皙全深度探討水污染治理中化學(xué)除磷技術(shù)
【www.m.sasting.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。
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，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。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。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(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。對磷含量為5mg/l左右的二級處理水，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(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。對于鐵鹽最佳PH值范圍為5.0～5.5，對于鋁鹽為6.0～7.0，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。
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)除磷對污水處理的影響
(1)化學(xué)除磷對出水中鹽含量的影響
采用金屬藥劑進(jìn)行磷沉析必然會導(dǎo)致污水處理廠出水中的鹽(Cl-或SO42-含量)增加。
含有少量工業(yè)廢水的城市污水處理廠正常出水中Cl-＜100mg/l、SO24-＜200mg/l ，也就是說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)驗室純水設(shè)備當(dāng)受納水體有嚴(yán)格求時，應(yīng)對鹽含量進(jìn)行驗算。
因在磷酸鹽沉析的同時，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、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超過1.0mg/l，而且盡管污水處理廠進(jìn)水中的鐵常常超過1.0mg/l；對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、運(yùn)行的重要參數(shù)，帶有同步沉析化學(xué)除磷時，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確定。在投加系數(shù)β=1.5時，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，堿度也是指對酸的緩沖能力。污水處理廠進(jìn)水的堿度對應(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，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)，同時會降低水的堿度。由于氫氧化物以難溶的復(fù)合體形式沉析出來，不會提高污水的堿度，所以對于金屬氫氧化物的沉析必須估算酸當(dāng)量，對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)除磷對硝化反應(yīng)的影響
在采用硫酸鐵藥劑進(jìn)行同步沉析時，對硝化反應(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硝化反應(yīng)是沒有影響的。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。
因為在前沉析的同時非溶解狀的碳化合物也會被沉析出來，由此不能為氮氧化過程的穩(wěn)定所要求的反硝化反應(yīng)提供足夠的碳化合物，所以前沉析對氮的去除也會產(chǎn)生負(fù)作用。經(jīng)常出現(xiàn)的問題是，通過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。南京實(shí)驗室純水設(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，完全能滿足后續(xù)生物處理對磷的需要。
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混合池中，并在其后設(shè)置絮凝池和沉淀池（或氣浮池）。
對于要求不嚴(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，但因為需要恒定供應(yīng)空氣因而運(yùn)行費(fèi)用較高。
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