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1、什么是化學(xué)除磷？

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。

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、除磷劑的選擇

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。

鋁鹽除磷方程式：

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1 mol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。

鐵鹽除磷方程式：

Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2

Fe3++PO43----FePO4↓  pH=5～5.5

每1 mol磷需要加鐵（Fe3+)1.5~3 mol，*佳pH為5.0。

對磷含量為5 mg/L左右的二級處理水，通過投加100~200 mg/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*佳PH值范圍為5.0～5.5，對于鋁鹽為6.0～7.0，因?yàn)樵谝陨螾H值范圍內(nèi)FePO4或AlPO4的溶解性*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SO42-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。

石灰除磷方程式：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。

沉析過程中，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?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。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。

3、除磷劑投加點(diǎn)的選擇

按除磷劑的投加地點(diǎn)不同，化學(xué)除磷可以分為：前置除磷、同步除磷和后置除磷。

前置除磷工藝的特點(diǎn)是除磷劑投加在沉砂池中、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1.5~2.5 mg/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?yàn)樾枰愣ü?yīng)空氣因而運(yùn)行費(fèi)用較高。

4、除磷劑投加量的計(jì)算

在化學(xué)沉析除磷時，去除1 mol(31 g) P至少需要1 mol(56 g) Fe，或者至少需要1.8(56/31)倍的Fe，或者0.9(27/31)倍的Al。也就是說去除1 g P至少需要1.8 g的Fe，或者0.9 g的Al。

由于在實(shí)際中，反應(yīng)中并不是100%有效進(jìn)行的，加之OH-會與金屬離子競爭反應(yīng)，生成相應(yīng)的氫氧化，所以實(shí)際化學(xué)沉析藥劑投加一般需要超量投加，以**達(dá)到所需要的出水P濃度。德國在計(jì)算時，提出了投加系數(shù)β的概念，即：β=(mol Fe,mol Al)／mol P投加系數(shù)β是受多種因素影響的，如投加地點(diǎn)、混合條件等，實(shí)際投加時建議通過投加試驗(yàn)確定。在*佳條件下(適宜的投加、良好的混合和絮凝體的形成條件)β=1；在非*佳條件下，β=2到3或更高。過量投加藥劑不僅會使藥劑費(fèi)增加，而且因氫氧化物的大量形成也會使污泥量大大增加，這種污泥體積大、難脫水。

德國在實(shí)際計(jì)算中，為了有效地去除磷(出水保持＜1mg P/1)，β值為1.5，也就是說去除1kg磷，需要投加：1.5×（56／31）=2.7 kg Fe或者，1.5×（27／31）=1.3 kg Al若用石灰作為化學(xué)沉析藥劑，則不能采用這種計(jì)算方法，因?yàn)槠湟笸都拥膒H值大于8.5，而且投加量受污水堿度(緩沖能力)的影響，所以其投加量必須針對各自的污水通過試驗(yàn)確定。從嚴(yán)格意義上講，投加系數(shù)β值的概念只適用于后沉析，對于前沉析和同步沉析在計(jì)算時還應(yīng)考慮：1）回流污泥中含有未反應(yīng)的藥劑；2）在初次沉淀池中和生物過程去除的磷。

計(jì)算舉例

例1：污水處理廠設(shè)計(jì)水量為10000 m3/d，進(jìn)水中的P濃度為14 mg/L，出水P濃度要求達(dá)到1 mg/L。設(shè)計(jì)采用沉析藥劑三氯化鋁AlCl3，其有效成分為6%(60 g/kg AlCl3)，密度為1.3 kg/L。為同步沉析，試計(jì)算所需要的藥劑量。

解：經(jīng)過初次沉淀地沉淀處理后去除的磷為2 mg/L，則生物處理設(shè)施進(jìn)水的P濃度為11 mg/L，經(jīng)過生物同化作用去除的P為1 mg/L。則需經(jīng)沉析去除的 ：

P負(fù)荷=10000 m3/d·(0.011-0.001)kg/m3=100 kg/d設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5，設(shè)計(jì)Al的投加量為：1.5×（27／31）×100=130 kg Al/d

折算需要藥劑量為：130×1000(g/d)/60(g/kg)=2167 kg/d AlCl3

折算需要體積量為：2167(kg/d)/1.3(kg/L)=1667 L/d AlCl3

例2：設(shè)計(jì)采用藥劑硫酸亞鐵FeSO4，有效成分為180 gFe/kg FeSO4，在10℃時的飽和溶解度為400 g FeSO4/L，其它設(shè)計(jì)參數(shù)同例1。

解：設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5，

設(shè)計(jì)Fe的投加量為：1.5×5631×100=270 kg Fe/d

折算需要藥劑量為：270×1000(g/d)/180(g/kg)=1500 kg/d FeSO4

飽和溶液中的有效成分為：180(g/kg)·0.4(kg/L)=72 gFe/L FeSO4

折算需要體積量為：1500·1000(g/d)/72(g/L)=20833 L/d FeSO4