皙全深度探討水污染治理中化學(xué)除磷技術(shù)
【www.hs523.com南京純水設(shè)備】1、化學(xué)除磷原理
化學(xué)除磷主要是通過(guò)化學(xué)沉析過(guò)程完成的，化學(xué)沉析是指通過(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(lèi)（如磷酸鹽）反應(yīng)生成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)。實(shí)際上投加化學(xué)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。
2、化學(xué)除磷藥劑
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。
石灰的混凝沉淀
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。沉折過(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。南京純水設(shè)備但在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。其反應(yīng)式
Ca2++CO32-→CaCO3
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。
鐵鹽的混凝沉淀
Fe2(SO4)3+ 3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2
Fe3++ PO43----FePO4↓pH=5～5.5
每1mol磷需要加鐵（Fe3+) 1.5—3 mol，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(chǎng)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(huà)，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(chǎng)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。
鋁鹽的混凝沉淀
Al2(SO4)3+ 6H2O----2Al(OH)3+3SO42-+6CO2
Al2 (SO4) 3+ 2PO4----2AlPO4+3SO42-
在pH為6.0—6.5的條件下，每1mol的磷需要加鋁1.5-3.0 mol。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。
3、化學(xué)除磷對(duì)污水處理的影響
(1)化學(xué)除磷對(duì)出水中鹽含量的影響
采用金屬藥劑進(jìn)行磷沉析必然會(huì)導(dǎo)致污水處理廠(chǎng)出水中的鹽(Cl-或SO42-含量)增加。
含有少量工業(yè)廢水的城市污水處理廠(chǎng)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%。南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備當(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。
(2)化學(xué)除磷對(duì)污水處理廠(chǎng)出水金屬含量的影響
在污水處理廠(chǎng)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、投加系數(shù)β、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(chǎng)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、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(chǎng)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。
(3)化學(xué)除磷對(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(lèi)型、所投加金屬離子與需沉析磷的克分子比來(lái)確定。在投加系數(shù)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)。
(4)化學(xué)除磷對(duì)堿度的影響
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(chǎng)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。
(5)化學(xué)除磷對(duì)硝化反應(yīng)的影響
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。南京純水設(shè)備這種影響系數(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。
4、化學(xué)除磷藥劑投加點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)
化學(xué)除磷工藝可按化學(xué)藥劑的投加地點(diǎn)來(lái)分類(lèi)，實(shí)際中常采用的有：前置除磷、同步除磷和后置除磷。
前置除磷工藝的特點(diǎn)是化學(xué)藥劑投加在沉砂池中、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(mǎn)足混合的需要。南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備相應(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(chǎng)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(mǎn)足后續(xù)生物處理對(duì)磷的需要。
同步除磷是目前使用廣泛的化學(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(pán)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。
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