化学除磷计算.doc

八 、-刖言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 我国《污水综合排放标准》（8978 —1996） 规定，城市 污水处理厂磷酸盐（以P计）一级排放标准为0.5mg/l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2污水中的磷负荷欧洲一些国家曾对生活 污水中的总磷PT做过多次调查，主要结果见表 1表1国外调查生活污水中总磷PT的含量g/人・d来源1975年调查1985年调查19 89年调查人类食物（通过人体排泄）1.91.91.9洗涤剂V 1.63.01.1合计V 3.54.93.0由人类食物产生的磷是不变的， 但国内外目前普遍开始采用无磷洗涤剂， 所以由洗涤剂产生的磷几年降低了许多城市 污水原水中的磷浓度在我国主要取决于工业废水中的磷含量国外生活 污水一般为10〜25mg/l，我国一般为5〜10mg/l。

其大部分是无机化合磷， 并是 溶解状的，这一部分主要由来自洗涤剂的正磷酸盐和稠环磷酸盐组成总磷中的一小5-部分是有机化合磷，其以溶解和非溶解状态存在稠环磷酸盐 （如P3O0 ）和有机化合磷（核酸）一般在污水管网中和污水处理中就已经转化为正磷酸盐 （PO43-）3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，反应方程举例如式 1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（ 如图 1 所示 ） FeCh+K^PQ - FeP04 +3KC1 式 1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 污水和固一液浓缩物 （化学污泥 ），达到化学除磷的目的4 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+—样，反应式如式 2、3式23+ 3-Al +PQ-tAIPOJ pH=6- 7式33+ 3-Fe +PO43 t FePQj pH=5- 5.5与沉析反应相竞争的反应是金属离子与 0H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，反应式如式 4、5。

Al 3++3OHtAl(QH) 3 J 式 43+ -Fe3++3QH-tFe(QH)3 式 5金属氢氧化物会形成大块的絮凝体， 这对于沉析产物的絮凝是有利的， 同时还会吸附胶 体状的物质、 细微悬浮颗粒 需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉 析去除是次要的，但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程沉析效果是受PH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受 PH的影响对于铁盐最佳PH值范围为5.0〜5.5，对于铝盐为 6.0〜7.0，因为在以上 PH值范围内FeP04或AIPQ4的 溶解性最小 另外使用金属盐药剂会给 污水 和污泥处理还会带来益处， 比如会降低污泥的污 泥指数，有利于沼气 脱硫 等由于金属盐药剂的投加会使 污水处理厂出水中的 Cl-或SO2-4离子含量增加如果沉析 药剂溶液中另外含有酸的话，则需特别加以注意投加金属盐药剂后相应会降低 污水 的碱度， 这也许会对净化产生不利影响 当在同步沉 析工艺 中使用硫酸铁时，必须考虑对硝化反应的影响另外， 如果污水处理厂污泥用于农业， 使用金属盐药剂除磷时必须考虑铝或者铁负荷对 农业的影响除了金属盐药剂外， 氢氧化钙也用作沉析药剂。

在沉折过程中， 对于不溶解性的磷酸钙 的形成起主要作用的不是 Ca2+,而是0H-离子，因为随着pH值的提高，磷酸钙的溶解性降 低，采用Ca(0H)2除磷要求的pH值为8.5以上磷酸钙的形成是按反应式 6进行的：2+ 3- - t5Ca +3po4-+OH Ca5(PO4)3出 pH >8.5 式 6但在pH值为8.5到10.5的范围内除了会产生磷酸钙沉析外， 还会产生碳酸钙，这也许会导致在池壁或渠、管壁上结垢，反应式如式 72+ 2Ca +CO- t CaCO 式 7与钙进行磷酸盐沉析的反应除了受到 PH值的影响，另外还受到碳酸氢根浓度 （碱度）的影响在一定的 PH值惰况下，钙的投加量是与碱度成正比的对于软或中硬的 污水，采用钙沉析时，为了达到所要求的 PH值所需要的钙量是很少的，具有强缓冲能力的污水相反则要求较大的钙投加量污水除磷常用的药剂类型详见表 2表2污水净化的常用药剂一览表类型名称分子式状态铝盐硫酸铝Al 2(SO4)3. 18H2OAl 2(SOA 14H2O固体液体nAI 2(SO4).xfO+mFeSOd) 3. yH2O因体氯化铝alCI 3液体（约40%AICI 3+FeCl3液体聚合氯化铝[AI(OH)n • Cl 3-n ] m液体二价铁盐硫酸亚铁FeSO・ 7H2O固体FeSQ液体三价铁盐氯化硫酸铁FeCISO液体（约40%硫酸铁Fe2(SO4)3液体（约40%氯化铁FeCKHO液体（约40%熟石灰氢氧化钙Ca(OH)2约40%的乳液5化学沉析工艺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。

