/d)/1.3(kg/l)=16671/dAlCl3

例2：設(shè)計(jì)采用藥劑硫酸亞鐵FeSO4，有效成分為180gFe/kgFeSO4，在10℃時(shí)的飽和溶解度為400gFeSO4/l，其它設(shè)計(jì)參數(shù)同例1。

解：

設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5，

設(shè)計(jì)Fe的投加量為：1.5×5631×100=270kg Fe/d

折算需要藥劑量為：270×1000(g/d)/180(g/kg)=1500kg/dFeSO4

飽和溶液中的有效成分為：180(g/kg)·0.4(kg/l)=72gFe/l FeSO4

折算需要體積量為：1500·1000(g/d)/72(g/l)=20833l/dFeSO4

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