污水處理中的化學(xué)除磷

1、污水處理中的化學(xué)除磷磷的去除有化學(xué)除磷生物除磷兩種工藝， 生物除磷是一種相對經(jīng)濟的除磷方法， 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)，常需要采取化學(xué) 除磷措施來滿足要求。化學(xué)除磷是通過化學(xué)沉析過程完成的， 化學(xué)沉析是指通過向污水中投加無機金屬鹽藥劑， 其 與污水中溶解性的鹽類，如磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，這一過程涉及的是所謂的 相轉(zhuǎn)移過程，反應(yīng)方程舉例如式 1。實際上投加化學(xué)藥劑后，污水中進(jìn)行的不僅僅是沉析反應(yīng)，同時 還進(jìn)行著化學(xué)絮凝反應(yīng)，所以必須區(qū)分化學(xué)沉析和化學(xué)絮凝的差異。FeCI3+K3PO 金 FeP04 +3

2、KCI式 1污水沉析反應(yīng)可以簡單的理解為： 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)成較大形狀的過程， 所以絮凝不是相轉(zhuǎn)移 過程。在污水凈化工藝中， 絮凝和沉析都是極為重要的， 但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。 如果利用沉析工藝實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)換， 則當(dāng)向污水中投加了溶解性的金屬 鹽藥劑后，一方面溶解性的磷轉(zhuǎn)換成為非溶解性的磷酸金屬鹽， 也會同時產(chǎn)生非溶解性的氫氧化物 （取 決于 PH 值）。另一方面，隨著沉析物的增加及較小的非溶解性固體物聚積成較大的非溶解性固體物， 使穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn)，

3、 通過速度梯度或擴散過程使脫穩(wěn)的膠體互相接觸生成絮凝體。 最后通過固 液分 離步驟，得到凈化的污水和固一液濃縮物 （化學(xué)污泥 ），達(dá)到化學(xué)除磷的目的。根據(jù)化學(xué)沉析反應(yīng)的基礎(chǔ)， 為了生成磷酸鹽化合物， 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 （熟石灰 ）。許多高價金屬離子藥劑投加到污水中后，都會與污水中的溶解性磷離子結(jié) 合生成難溶解性的化合物。出于經(jīng)濟原因，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe3+、AI3+和Fe2+鹽和石灰。這些藥劑是以溶液和懸浮液狀態(tài)使用的。 二價鐵鹽僅當(dāng)污水中含有氧， 能被氧化成三價鐵鹽 時才能使用。Fe2+在實際中為了能被氧化常投加到曝氣沉砂池或采用同步沉析工藝投

4、加到曝氣池中， 其效果同使用Fe3+ 樣，反應(yīng)式如式2、3。AI3+PO43- AIP04J pH=6 7式 2Fe3+PO43- FeP04 pH=5 5.5式 3與沉析反應(yīng)相競爭的反應(yīng)是金屬離子與 OH 的反應(yīng)，所以對于各種不同的金屬鹽產(chǎn)品應(yīng)注意的是 金屬的離子量，反應(yīng)式如式 4、 5。AI3+3OH- AI（0H）3 J式 4Fe3+3OH- Fe（OH）3式 5金屬氫氧化物會形成大塊的絮凝體， 這對于沉析產(chǎn)物的絮凝是有利的， 同時還會吸附膠體狀的物 質(zhì)、細(xì)微懸浮顆粒。需要注意的是有機物在以化學(xué)除磷為目的化學(xué)沉析反應(yīng)中的沉析去除是次要的，但在分離時有機性膠體以及懸浮物的凝結(jié)在絮凝體中則是

5、決定性的過程。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。對于鐵鹽最佳 PH 值范 圍為5.05.5 ,對于鋁鹽為6.07.0 ,因為在以上PH值范圍內(nèi)FePO4或AIPO4的溶解性最小。另 外使用金屬鹽藥劑會給污水和污泥處理還會帶來益處， 比如會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)會降低污水的堿度， 這也許會對凈化產(chǎn)生不利影響。 當(dāng)在同步沉析工藝中 使用硫酸鐵時，必須考慮對硝化反應(yīng)的影響。另外，如果污水處理廠污泥用

6、于農(nóng)業(yè)， 使用金屬鹽藥劑除磷時必須考慮鋁或者鐵負(fù)荷對農(nóng)業(yè)的影 響。除了金屬鹽藥劑外， 氫氧化鈣也用作沉析藥劑。 在沉折過程中， 對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，因為隨著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。磷酸鈣的形成是按反應(yīng)式 6 進(jìn)行的：5Ca2+3po43-+OH- Ca5（PO4）3OHpH > 8.5式 6但在 pH 值為 8.5 到 10.5 的范圍內(nèi)除了會產(chǎn)生磷酸鈣沉析外，還會產(chǎn)生碳酸鈣，這也許會導(dǎo)致 在池壁或渠、管壁上結(jié)垢，反應(yīng)式如式 7。Ca2+CO32- CaCO3式 7與鈣進(jìn)

7、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。對于軟或中硬的污水，采用鈣沉析時，為了達(dá)到所要求的 PH 值所需要的鈣量是很少的，具有強 緩沖能力的污水相反則要求較大的鈣投加量。化學(xué)沉析工藝是按沉析藥劑的投加地點來區(qū)分的，實際中常采用的有：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

8、）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 ），因為通過 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，個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進(jìn)水或回流污泥渠

9、 （管）中。目前很多污水廠都采用，如廣州大坦沙污水處理廠三期就是采用的同步沉析，加藥對活性污 泥的影響比較小。（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）。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，但因為需恒定供應(yīng)空氣而運轉(zhuǎn)費用較高。各種化學(xué)磷工藝的優(yōu)缺點一覽表工藝類型優(yōu)點缺點前沉析工藝能降低生物處理設(shè)施的負(fù) 荷，平均其負(fù)荷的波動變化， 因而可以降低能耗現(xiàn)有污水廠易于改造實施；總污泥產(chǎn)量增；對反硝化反應(yīng)造成困難（底物分解過多）；對改善污泥指數(shù)不利同步沉析工藝通過污泥回流可以充分利用 沉析藥劑；如果是將藥劑投加到曝氣池 中，可米用價格較便宜的二價 鐵鹽藥劑金屬鹽藥劑會使活性污泥重 量增加，從而可以避免活性污 泥膨脹；同步沉析設(shè)施的工程量較 小。米用同步沉析工藝會增加污 泥產(chǎn)量；采用酸性金屬鹽藥劑會使P H下降到最佳范圍以下，這對 硝化反應(yīng)不利；磷酸鹽污泥和生物剩余污泥 是混合在一起的，因而回收磷 酸鹽是不可能的，此外在厭氧 狀態(tài)下污泥中磷會再溶解；由于回流泵會絮凝體破壞， 但通