1）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）中其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要相应产生的沉析产物（大块状的絮凝体）则在一次沉淀池中通过沉淀而被分离 如果生物段采用的是生物滤池，则不允许使 Fe2+药剂，以防止对填料产生危害 （产生黄锈）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经前沉析后剩余磷酸盐的含量为 1.5-2.5mg/1 ，完全能满足后续生物处理对磷的需要2）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）中图3是采用同步沉析的活性污泥法 工艺简图当采用生物转盘 工艺时，情况和活性污泥 法类似，但对于生物滤池工艺能否将药剂投加在二次沉淀池进水中尚值得探讨3）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）后沉析工艺简图如图4所示对于要求不严的受纳水体， 在后沉析工艺中可采用石灰乳液药剂，但必须对出水 PH值加以控制，比如采用沼气中的 C02进行中和采用气浮池可以比沉淀池更好地去除悬浮物和总磷， 但因为需恒定供应空气而运转费用较咼三种工艺的优缺点汇总于表 3中表3各种化学磷工艺的优缺点一览表工艺类型优点缺点前沉析工艺•能降低生物处理设施的负 荷，平均其负荷的波动变化， 因而可以降低能耗•现有污水厂易于改造实施；•总污泥产量增；•对反硝化反应造成困难(底物分解过多)；•对改善污泥指数不利—同步沉析工艺•通过污泥回流可以充分利用 沉析药剂；•如果是将药剂投加到曝气池 中，可采用价格较便宜的二价 铁盐药剂•金属盐药剂会使活性污泥重 量增加，从而可以避免活性污 泥膨胀；•同步沉析设施的工程量较 小•采用同步沉析工艺会增加污泥产量；•采用酸性金属盐药剂会使PH下降到最佳范围以下，这对硝 化反应不利；•磷酸盐污泥和生物剩余污泥 是混合在一起的，因而回收磷酸 盐是不可能的，此外在厌氧状态 下污泥中磷会再溶解；•由于回流泵会絮凝体破坏， 但通过投加高分子絮凝助凝剂减 轻这种危害。

后沉析工艺•磷酸盐的沉析是和生物净化 过程相分离的，互相不产生影 响；•药剂的投加可按磷负荷的变 化进行控制；•产生的磷酸盐污泥可以单独 排放，并可以加以利用，如用 做肥料•后沉析工艺所需要的投资大、 运行费用高，但当新建污水处理 厂时，采用后沉析工艺可以减小 生物处理二次沉淀池的尺寸6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：1mol H=1g molFe=56g 1molAI=27g 1mol P=31g在化学沉析除磷时，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0.9(27/31)倍的Al也就是说去除lgP至少需要1.8g的Fe,或者0.9g的 Al由于在实际中，反应中并不是100有效进行的，加之0H会与金属离子竞争反应， 生成 相应的氢氧化，如式 4 和式 5，所以实际化学沉析药剂投加一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水P浓度德国在计算时，提出了投加系数 3的概念，即：3 =(molFe,molAI) /molP 式 8投加系数 3 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，图 5是投加系数和磷减少量的关系。

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 ) 3 =1；在非最佳条件下， 3 =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。