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黎明
要保證TP達(dá)到更嚴(yán)格的排放限值，必須分析來(lái)說(shuō)中的磷組分，常規(guī)的化學(xué)除磷，去除的主要是正磷酸鹽，而對(duì)于有機(jī)磷及偏磷酸鹽等是很難去除的，通常需要次氯酸鈉化學(xué)氧化或堿性水解的方式將其分解成正磷酸鹽，然后通過(guò)化學(xué)藥劑去除。
而我們所稱的化學(xué)除磷其實(shí)指的就是去除正磷酸鹽！
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(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。
1、化學(xué)除磷藥劑的選擇
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(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。
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1mol的磷需要加鋁1.5-3.0mol。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1mol磷需要加鐵(Fe3+)1.5-3mol，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(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。
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。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。
2、化學(xué)除磷藥劑投加點(diǎn)的選擇
化學(xué)除磷工藝可按化學(xué)藥劑的投加地點(diǎn)來(lái)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(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。
3、化學(xué)除磷工藝的設(shè)計(jì)規(guī)范
在室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50014-2006(2014年版)中對(duì)于化學(xué)除磷設(shè)計(jì)做了以下幾個(gè)規(guī)定：
1、關(guān)于化學(xué)除磷應(yīng)用范圍的規(guī)定。
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918規(guī)定的總磷的排放標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在2005年12月31日前建設(shè)的污水廠為1mg/L，2006年1月1日起建設(shè)的污水廠為0.5mg/L。一般城鎮(zhèn)污水經(jīng)生物除磷后，較難達(dá)到后者的標(biāo)準(zhǔn)，故可輔以化學(xué)除磷，以滿足出水水質(zhì)的要求。
強(qiáng)化一級(jí)處理，可去除污水中絕大部分磷。上海白龍港污水廠試驗(yàn)表明，當(dāng)FeCl3投加量為40mg/L~80mg/L，或Al2(SO4)3·18H2O投加量為60mg/L~80mg/L時(shí)，進(jìn)出水磷酸鹽磷濃度分別為2mg/L~9mg/L和0.2mg/L~1.1mg/L，去除率為60%~95%。
污泥厭氧處理過(guò)程中的上清液、脫水機(jī)的過(guò)濾液和濃縮池上清液等，由于在厭氧條件下，有大量含磷物質(zhì)釋放到液體中，若回流入污水處理系統(tǒng)，將造成污水處理系統(tǒng)中磷的惡性循環(huán)，因此應(yīng)先進(jìn)行除磷，一般宜采用化學(xué)除磷。
2、關(guān)于藥劑投加點(diǎn)的規(guī)定。
以生物反應(yīng)池為界，在生物反應(yīng)池前投加為前置投加，在生物反應(yīng)池后投加為后置投加，投加在生物反應(yīng)池內(nèi)為同步投加，在生物反應(yīng)池前、后都投加為多點(diǎn)投加。
前置投加點(diǎn)在原污水處，形成沉淀物與初沉污泥一起排除。前置投加的優(yōu)點(diǎn)是還可去除相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物，因此能減少生物處理的負(fù)荷。后置投加點(diǎn)是在生物處理之后，形成的沉淀物通過(guò)另設(shè)的固液分離裝置進(jìn)行分離，這一方法的出水水質(zhì)好，但需增建固液分離設(shè)施。同步投加點(diǎn)為初次沉淀池出水管道或生物反應(yīng)池內(nèi)，形成的沉淀物與剩余污泥一起排除。多點(diǎn)投加點(diǎn)是在沉砂池、生物反應(yīng)池和固液分離設(shè)施等位置投加藥劑，其可以降低投藥總量，增加運(yùn)行的靈活性。由于pH值的影響，不可采用石灰作混凝劑。在需要硝化的場(chǎng)合，要注意鐵、鋁對(duì)硝化菌的影響。
3、關(guān)于藥劑種類、劑量和投加點(diǎn)宜根據(jù)試驗(yàn)確定的規(guī)定。
由于污水水質(zhì)和環(huán)境條件各異，因而宜根據(jù)試驗(yàn)確定藥劑種類、劑量和投加點(diǎn)。
4、關(guān)于化學(xué)除磷藥劑的規(guī)定。
鋁鹽有硫酸鋁、鋁酸鈉和聚合鋁等，其中硫酸鋁較常用。鐵鹽有三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵等，其中三氯化鐵常用。
采用鋁鹽或鐵鹽除磷時(shí)，主要生成難溶性的磷酸鋁或磷酸鐵，其投加量與污水中總磷量成正比。可用于生物反應(yīng)池的前置、后置和同步投加。采用亞鐵鹽需先氧化成鐵鹽后才能取得大除磷效果，因此其一般不作為后置投加的混凝劑，在前置投加時(shí)，一般投加在曝氣沉砂池中，以使亞鐵鹽迅速氧化成鐵鹽。
采用石灰除磷時(shí)，生成Ca5(PO4)3OH沉淀，其溶解度與pH值有關(guān)，因而所需石灰量取決于污水的堿度，而不是含磷量。石灰作混凝劑不能用于同步除磷，只能用于前置或后置除磷。石灰用于前置除磷后污水pH值較高，進(jìn)生物處理系統(tǒng)前需調(diào)節(jié)pH值；石灰用于后置除磷時(shí)，處理后的出水必須調(diào)節(jié)pH值才能滿足排放要求；石灰還可用于污泥厭氧釋磷池或污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的富磷上清液的除磷。用石灰除磷，污泥量較鋁鹽或鐵鹽大很多，因而很少采用。加入少量陰離子、陽(yáng)離子或陰陽(yáng)離子聚合電解質(zhì)，如聚丙烯酰胺(PAM)，作為助凝劑，有利于分散的游離金屬磷酸鹽絮體混凝和沉淀。
5、關(guān)于鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時(shí)，投加量的規(guī)定。
理論上，三價(jià)鋁和鐵離子與等摩爾磷酸反應(yīng)生成磷酸鋁和磷酸鐵。由于污水中成分極其復(fù)雜，含有大量陰離子，鋁、鐵離子會(huì)與它們反應(yīng)，從而消耗混凝劑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)投加時(shí)其摩爾比宜為1.5~3。
6、關(guān)于應(yīng)考慮污泥量的規(guī)定。
化學(xué)除磷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的污泥。采用鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時(shí)，前置投加，污泥量增加40%~75%；后置投加，污泥量增加20%~35%；同步投加，污泥量增加15%~50%。采用石灰作混凝劑時(shí)，前置投加，污泥量增加150%~500%；后置投加，污泥量增加130%~145%。
7、規(guī)定了接觸腐蝕性物質(zhì)的設(shè)備應(yīng)采取防腐蝕措施。
三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵都具有很強(qiáng)的腐蝕性；硫酸鋁固體在干燥條件下沒(méi)有腐蝕性，但硫酸鋁液體卻有很強(qiáng)的腐蝕性，故做此規(guī)定。
原標(biāo)題：如何投加藥劑，才能讓化學(xué)除磷更有效？
