1、筑龍網(wǎng) WWW.ZHULONG.COM ? 化 學(xué) 除 磷 的 設(shè) 計 計 算 唐建國?林潔梅 ?提要?主要介紹了化學(xué)除磷的基本原理?采用的化學(xué)藥劑類型?工藝形式?投藥量的計算等 關(guān)鍵詞?化學(xué)?除磷?沉析?設(shè)計?計算 ? ?前言 在靜止的或流動緩慢的水體中?如果磷的濃度 過高?會造成水體的富營養(yǎng)化?其危害是眾所周知 的?因而在污水處理中進行除磷是必要的我國?污 水綜合排放標準? ? ?規(guī)定?城市污水 處理廠磷酸鹽?以?計?一級排放標準為? ? 磷的去除有化學(xué)除磷和生物除磷兩種工藝?生 物除磷是一種相對經(jīng)濟的除磷方法?但由于生物除 磷工藝目前還不能保證穩(wěn)定達到? ?出水標 準的要求?所以要達到穩(wěn)

2、定的出水標準?常需要采取 化學(xué)除磷措施來滿足要求本文主要介紹化學(xué)除磷 的基本原理?主要工藝形式和藥劑投加量的計算方 法 ? ?污水中的磷負荷 歐洲一些國家曾對生活污水中的總磷做過多次 調(diào)查?主要結(jié)果見表? 表? ?國外生活污水中總磷的含量 來?源?年調(diào)查?年調(diào)查?年調(diào)查 人類食物?通過人體排泄? 洗滌劑? ? 合?計? ? ?注?表中數(shù)據(jù)單位為? ? ? ? 由人類食物產(chǎn)生的磷是不變的?且國內(nèi)外目前 普遍開始采用無磷洗滌劑?所以由洗滌劑產(chǎn)生的磷 近幾年降低了許多城市污水中的磷濃度在我國主 要取決于工業(yè)廢水中的磷含量我國生活污水磷的 濃度一般為? ? ?其中大部分是無機化合 磷?并是溶解狀的?這

3、一部分主要由來自洗滌劑的正 磷酸鹽和稠環(huán)磷酸鹽組成總磷中的一小部分是有 機化合磷?以溶解和非溶解狀態(tài)存在稠環(huán)磷酸鹽 ?如? ? ?和有機化合磷?核酸?一般在污水管網(wǎng)中 和污水處理中就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽? ? ? ? ? ?化學(xué)除磷基礎(chǔ) 化學(xué)除磷是通過化學(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金屬鹽藥劑與污水中 溶解性的鹽類?如磷酸鹽混合后?形成顆粒狀?非溶 解性的物質(zhì)?這一過程涉及的是所謂的相轉(zhuǎn)移過程? 反應(yīng)方程舉例如式? 實際上投加化學(xué)藥劑后?污 水中進行的不僅僅是沉析反應(yīng)?同時還進行著化學(xué) 絮凝作用 ? ? ? ? ? ? ? ?污水沉析反應(yīng)可以簡單地理解為?水中溶解狀 的物質(zhì)

4、?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 在污水凈化工藝中?絮凝和沉析都是極為重要 的如果利用沉析工藝實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)換?當向污水中 投加了溶解性的金屬鹽藥劑后?一方面溶解性的磷 轉(zhuǎn)換成為非溶解性的磷酸金屬鹽?同時也會產(chǎn)生非 溶解性的氫氧化物?取決于 ? 值? ?另一方面?隨著 沉析物的增加及較小的非溶解性固體物聚積成較大 的非溶解性固體物?使穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn)?通過速度梯 度或擴散過程使脫穩(wěn)的膠體互相接觸生成絮凝體 最后通過固?液分離步驟?得到凈化的污水和固?液 濃縮物?化學(xué)污泥? ?達到化學(xué)除磷的目的 ?

5、 ?化學(xué)除磷藥劑的類型 根據(jù)化學(xué)沉析反應(yīng)的基礎(chǔ)?為了生成磷酸鹽化 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 性的化合物出于經(jīng)濟原因?用于磷沉析的金屬鹽 藥劑主要是? ? ?鹽 ? ? ?鹽和 ? ? ?鹽 這些藥劑是 給水排水? ? ? ? ? ? ? ? ? 筑龍網(wǎng) WWW.ZHULONG.COM 以溶液和懸浮液狀態(tài)使用的 ? ? ?鹽在實際應(yīng)用中 為了能被氧化常投加到曝氣沉砂池或采用同步沉析 工藝投加到曝氣池中?其效果同使用? ? ? 鹽一樣? 反應(yīng)式如式? ?式? ? ? ? ? ? ? ? ?

