化學(xué)除磷工藝過(guò)程中磷的去除效率與化學(xué)藥劑的種類、藥劑投加量、藥劑投加位置、pH值、污泥濃度和溫度等多種因素相關(guān)。

 

其中，藥劑的種類、藥劑投加量和投加位置及pH值對(duì)化學(xué)除磷效率的影響作用最為顯著。

 

目前，污水廠運(yùn)行過(guò)程中對(duì)藥劑種類的選擇和藥劑投加量的確定，主要是從經(jīng)濟(jì)性和是否對(duì)處理系統(tǒng)或構(gòu)筑物造成危害等因素進(jìn)行考慮，而除磷藥劑投加位置的選擇則多是根據(jù)污水處理廠的構(gòu)筑物及相關(guān)設(shè)施的實(shí)際情況進(jìn)行確定。

 

 

01

除磷藥劑的效果比較

 

 

一般來(lái)說(shuō)，污水處理廠實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用除磷藥劑的選擇，主要考慮以下幾個(gè)方面的因素：

 

1）鋁鹽投加

 

可用于污水化學(xué)除磷的鋁鹽包括硫酸鋁和鋁酸鈉等。

 

硫酸鋁具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，因而較為常用，但投加硫酸鋁會(huì)消耗污水中的堿度，有可能對(duì)后續(xù)的生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響。

 

市場(chǎng)上可見(jiàn)到的硫酸鋁產(chǎn)品一般包括粉狀和液態(tài)兩種，具體采用哪種取決于運(yùn)輸費(fèi)用和管理狀況的好壞。

 

鋁酸鈉不像硫酸鋁那么常用，但非常適用于低堿度污水的處理，可提高污水的堿度和pH值。

 

2）鐵鹽投加

 

常用于污水化學(xué)除磷的鐵鹽包括三氯化鐵、氯化亞鐵和硫酸亞鐵三種。它們都是可以在市場(chǎng)上大批量購(gòu)買的化工產(chǎn)品。

 

值得一提的是，鋼鐵工業(yè)的酸洗廢液也是重要的氯化亞鐵和硫酸亞鐵來(lái)源，只要來(lái)源穩(wěn)定、純度滿足要求，就可以通過(guò)以廢治廢，大幅度降低除磷費(fèi)用。

 

硫酸亞鐵粉劑相對(duì)穩(wěn)定，但在高濕度環(huán)境或受潮的情況下，硫酸亞鐵具有腐蝕性。為了取得好的除磷效果，酸洗廢液中的亞鐵必須氧化成高鐵，因此在投加到初沉池之前，常常需要加氯液氧化。

 

當(dāng)然，如果沒(méi)有可靠的酸洗廢液來(lái)源，也可以采用氯化鐵。

 

3）石灰投加

 

石灰法除磷系統(tǒng)主要用于要求出水磷濃度在0.1mg/L左右的情形。

 

石灰法除磷一般在初沉池或二級(jí)處理之后的三級(jí)處理中應(yīng)用，其實(shí)際上是水的軟化過(guò)程，所需要的石灰投加量?jī)H與污水的堿度有關(guān)、與污水的含磷量無(wú)關(guān)。

 

石灰法的產(chǎn)泥量很大，且該工藝與其它常規(guī)除磷工藝相比缺乏經(jīng)濟(jì)性，投藥設(shè)施投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。

 

 

02

除磷藥劑投加系數(shù)的確定

 

 

在了解除磷藥劑投加系數(shù)之前，我們首先需要明白為什么要引入了投加系數(shù)的概念？

 

實(shí)踐表明，污水處理廠每次采購(gòu)的化學(xué)除磷藥劑并不完全相同，即使相同品牌的藥劑，其生產(chǎn)過(guò)程也很難控制不變。

 

不同批次的化學(xué)除磷藥劑除磷效率不同，主要是由于藥劑生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的水合三氧化物的形成時(shí)間長(zhǎng)短有所不同。

 

有研究指出，使用新投加到污水中的鐵鹽或鋁鹽進(jìn)行化學(xué)除磷比用提前制備好的鐵鹽和鋁鹽溶液除磷效率可高達(dá)5倍以上。

 

