化學(xué)除磷原理

化學(xué)除磷主要是通過化學(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(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)。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。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。

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。

表1  污水凈化常用藥劑

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。 

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，pH為5.0。

對(duì)磷含量為5mg/l左右的二級(jí)處理水，通過投加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AlPO4的溶解性zui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。

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。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。

化學(xué)除磷工藝

化學(xué)除磷工藝可按化學(xué)藥劑的投加地點(diǎn)來分類，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，完滿足后續(xù)生物處理對(duì)磷的需要。

同步除磷是目前使用zui廣泛的化學(xué)除磷工藝，在約占所有化學(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或加酸進(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。

表2  各種化學(xué)除磷工藝比較

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生物法除磷

生物法除磷的原理是某些細(xì)菌交替地處于厭氧與好氧條件下，在厭氧時(shí)，細(xì)菌吸收低分子的有機(jī)物并以聚β 2羥基丁酸( PHB)等形式在體內(nèi)儲(chǔ)存起來，同時(shí)將細(xì)胞原生質(zhì)中聚合磷酸鹽以正磷酸鹽的方式釋放出來，此時(shí)污水中磷的含量升高 ,BOD 的含量降低。然后在好氧條件下，細(xì)菌將吸收的有機(jī)物(PHB)氧化分解，并提供能源，同時(shí)從污水中吸收大量的磷，以聚磷酸鹽的形式儲(chǔ)存起來，其吸收的量大于其釋放的量，這時(shí)污水中的磷含量大大降低，通過把剩余污泥排出系統(tǒng)，同時(shí)將細(xì)菌攝入的磷排走從而達(dá)到除磷的目的。

常見的生物除磷主要工藝：A/O工藝、A2/O工藝、SBR工藝等。

A/O工藝，這是目前zui為簡單的一種生物除磷方法 ，原污水或初沉池出水與回流污泥在厭氧池中進(jìn)行混合，這種工藝要求沒有硝化反應(yīng)。一般來說，當(dāng)厭氧區(qū)和好氧區(qū)的水力停留時(shí)間分別為0.5～1h和1～3h時(shí)，便可獲得較好的去除磷和去除有機(jī)物的效果。由于生物除磷系統(tǒng)主要通過排除剩余污泥去除磷，因此剩余污泥量的多少將決定系統(tǒng)的脫氮效果。一般污泥齡較短的系統(tǒng)產(chǎn)生較多的剩余污泥，可以取得較高的除磷效果。有報(bào)道，泥齡為30天時(shí)的除磷率為40％；年齡為17天時(shí)除磷率為50％；年齡為5天時(shí)的除磷率可提高到87％。