6、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?與沉析反應(yīng)相競爭的反應(yīng)是金屬離子與? ? ? 的反應(yīng)?反應(yīng)式如式?和式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?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)?細微懸浮顆粒需要注意的是有機物在以化學(xué) 除磷為目的化學(xué)沉析反應(yīng)中的沉析去除是次要的? 而在分離時?有機性膠體以及懸浮物的凝結(jié)則是決 定性的過程 沉析效果是受 ? 值影響的?金屬磷酸鹽的溶 解性同樣也受 ? 的影響對于鐵鹽最佳 ? 值范 圍為? ? ?對于鋁鹽為? ? ?因為在以上 ? 值范圍內(nèi)?或?

7、的溶解性最小另外 使用金屬鹽藥劑還會給污水和污泥處理帶來益處? 比如會降低污泥的污泥指數(shù)?有利于沼氣脫硫等 另外?如果污水處理廠的污泥用于農(nóng)業(yè)?使用金 屬鹽藥劑除磷時必須考慮鋁或者鐵負荷對農(nóng)業(yè)的影 響 除了金屬鹽藥劑外?氫氧化鈣也用作沉析藥劑 在沉析過程中?對于不溶解性的磷酸鈣的形成起主 要作用的不是? ? ? ?而是? ? ? 離子?因為隨著 ? 值的提高?磷酸鈣的溶解性降低?采用? ?除 磷要求的 ? 值為?以上磷酸鈣的形成是按反 應(yīng)式?進行的? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?但在 ? 值為?到?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

8、在 池壁或渠?管壁上結(jié)垢?反應(yīng)式如式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?與鈣進行磷酸鹽沉析的反應(yīng)除了受到 ? 值的 影響?另外還受到碳酸氫根濃度?堿度?的影響在 一定的 ? 值情況下?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?為了達到 要求的 ? 值所需要的鈣量是很少的?具有強緩沖 能力的污水則要求較大的鈣投加量 污水除磷常用的藥劑類型詳見表? 表? ?污水凈化的常用藥劑 類型名稱分?子?式狀態(tài) 鋁鹽 硫酸鋁 ? ? ? ? ? 固體 液體 固體 氯化鋁 ? ? ? ? 液體 液體 聚合氯化鋁? ? ? ?液體 二價 鐵鹽 硫酸亞鐵 ? ? ? ? 固體 液體 三價

9、 鐵鹽 氯化硫酸鐵 氯化鐵 ? ? ? ? ? 液體?約? 液體?約? 熟石灰 氫氧化鈣? ?約?的乳液 ? ?化學(xué)沉析工藝 化學(xué)沉析工藝可按沉析藥劑的投加地點來分 類?實際中常采用的有?前沉析?同步沉析和后沉析 或在生物處理之后加絮凝過濾 ? ?前沉析 前沉析工藝的特點是沉析藥劑投加在沉砂池 中?或者初次沉淀池的進水渠?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?則在一次沉淀池中通過沉淀而 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? 圖? ?前沉析工藝流程

10、前沉析工藝?如圖?所示?特別適合于現(xiàn)有污水 處理廠的改建?增加化學(xué)除磷措施? ?因為通過這一 工藝步驟不僅可以去除磷?而且可以減少生物處理 設(shè)施的負荷常用的沉析藥劑主要是石灰和金屬鹽 ? ? ? ?給水排水? ? ? ? ? ? 筑龍網(wǎng) WWW.ZHULONG.COM 藥劑經(jīng)前沉析后剩余磷酸鹽的含量為? ? ?完全能滿足后續(xù)生物處理對磷的需要 ? ?同步沉析 同步沉析是使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝?在國 外約占所有化學(xué)除磷工藝的? ? 其工藝是將沉 析藥劑投加在曝氣池出水或二次沉淀池進水中?個 別情況也有將藥劑投加在曝氣池進水或回流污泥渠 ?管?中 圖?是采用同步沉析的活性污泥法工藝當采 用生物轉(zhuǎn)