此外，化學(xué)除磷過(guò)程產(chǎn)生的沉淀物中金屬元素和磷元素的化學(xué)計(jì)量比也并不是理論上簡(jiǎn)單的1:1的關(guān)系，而是與多種因素相關(guān)，比如污水中磷元素的含量、化學(xué)藥劑的投加量、氫氧化物沉淀的形成時(shí)間、攪拌強(qiáng)度和時(shí)間等等。

 

因此，在投加每批次化學(xué)除磷藥劑之前，均需采取小試試驗(yàn)確定投加系數(shù)β值。

 

β=【mol[Fe],[Al]】/mol[P]

 

將其作為對(duì)藥劑投加量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，以此對(duì)不同除磷藥劑作用效果及同一藥劑不同投加量的作用效果進(jìn)行比較分析。

 

投加系數(shù)的表達(dá)方式通常有多種，目前常用的三種表達(dá)方式分別是：

 

1）金屬元素的投加量與進(jìn)水中磷元素的摩爾比，被叫做進(jìn)水投加系數(shù)比（β1=Medose/Pinf）；

 

2）再沉淀物中金屬元素與吸附的磷元素的摩爾比，被叫做沉淀物投加系數(shù)比（β2=Medose/Pprec）；

 

3）實(shí)際投加的金屬元素與去除掉的磷元素的摩爾比，被叫做實(shí)際投加系數(shù)比（β3=Medose/Prem）。

 

需要特別說(shuō)明的是，在良好的混合狀態(tài)及足夠長(zhǎng)的吸附時(shí)間的情況下，實(shí)際投加系數(shù)β3與沉淀投加系數(shù)β2相等。

 

因?yàn)樵诹己玫奶幚項(xiàng)l件下，投加到污水中的金屬元素幾乎全部轉(zhuǎn)換為沉淀物中的金屬元素，并對(duì)磷酸鹽進(jìn)行去除。

 

 

03

除磷藥劑投藥點(diǎn)的比較

 

 

化學(xué)除磷工藝按照化學(xué)藥劑投加位置的不同可以分為前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三種工藝類型。

 

1）前置沉淀

 

前置沉淀工藝的除磷藥劑一般投加在沉砂池或初沉池進(jìn)水口。

 

前置沉淀大多都需要設(shè)置產(chǎn)生渦流的裝置或者提供能量滿足混合的需要。產(chǎn)生的沉淀產(chǎn)物則會(huì)在初沉池當(dāng)中通過(guò)沉淀而被分離出去。如果生物處理單元采用的是生物濾池，則不能采用鐵鹽作為除磷藥劑，防止對(duì)鐵鹽填料產(chǎn)生危害。

 

前置沉淀工藝特別適合于現(xiàn)有污水處理廠的升級(jí)改造，因?yàn)?strong>通過(guò)這一工藝不僅可以去除磷，還可以明顯提高BOD5和SS的去除率，從而能夠降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷。

 

優(yōu)點(diǎn)：可以降低生物處理設(shè)施的負(fù)荷，有助于降低能耗；利于已建污水處理廠的改造。

 

缺點(diǎn)：污泥產(chǎn)量大；可能會(huì)對(duì)后續(xù)的反硝化反應(yīng)造成不利影響；對(duì)污泥指數(shù)的改善不利。

 

2）同步沉淀

 

同步沉淀工藝是目前使用最為廣泛的一種化學(xué)除磷工藝，國(guó)外約50%的化學(xué)除磷工藝采用同步沉淀。

 

同步沉淀工藝一般將除磷藥劑投加到曝氣池出水或者二次沉淀池的進(jìn)水口，也有將藥劑投加到曝氣池的進(jìn)水或回流污泥當(dāng)中的。

 

同步沉淀工藝中經(jīng)常用的除磷藥劑是鐵鹽和鋁鹽，在曝氣池中可以采用價(jià)格便宜的硫酸亞鐵做除磷藥劑；目前鈣鹽一般不被采用，這是因?yàn)椴捎免}鹽除磷需要的pH值太高（通常在10以上），會(huì)顯著抑制或者破壞微生物的活性。

