這一周，我們接著上一期的內(nèi)容繼續(xù)來談污水廠的除磷，在上周我們進行了污水處理廠的生物除磷的了解之后，這一周我們再來聊聊化學(xué)除磷，化學(xué)除磷也是在各個污水廠現(xiàn)階段采用的最常用的手段之一，化學(xué)除磷的前因后果究竟是怎樣的呢?今天我們就詳細的展開來說說污水廠磷門一腳的化學(xué)除磷。
化學(xué)除磷，顧名思義，可以理解是通過化學(xué)方法對污水中的磷去除的方式。由于磷在化合態(tài)下可以生成穩(wěn)定的磷酸鹽沉淀，因此化學(xué)方法去除水中的磷，就是在污水中投加相應(yīng)的鹽類，使之和水中的磷酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成磷酸鹽沉淀，從而去除水中的磷。化學(xué)法去除磷正是基于這種機理，選擇化學(xué)鹽類，投加到污水中，生成化學(xué)沉淀污泥，通過泥水分離，污泥進行脫水外運，最終達到除去污水中磷的作用。
化學(xué)法除磷，選擇的鹽類主要有Ca2+，Al3+，F(xiàn)e3+等金屬鹽類。我們分別來看看這三種鹽類是如何和水中的磷發(fā)生作用的。
一、鈣鹽Ca2+
鈣鹽的投加通常以以Ca(OH)2的形式加入。它在中性的污水中主要與含有堿性(主要是碳酸氫根HCO3-)的廢水生成碳酸鈣，碳酸鈣在沉淀過程中，形成的沉淀體增強了水中SS去除。
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2→2CaCO3↓+ 2H2O.
當(dāng)污水中的pH值上升達到10左右時，過量的鈣離子將與磷酸鹽反應(yīng)，形成了羥基磷灰石的沉淀：
10Ca2++6PO43-+2OH-→Ca10(PO4)6(OH)2↓
由于反應(yīng)需要達到10左右的PH值，一般而言，需要投加過量的石灰來提升水體的PH值，因此所需的量與磷酸鹽的量相比，遠遠高于磷酸鹽的量。因此石灰的投加主要取決于污廢水的PH條件，一般在高PH值的工業(yè)廢水中可以采用投加石灰的方式。所需的石灰的劑量可以近似為碳酸鈣堿度的1.5倍。但是在后續(xù)處理或者排放之前是需要對水體進行中和以降低pH。一般用二氧化碳(CO2)對水體進行碳酸化來降低pH值。
二、鋁鹽，Al3+
鋁鹽或聚合鋁鹽是廣泛用于污水廠的化學(xué)除磷藥劑，在污水中生成磷酸鹽沉淀，既磷酸鋁(AlPO4)?；镜姆磻?yīng)是：
Al3++HnPO43-n→AlPO4↓+nH+
鋁鹽在投加過程中所需的劑量是根據(jù)污水中所要的去除磷的量來計算的。但是會隨著污水中磷濃度的降低，凝聚和去除效率會出現(xiàn)一個下降的趨勢。在實踐中，在鋁鹽的投加的劑量率在50和200mg / l之間時可以達到達到污水中總磷的80-90%去除率。如果通過計算，很低的總磷含量需要過低的鋁鹽投加量的時候，去除率會明顯下降。
三、鐵鹽Fe3+
三氯化鐵、硫酸鹽和硫酸亞鐵都廣泛用于去除磷，盡管實際反應(yīng)尚未完全了解。根據(jù)鐵鹽可以推定的基本反應(yīng)是：
Fe3++HnPO43-n→FePO4↓+nH+
鐵離子會和水中的磷酸根結(jié)合形成磷酸鐵。但是鐵鹽呈酸性，在污水進行反應(yīng)的時候，方程式右邊的H+會阻止反應(yīng)向右進行，導(dǎo)致總磷去除率下降所以如果加入一些助凝劑，如石灰等，提高pH，提供反應(yīng)中生成H+的消耗，可以使反應(yīng)加速進行，并增強凝聚能力，提高總磷的去除效果。
通過了解這三種藥劑，可以看到鈣鹽對PH的要求很高，需要進行過量投加，同時對出水的PH影響較大，需要進行調(diào)酸。鋁鹽的要求最少，鐵鹽需要輔助藥劑。同時鈣鹽石灰呈堿性，鋁鹽呈中性，鐵鹽呈酸性，對運輸儲存來說，鋁鹽的成本很低。因此從運行維護管理成本來說，鋁鹽是最經(jīng)濟的一種化學(xué)除磷藥劑。
在了解了這三種藥劑的化學(xué)反應(yīng)機理以后，我們需要了解化學(xué)藥劑在污水廠的投加點。污水處理廠從生物處理階段來說，一般分為一級物理處理，二級生物處理，三級深度處理。而化學(xué)藥劑的投加點也就分別在這三處，根據(jù)與生物處理的位置不同，分為前投加，同步投加，后投加，全投加四種，對應(yīng)于下圖中的a、b、c、d四種模式。
1、前投加：
一般投加地點在初沉池進水處，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，產(chǎn)生的化學(xué)污泥利用初沉池的沉淀作用，沉淀到初沉池內(nèi)，通過初沉排泥進入污泥脫水。投加在初沉池的特點有：
