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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(jià)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
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