11、盤工藝時?情況和活性污泥法類似?但對于 生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉淀池進水中 尚值得探討 圖? ?同步沉析工藝流程 ? ?后沉析 后沉析是將沉析?絮凝以及被絮凝物質(zhì)的分離 在一個與生物設(shè)施相分離的設(shè)施中進行?因而也就 有二段法工藝的說法一般將沉析藥劑投加到二次 沉淀池后的一個混合池? ?池?中?并在其后設(shè)置絮 凝池?池?和沉淀池?或氣浮池? 后沉析工藝簡圖如圖?所示對于要求不嚴的 受納水體?在后沉析工藝中可采用石灰乳液藥劑?但 必須對出水 ? 值加以控制?如可采用沼氣中的 ? ?進行中和 圖? ?后沉析工藝流程 采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和 總磷?但因為需恒定供應(yīng)空氣而運轉(zhuǎn)

12、費用較高 三種工藝的優(yōu)缺點匯總于表?中 ? ?化學(xué)沉析藥劑量的計算 由式?和式?知在化學(xué)沉析除磷時?去除 ? ? ?至少需要? ? ?即至少需要 表? ?各種化學(xué)除磷工藝的優(yōu)缺點 工藝 類型 優(yōu)?點缺?點 前 沉 析 工 藝 ?能降低生物處理設(shè)施的負 荷?平衡其負荷的波動變化? 因而可以降低能耗? ?與同步沉析相比?活性污泥 中有機成分不會增加? ?現(xiàn)有污水廠易于實施改造 ?總污泥產(chǎn)量增加? ?對反硝化反應(yīng)造成困難?底 物分解過多? ? ?對改善污泥指數(shù)不利 同 步 沉 析 工 藝 ?通過污泥回流可以充分利 用沉析藥劑? ?如果是將藥劑投加到曝氣 池中?可采用價格較便宜的 二價鐵鹽藥劑? ?金

13、屬鹽藥劑會使活性污泥 重量增加?從而可以避免活 性污泥膨脹? ?同步沉析設(shè)施的工程量較 小 ?采用同步沉析工藝會增加 污泥產(chǎn)量? ?采用酸性金屬鹽藥劑會使 ? 下降到最佳范圍以下?這 對硝化反應(yīng)不利? ?磷酸鹽污泥和生物剩余污 泥是混合在一起的?因而回 收磷酸鹽是不可能的?此外 在厭氧狀態(tài)下污泥中磷會再 溶解? ?由于回流泵會使絮凝體破 壞?但可通過投加高分子絮 凝助凝劑減輕這種危害 后 沉 析 工 藝 ?磷酸鹽的沉析是和生物凈 化過程相分離的?互相不產(chǎn) 生影響? ?藥劑的投加可以按磷負荷 的變化進行控制? ?產(chǎn)生的磷酸鹽污泥可以單 獨排放?并可以加以利用?如 用做肥料 ?后沉析工藝所需要的投

14、資 大?運行費用高?但當新建污 水處理廠時?采用后沉析工 藝可以減小生物處理二次沉 淀池的尺寸 ?倍的?或者?倍的?也 就是說去除?至少需要 ? 的?或者 ? 的 ? 由于實際反應(yīng)并不是? ?有效進行的?加之 ? ? ?會與金屬離子競爭反應(yīng) ?生成相應(yīng)的氫氧化 物?如式?和式? ?所以實際化學(xué)沉析藥劑投加一 般需要超量投加?以保證達到所需要的出水?濃度 德國在計算時?提出了投加系數(shù) 的概念?即? ? ? ? ?或? ? ? ? ? ? ? ?投加系統(tǒng) 是受多種因素影響的?如投加地 點?混合條件等?實際投加時建議通過投加試驗確 定?圖?是投加系數(shù)和磷減少量的關(guān)系在最佳條 件下?適宜的投加?良好的

15、混合和絮凝體的形成條 給水排水? ? ? ? ? ? ? ? ? 筑龍網(wǎng) WWW.ZHULONG.COM 件? ? ?在非最佳條件下? ?到?或更高過量 投加藥劑不僅會使藥劑費增加?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 圖? ?在無干擾因素時藥劑投加系數(shù)和磷去除量的關(guān)系 德國在實際計算中?為了有效地去除磷?出水保 持? ? ? ? ? ?值為? ?也就是說去除 ? 磷? 需要投加? ? ? ? ? ?或者? ? ? ? ? ? 若用石灰作為化學(xué)沉析藥劑?則不能采用這種 計算方法?因為其要求投加到污水 ? 值大于? ? 而且投加量受污水堿度?緩沖能力?的影響?

