什么是除磷劑？怎么使用？
時(shí)間：2022-09-06 08:29:39 作者：瀚藍(lán)水處理劑 點(diǎn)擊：
生物除磷是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的除磷方法，但由于該除磷工藝目前還不能保證穩(wěn)定達(dá)到0.5mg/l出水標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以要達(dá)到穩(wěn)定的出水標(biāo)準(zhǔn)，常需要采取投加除磷劑的措施來(lái)滿足要求。除磷劑是通過(guò)化學(xué)沉析過(guò)程完成除磷的的藥劑，是指通過(guò)向污水中投加無(wú)機(jī)金屬鹽藥劑與污水中溶解性的鹽類（如磷酸鹽）反應(yīng)生成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)的化學(xué)沉析反應(yīng)的除磷過(guò)程。實(shí)際上投加藥劑后，污水中進(jìn)行的不僅是沉析反應(yīng)，同時(shí)還發(fā)生著化學(xué)絮凝作用，即形成的細(xì)小的非溶解狀的固體物互相粘結(jié)成較大形狀的絮凝體。污水沉析反應(yīng)可以簡(jiǎn)單的理解為：水中溶解狀的物質(zhì)，大部分是離子狀物質(zhì)轉(zhuǎn)換為非溶解、顆粒狀形式的過(guò)程，絮凝則是細(xì)小的非溶解狀的固體物互相粘結(jié)成較大形狀的過(guò)程，所以絮凝不是相轉(zhuǎn)移過(guò)程。絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析則用于污水中溶解性磷的去除。為了生成非溶解性的磷酸鹽化合物，用于化學(xué)除磷的化學(xué)藥劑主要是金屬鹽藥劑和氫氧化鈣。許多高價(jià)金屬離子藥劑投加到污水中后都會(huì)與污水中的溶解性磷離子結(jié)合生成難溶解性的化合物，但出于經(jīng)濟(jì)原因考慮，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe3+鹽、Fe2+鹽和Al3+鹽，這些藥劑是以溶液和懸浮液狀態(tài)使用的。除金屬鹽藥劑外，氫氧化鈣也用作沉析藥劑，反應(yīng)生成不溶于水的磷酸鈣。除磷劑的種類
Al2(SO4)3+6H2O----2Al(OH)3+3SO42-+6CO2Al2(SO4)3+2PO4----2AlPO4+3SO42-在pH為6.0-6.5的條件下，每1mol的磷需要加鋁1.5-3.0mol。如果水顯堿性，在加鋁之前應(yīng)先降低pH以減少Al(OH)3沉淀。Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2Fe3++PO43----FePO4↓pH=5～5.5每1mol磷需要加鐵（Fe3+)1.5-3mol，最佳pH為5.0。對(duì)磷含量為5mg/l左右的二級(jí)處理水，通過(guò)投加100－200mg/l的氯化鐵（FeCl3.6H2O)就可以得到90％以上的磷去除率。金屬氫氧化物會(huì)形成大塊的絮凝體，這對(duì)于沉析產(chǎn)物的絮凝是有利的，同時(shí)還會(huì)吸附膠體狀的物質(zhì)、細(xì)微懸浮顆粒。需要注意的是有機(jī)物在以化學(xué)除磷為目的化學(xué)沉析反應(yīng)中的沉析去除是次要的，但在分離時(shí)有機(jī)性膠體以及懸浮物的凝結(jié)在絮凝體中則是決定性的過(guò)程。沉析效果是受PH值影響的，金屬磷酸鹽的溶解性同樣也受PH的影響。對(duì)于鐵鹽最佳PH值范圍為5.0～5.5，對(duì)于鋁鹽為6.0～7.0，因?yàn)樵谝陨螾H值范圍內(nèi)FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金屬鹽藥劑會(huì)給污水和污泥處理還會(huì)帶來(lái)益處，比如會(huì)降低污泥的污泥指數(shù)，有利于沼氣脫硫等。由于金屬鹽藥劑的投加會(huì)使污水處理廠出水中的Cl-或SO2-4離子含量增加。如果沉析藥劑溶液中另外含有酸的話，則需特別加以注意。投加金屬鹽藥劑后相應(yīng)會(huì)降低污水的堿度，這也許會(huì)對(duì)凈化產(chǎn)生不利影響。當(dāng)在同步沉析工藝中使用硫酸鐵時(shí)，必須考慮對(duì)硝化反應(yīng)的影響。另外，如果污水處理廠污泥用于農(nóng)業(yè)，使用金屬鹽藥劑除磷時(shí)必須考慮鋁或者鐵負(fù)荷對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。5Ca2++4OH-+3HPO42----Ca5OH(PO4)3+3H2O為使磷的去除率達(dá)到90％以上，需要把pH值調(diào)到10.5-11.0以上。Ca/P的重量比為2.2：1以上。