 

優(yōu)點(diǎn)：可充分利用藥劑；有助于改善污泥的沉降性能，避免污泥膨脹；工程量小。

 

缺點(diǎn)：污泥產(chǎn)量大；磷酸鹽污泥與生物剩余污泥混合在一起，不利于磷酸鹽的回收；回流泵有可能會(huì)將絮凝體攪壞。

 

3）后置沉淀

 

后置沉淀工藝是將化學(xué)沉淀、絮凝作用及被絮凝物質(zhì)的分離與生物處理相分離的一種工藝。

 

一般都將除磷藥劑投加在二沉池后的混合池中，并在后續(xù)設(shè)置沉淀池和絮凝池（或氣浮池）。

 

優(yōu)點(diǎn)：磷酸鹽的沉淀是和生物凈化過(guò)程分離開，互不影響；藥劑投加可以按照磷負(fù)荷變化進(jìn)行控制；磷酸鹽污泥可單獨(dú)排放，利于回收。

 

缺點(diǎn)：需要額外的構(gòu)筑物，投資大、運(yùn)行費(fèi)用高。

 

綜上所述，在污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行中，化學(xué)除磷藥劑的投加位置，需要從藥劑對(duì)污水廠整個(gè)流程的影響來(lái)綜合考慮。

 

在初沉池進(jìn)水口或者厭氧區(qū)末端投加除磷藥劑時(shí)，因磷酸鹽沉淀絮體會(huì)吸附和絮凝污水中的含碳含氮有機(jī)物，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)物和膠體物質(zhì)的吸附過(guò)程。

 

以生活污水為主的城市污水處理廠，生物脫氮時(shí)常常存在碳源不足的問(wèn)題，因此前端投藥后，有可能影響反硝化和厭氧釋磷的效果。

 

此外，由于各種反應(yīng)的發(fā)生，使得過(guò)量投加的鋁鹽或鐵鹽，在初沉池中被截留排除，不能重復(fù)利用。

 

最后，在初沉池進(jìn)水和厭氧區(qū)末端投加除磷藥劑是化學(xué)除磷在先而生物除磷在后，這就要求投加除磷藥劑的量應(yīng)隨進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化及時(shí)精確的進(jìn)行控制，否則投量過(guò)多則會(huì)因水中殘留的磷量不足而影響生化反應(yīng)中的細(xì)胞合成，投量不足則直接導(dǎo)致出水殘留磷濃度超標(biāo)。

 

 

04

除磷藥劑對(duì)pH的影響

 

 

pH值的變化對(duì)于除磷過(guò)程是一個(gè)重要的考察因素之一，化學(xué)除磷工藝的反應(yīng)過(guò)程和除磷效率的高低在很大程度上受到pH值的影響。

 

由于污水pH值對(duì)其沉淀作用效果影響很大，在化學(xué)除磷工藝中所形成的磷酸鹽的離子形態(tài)與廢水的pH值密切相關(guān)。

 

在適宜的pH條件下，幾乎所有投加的金屬元素可以形成沉淀，參與到化學(xué)除磷過(guò)程中，在堿性pH條件下（pH=7~10），金屬氫氧化物的表面存在更多的負(fù)電荷，形成負(fù)離子。

 

隨著pH的升高，化學(xué)除磷效率逐漸降低。當(dāng)pH>10時(shí)，PO43--P與Ca2+、Mg2+等產(chǎn)生沉淀，不投加化學(xué)除磷藥劑時(shí)，磷酸鹽濃度也有可能降低。

 

有研究表明，pH處于5.5~7.0之間時(shí)，化學(xué)除磷的效率最高，pH值在此范圍內(nèi)變化時(shí)，不會(huì)對(duì)化學(xué)除磷效率產(chǎn)生太大的影響。

 

但也有學(xué)者指出，pH值在5.0~8.0之間發(fā)生變化時(shí)，pH值的變化在很大程度上會(huì)影響到化學(xué)除磷過(guò)程中吸附和再沉淀過(guò)程的發(fā)生，不管是鐵鹽還是鋁鹽結(jié)果均如此。