?a、可以增加初沉池的BOD和SS的去除
?b、由于污水中的成分復(fù)雜，除磷藥劑的針對性作用發(fā)揮最低，所以必須添加過量的的除磷藥劑才能達到預(yù)計目標(biāo)。
?c、生成的化學(xué)污泥難以脫水。
d、初沉池中的污泥產(chǎn)量一般會增加50%到100%，而污水廠總體的污泥會增加60-70%。
2、同步投加
一般投加地點在生物池出口，二沉池入口處，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以后，產(chǎn)生的化學(xué)污泥與生物污泥，通過剩余污泥排入到污泥脫水車間進行脫水。同步投加的特點有：
a、由于石灰的投加會造成高pH值，對微生物產(chǎn)生不利影響，因此不能使用價格低廉的石灰作為除磷藥劑。
b、過量的投加鋁鹽或鐵鹽，都可能導(dǎo)致生物反應(yīng)池內(nèi)的低pH值和生物毒性，造成活性污泥系統(tǒng)的紊亂和異常。
c、投加除磷藥劑之后，生物段的污泥產(chǎn)量會增加35%—45%，整個污水廠的污泥產(chǎn)量增加10 - 25%。
d、這些投加的化學(xué)藥劑也會對污泥車間的污泥脫水性產(chǎn)生影響。
3、后投加
一般的地點在深度處理階段，在二沉池后，深度處理進水口處。在與水中的磷酸根發(fā)生反應(yīng)之后，產(chǎn)生的化學(xué)污泥排入到污泥脫水車間進行脫水。后投加的特點有：
?a、投資成本很高，需要建設(shè)深度處理設(shè)施才能實現(xiàn)后投加。
?b、化學(xué)藥劑最有效發(fā)揮作用，由于前端完成了生物除磷，后期的化學(xué)藥劑的使用量會大大減少，使用最少量的化學(xué)品并產(chǎn)生最少量的污泥。
?c、最終出水中磷含量可控性強。
?d、由于流程的關(guān)系，投加的化學(xué)藥劑不和污水廠的生物處理段發(fā)生反應(yīng)，可以單獨的進行化學(xué)反應(yīng)，對活性污泥的影響是最小的。
4、全投加
全投加是指在各個地點進行投加，特點綜合上述，但是由于投加地點多，投加量大，運行管理復(fù)雜，一般很少采用。
在污水廠的設(shè)計和建設(shè)中，把除磷藥劑的投加地點放置在深度處理是比較常見的，但是由于除磷藥劑，特別是聚合鋁鹽有一定的絮凝作用，在同步投加時，會對活性污泥的沉降性能的改善起到一定的促進作用，從運行的角度來說，大部分污水廠喜歡進行同步投加的方式進行化學(xué)除磷，但是受到化學(xué)藥劑的影響，同步投加的污水廠的活性污泥微生物的管理會有更大的風(fēng)險和困難。
在污水廠投加化學(xué)除磷藥劑以后，一定是需要監(jiān)測除磷效果的，并通過除磷效果的監(jiān)測，來調(diào)整化學(xué)藥劑的投加，從而達到成本的控制目的。一般在污水廠內(nèi)會采用幾種方式進行監(jiān)測。一種是在各個地點進行現(xiàn)場投加化學(xué)藥劑的沉降性能實驗，這是使用簡單的方法來確定污水特征和投加的化學(xué)藥劑的數(shù)量的現(xiàn)場的測試方法。第二種是通過中控室的在線數(shù)據(jù)的歷史趨勢：如果歷史數(shù)據(jù)可以表現(xiàn)出每小時，每天或每月磷負荷變化曲線，就可以通過SCADA系統(tǒng)使用這些趨勢，來控制化學(xué)除磷藥劑的投加比例。第三是實驗室分析數(shù)據(jù)：這個數(shù)據(jù)具有權(quán)威性和可靠性，是可以用于向上級匯報的數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)是可以用于調(diào)整除磷藥劑的投加量的，但化驗過程帶來的時間的滯后性是制約加藥量控制的關(guān)鍵問題，而且如果有多個樣品地點，增加分析頻次，也會帶了分析成本大大上升。因此每個污水廠在進行化學(xué)加藥除磷以后，要根據(jù)各自水廠的實際情況，進行合理的選擇監(jiān)測手段，提高化學(xué)除磷藥劑的投加控制力度，從而達到投加成本有效控制。
在一個污水廠內(nèi)，生物除磷和化學(xué)除磷的方式，各有利弊，那么我們運行管理人員該如何進行除磷達標(biāo)的運行管理呢?下一篇，我們將從運行管理的角度來談一談污水廠的出水總磷達標(biāo)歡迎持續(xù)關(guān)注。
來源:治污者說 作者:郝曉光
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