沉析過(guò)程中，對(duì)于不溶解性的磷酸鈣的形成起主要作用的不是Ca2+，而是OH-離子，因?yàn)殡S著pH值的提高，磷酸鈣的溶解性降低，采用Ca(OH)2除磷要求的pH值為8.5以上。但在pH值為8.5到10.5的范圍內(nèi)除了會(huì)產(chǎn)生磷酸鈣沉析外，還會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣，這也許會(huì)導(dǎo)致在池壁或渠、管壁上結(jié)垢。與鈣進(jìn)行磷酸鹽沉析的反應(yīng)除了受到PH值的影響，另外還受到碳酸氫根濃度(堿度)的影響。在一定的PH值惰況下，鈣的投加量是與堿度成正比的。對(duì)于軟或中硬的污水，采用鈣沉析時(shí)，為了達(dá)到所要求的PH值所需要的鈣量是很少的，具有強(qiáng)緩沖能力的污水相反則要求較大的鈣投加量。按除磷劑的投加地點(diǎn)不同，化學(xué)除磷可以分為：前置除磷、同步除磷和后置除磷。前置除磷工藝的特點(diǎn)是除磷劑投加在沉砂池中、初沉池的進(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）在初沉池中通過(guò)沉淀被分離。如果生物段采用的是生物濾池，則不允許使用鐵鹽藥劑，以防止對(duì)填料產(chǎn)生危害（產(chǎn)生黃銹）。前置除磷工藝由于僅在現(xiàn)有工藝前端增加化學(xué)除磷措施，比較適合于現(xiàn)有污水處理廠的改建，通過(guò)這一工藝步驟不僅可以除磷，而且可以減少生物處理設(shè)施的負(fù)荷。常用的化學(xué)藥劑主要是石灰和金屬鹽藥劑。前置除磷后控制剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/L，完全能滿足后續(xù)生物處理對(duì)磷的需要。同步除磷是目前使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝，在國(guó)外約占所有化學(xué)除磷工藝的50%。其工藝是將化學(xué)藥劑投加在曝氣池出水或二沉池進(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。目前已確定對(duì)于活性污泥法工藝和生物轉(zhuǎn)盤工藝可采用同步化學(xué)除磷方法，但對(duì)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。后置除磷是將沉析、絮凝以及被絮凝物質(zhì)的分離在一個(gè)與生物處理相分離的設(shè)施中進(jìn)行，因此也叫二段法工藝。一般將化學(xué)藥劑投加到二沉池后的一個(gè)混合池中，并在其后設(shè)置絮凝池和沉淀池（或氣浮池）。對(duì)于要求不嚴(yán)的受納水體，在后置除磷工藝中可采用石灰乳液藥劑，但必須對(duì)出水pH值加以控制，如可采用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)樾枰愣ü?yīng)空氣因而運(yùn)行費(fèi)用較高。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(shuō)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(huì)與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)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(guó)在計(jì)算時(shí)，提出了投加系數(shù)β的概念，即：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(guò)投加試驗(yàn)確定。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(guò)量投加藥劑不僅會(huì)使藥劑費(fèi)增加，而且因氫氧化物的大量形成也會(huì)使污泥量大大增加，這種污泥體積大、難脫水。德國(guó)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(shuō)去除1kg磷，需要投加：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(duì)各自的污水通過(guò)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(duì)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(guò)程去除的磷。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。