16、所以其 投加量必須針對污水性質(zhì)通過試驗確定 從嚴格意義上講?投加系數(shù) 值的概念只適用 于后沉析?對于前沉析和同步沉析在計算時還應(yīng)考 慮?回流污泥中含有未反應(yīng)的藥劑?在初次沉淀 池中和生物過程去除的磷 ? ?計算舉例 例? ?污水處理廠設(shè)計水量為? ?進水 中的?濃度為? ?出水?濃度要求達到? ? 設(shè)計采用沉析藥劑?其含有效成分?為? ? ? ?藥液? ?密度為? ?為同步沉 析?試計算所需要的藥劑量 解?經(jīng)過初次沉淀池沉淀處理后去除的磷為 ? ?則生物處理設(shè)施進水需去除的?濃度為 ? ?經(jīng)過生物同化作用去除的?為? ?則 需經(jīng)沉析去除的? ?負荷? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計采

17、用投加系數(shù) 值為? ? 設(shè)計?的投加量為? ? ? ? ? ? ? ? 折算需要藥劑量為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 折算需要體積量為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 例? ?設(shè)計采用藥劑硫酸亞鐵? ?有效成分 為? ? ? ? ?在? 時的飽和溶解度為 ? ? ?其它設(shè)計參數(shù)同例? 解?設(shè)計采用投加系數(shù) 值為? ? 設(shè)計?的投加量為? ? ? ? ? ? ? ? 折算需要藥劑量為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 飽和溶液中的有效成分為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 折算需要體積量為? ? ? ? ? ?

18、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?沉析對污水處理的影響 ? ?沉析對污水處理廠出水金屬含量的影響 在污水處理廠出水中金屬和藥劑的含量主要取 決于對懸浮物的分離?當然藥劑的投加?值? 值?污水堿度及投加技術(shù)也都對其有影響 在污水處理廠出水中的鐵和鋁一般是難溶解的 磷酸鹽和氫氧化物?并以懸浮狀態(tài)存在 在正常藥劑投加量?如 ? ? ?同步沉析? ? 為中性并經(jīng)過二次沉淀池的情況下?鋁和鐵的含量 一般不會超過? ?對于絮凝濾池出水中鐵或 鋁的含量一般小于? ? ? ?沉析對出水中鹽含量的影響 采用金屬藥劑進行磷沉析必然會導(dǎo)致污水處理 廠出水中的鹽?或? ? ? 含量?增加?其增加量可 通

19、過計算確定如?例?中投加?由于? ? 對應(yīng)? ? ? ?的?的增加 量為? ? ? ? ? ?折算濃度為? ? ? ? ? ? ? 例?中投加? ?由于? ?對應(yīng)? ? ? ? ? ?的? ? ? ? ? ? 的增加量為 ? ? ? ?給水排水? ? ? ? ? ? 筑龍網(wǎng) WWW.ZHULONG.COM ? ? ? ? ? ? ?折算濃度為? ? ? ? ? ? ? ? 含有少量工業(yè)廢水的城市污水處理廠正常出水 中? ? ? ? ? ? ? ?也就是說采用 金屬藥劑后出水中的鹽含量?升高? ? ? ? ? 升 高? ? 當受納水體有嚴格要求時?應(yīng)對鹽含量進 行驗算 因在磷酸鹽沉析的同時?重碳

20、酸鹽也被去除?所 以出水中的總含鹽量?電導(dǎo)率?幾乎保持不變 ? ?沉析對堿度的影響 污水處理廠進水的堿度與其所在流域飲用水的 堿度和由銨產(chǎn)生的堿度相關(guān)在磷酸鹽沉析時?只 要鐵或鋁離子進入水溶液中就形成六水復(fù)合體?一 般形式為? ? ? ? ? ?為金屬離子? ?這種復(fù)合 體象酸一樣可進一步水解?如式?所示 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?該反應(yīng)與溶液的 ? 值有關(guān)?同時也會降低水 的堿度由于氫氧化物以難溶的復(fù)合體形式沉析出 來?不會提高污水的堿度?所以對于金屬氫氧化物的 沉析必須估算酸當量?對于金屬磷酸鹽的沉析也是 一樣同步沉析中分離磷酸鹽只能略微提高污水的 堿度 按照德國污水技術(shù)聯(lián)合會的工作報告? ?經(jīng) 過硝化?反硝化和化學(xué)除磷?污水的堿度變化可按公 式?計算? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中? ? ?污水廠進水中的堿度? ? ? ? ? ?污水廠出水中的堿度? ? ? ? ? ? ?污水廠進水中氨氮濃度? ? ? ? ? ?污水廠出水中氨氮濃度? ? ? ? ? ?污水廠出水中的硝酸鹽氮濃度? ? ? ? ? ?污水廠進水中的硝酸鹽氮濃度? ? ? ? ?污水廠進水中的磷濃度? ? ? ? ?污