經(jīng)過(guò)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(guò)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。
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/dFeSO41、除磷劑對(duì)污水處理廠出水金屬含量的影響在污水處理廠出水中金屬和藥劑的含量主要取決于對(duì)懸浮物的分離，當(dāng)然藥劑的投加、β值、pH值、污水堿度及投加技術(shù)也都對(duì)其有影響。
在污水處理廠出水中的鐵和鋁一般是難溶解的磷酸鹽和氫氧化物，并以懸浮狀態(tài)存在。
在正常藥劑投加量(如β=1.5，同步沉析)、pH為中性及有足夠好的二次沉淀池或沉淀池的情況下，鋁和鐵的含量一般不會(huì)超過(guò)1.0mg/l，而且盡管污水處理廠進(jìn)水中的鐵常常超過(guò)1.0mg/l；對(duì)于絮凝濾池出水中鐵或鋁的含量一般小于0.5mg/l。
采用金屬藥劑進(jìn)行磷沉析必然會(huì)導(dǎo)致污水處理廠出水中的鹽(Cl-或SO42-含量)增加。其增加量可通過(guò)計(jì)算確定：
如：例1中投加AlCl3，由于1kgAl對(duì)應(yīng)3.9(3×35.5/27=3.94)kg的Cl-，Cl-的增加量：折算濃度為：513kg/d×1000/10000m3/d=51.3mg/l例2中投加FeSO4,由于1kgFe對(duì)應(yīng)1.7((32+4×16)/56=1.71)kg的SO42-，SO24-的增加量：折算濃度為：461.7kg/d×1000/10000m3/d=46.2mg/l含有少量工業(yè)廢水的城市污水處理廠正常出水中Cl-＜100mg/l、SO24-＜200mg/l ，也就是說(shuō)采用金屬藥劑后出水中的鹽含量Cl-升高50%、SO42-升高25%。當(dāng)受納水體有嚴(yán)格求時(shí)，應(yīng)對(duì)鹽含量進(jìn)行驗(yàn)算。
因在磷酸鹽沉析的同時(shí)，重碳酸鹽也被去除，所以出水中的總含鹽量(電導(dǎo)率)幾乎保持不變。
水的堿度是指使一升水達(dá)到某一PH值的HCI用量，堿度也是指對(duì)酸的緩沖能力。污水處理廠進(jìn)水的堿度對(duì)應(yīng)的是其所在流域飲用水的堿度和由銨產(chǎn)生的堿度。在磷酸鹽沉析時(shí)，只要鐵或鋁離子進(jìn)入水溶液中就形成六水復(fù)和體；一般形式為Me(H2O)3+6(Me：金屬)，這種復(fù)合體象酸一樣可進(jìn)一步水解：Me(H2O)63+→3H++Me(OH)3+3H2O該反應(yīng)與溶液的pH值有關(guān)，同時(shí)會(huì)降低水的堿度。由于氫氧化物以難溶的復(fù)合體形式沉析出來(lái)，不會(huì)提高污水的堿度，所以對(duì)于金屬氫氧化物的沉析必須估算酸當(dāng)量，對(duì)于金屬磷酸鹽的沉析也是一樣。同步沉析中分離磷酸鹽只能略微提高污水的堿度。
4、除磷劑對(duì)剩余污泥產(chǎn)量的影響正如前面所述的一樣，污水中溶解性磷去除結(jié)果就是產(chǎn)生污泥，不同的工藝，污泥的排除位置也不相同。對(duì)于同步沉析則是以剩余污泥的形式排出設(shè)施。剩余污泥產(chǎn)量是污泥處理設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要參數(shù)，帶有同步沉析化學(xué)除磷時(shí)，單位污泥產(chǎn)量是由去除BOD5產(chǎn)生的剩余污泥和同步沉析除磷的沉析物所組成。
對(duì)于由同步沉析，化學(xué)除磷產(chǎn)生污泥由沉析藥劑的類型、所投加金屬離子與需沉析磷的克分子比來(lái)確定。在β=1.5時(shí)，投加1kgFe產(chǎn)生產(chǎn)2.5kg的干物質(zhì)，或投加1kgAl產(chǎn)生產(chǎn)4kg的干物質(zhì)。
在采用硫酸鐵藥劑進(jìn)行同步沉析時(shí)，對(duì)硝化反應(yīng)是有阻礙影響的，在這種情況下故而推薦將污泥泥齡提高10%。采用氯化鐵鹽藥劑對(duì)硝化反應(yīng)是沒(méi)有影響的。表4是各種沉析工藝對(duì)硝化反應(yīng)的影響系數(shù)，這種影響系數(shù)是指在特定工藝條件下的污泥泥齡與常規(guī)工藝條件下(無(wú)磷的去除，且在同等硝化反應(yīng)能力情況下)的污泥泥齡的比值。因?yàn)樵谇俺廖龅耐瑫r(shí)非溶解狀的碳化合物也會(huì)被沉析出來(lái)，由此不能為氮氧化過(guò)程的穩(wěn)定所要求的反硝化反應(yīng)提供足夠的碳化合物，所以前沉析對(duì)氮的去除也會(huì)產(chǎn)生負(fù)作用。經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是，通過(guò)一次沉淀已去除掉許多碳化合物，這常不足于前置反硝化反應(yīng)所需，再經(jīng)前沉析更加劇了這種矛盾。
