化學除磷工藝過程中磷的去除效率與化學藥劑的種類、藥劑投加量、藥劑投加位置、pH值、污泥濃度和溫度等多種因素相關。

 

其中，藥劑的種類、藥劑投加量和投加位置及pH值對化學除磷效率的影響作用最為顯著。

 

目前，污水廠運行過程中對藥劑種類的選擇和藥劑投加量的確定，主要是從經濟性和是否對處理系統或構筑物造成危害等因素進行考慮，而除磷藥劑投加位置的選擇則多是根據污水處理廠的構筑物及相關設施的實際情況進行確定。

 

 

01

除磷藥劑的效果比較

 

 

一般來說，污水處理廠實際生產應用除磷藥劑的選擇，主要考慮以下幾個方面的因素：

 

1）鋁鹽投加

 

可用于污水化學除磷的鋁鹽包括硫酸鋁和鋁酸鈉等。

 

硫酸鋁具有價格上的優勢，因而較為常用，但投加硫酸鋁會消耗污水中的堿度，有可能對后續的生物處理系統產生不利的影響。

 

市場上可見到的硫酸鋁產品一般包括粉狀和液態兩種，具體采用哪種取決于運輸費用和管理狀況的好壞。

 

鋁酸鈉不像硫酸鋁那么常用，但非常適用于低堿度污水的處理，可提高污水的堿度和pH值。

 

2）鐵鹽投加

 

常用于污水化學除磷的鐵鹽包括三氯化鐵、氯化亞鐵和硫酸亞鐵三種。它們都是可以在市場上大批量購買的化工產品。

 

值得一提的是，鋼鐵工業的酸洗廢液也是重要的氯化亞鐵和硫酸亞鐵來源，只要來源穩定、純度滿足要求，就可以通過以廢治廢，大幅度降低除磷費用。

 

硫酸亞鐵粉劑相對穩定，但在高濕度環境或受潮的情況下，硫酸亞鐵具有腐蝕性。為了取得好的除磷效果，酸洗廢液中的亞鐵必須氧化成高鐵，因此在投加到初沉池之前，常常需要加氯液氧化。

 

當然，如果沒有可靠的酸洗廢液來源，也可以采用氯化鐵。

 

3）石灰投加

 

石灰法除磷系統主要用于要求出水磷濃度在0.1mg/L左右的情形。

 

石灰法除磷一般在初沉池或二級處理之后的三級處理中應用，其實際上是水的軟化過程，所需要的石灰投加量僅與污水的堿度有關、與污水的含磷量無關。

 

石灰法的產泥量很大，且該工藝與其它常規除磷工藝相比缺乏經濟性，投藥設施投資和運行維護費用高。

 

 

02

除磷藥劑投加系數的確定

 

 

在了解除磷藥劑投加系數之前，我們首先需要明白為什么要引入了投加系數的概念？

 

實踐表明，污水處理廠每次采購的化學除磷藥劑并不完全相同，即使相同品牌的藥劑，其生產過程也很難控制不變。

 

不同批次的化學除磷藥劑除磷效率不同，主要是由于藥劑生產過程中產生的水合三氧化物的形成時間長短有所不同。

 

有研究指出，使用新投加到污水中的鐵鹽或鋁鹽進行化學除磷比用提前制備好的鐵鹽和鋁鹽溶液除磷效率可高達5倍以上。

 

此外，化學除磷過程產生的沉淀物中金屬元素和磷元素的化學計量比也并不是理論上簡單的1:1的關系，而是與多種因素相關，比如污水中磷元素的含量、化學藥劑的投加量、氫氧化物沉淀的形成時間、攪拌強度和時間等等。

 

因此，在投加每批次化學除磷藥劑之前，均需采取小試試驗確定投加系數β值。

 

β=【mol[Fe],[Al]】/mol[P]

 

將其作為對藥劑投加量的計量標準，以此對不同除磷藥劑作用效果及同一藥劑不同投加量的作用效果進行比較分析。

 

投加系數的表達方式通常有多種，目前常用的三種表達方式分別是：

 

1）金屬元素的投加量與進水中磷元素的摩爾比，被叫做進水投加系數比（β1=Medose/Pinf）；

 

2）再沉淀物中金屬元素與吸附的磷元素的摩爾比，被叫做沉淀物投加系數比（β2=Medose/Pprec）；

 

3）實際投加的金屬元素與去除掉的磷元素的摩爾比，被叫做實際投加系數比（β3=Medose/Prem）。

 

需要特別說明的是，在良好的混合狀態及足夠長的吸附時間的情況下，實際投加系數β3與沉淀投加系數β2相等。

 

因為在良好的處理條件下，投加到污水中的金屬元素幾乎全部轉換為沉淀物中的金屬元素，并對磷酸鹽進行去除。

 

 

03

除磷藥劑投藥點的比較

 

 

化學除磷工藝按照化學藥劑投加位置的不同可以分為前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三種工藝類型。

 

1）前置沉淀

 

前置沉淀工藝的除磷藥劑一般投加在沉砂池或初沉池進水口。

 

前置沉淀大多都需要設置產生渦流的裝置或者提供能量滿足混合的需要。產生的沉淀產物則會在初沉池當中通過沉淀而被分離出去。如果生物處理單元采用的是生物濾池，則不能采用鐵鹽作為除磷藥劑，防止對鐵鹽填料產生危害。

 

前置沉淀工藝特別適合于現有污水處理廠的升級改造，因為通過這一工藝不僅可以去除磷，還可以明顯提高BOD5和SS的去除率，從而能夠降低后續生物處理的負荷。

 

優點：可以降低生物處理設施的負荷，有助于降低能耗；利于已建污水處理廠的改造。

 

缺點：污泥產量大；可能會對后續的反硝化反應造成不利影響；對污泥指數的改善不利。

 

2）同步沉淀

 

同步沉淀工藝是目前使用最為廣泛的一種化學除磷工藝，國外約50%的化學除磷工藝采用同步沉淀。

 

同步沉淀工藝一般將除磷藥劑投加到曝氣池出水或者二次沉淀池的進水口，也有將藥劑投加到曝氣池的進水或回流污泥當中的。

 

同步沉淀工藝中經常用的除磷藥劑是鐵鹽和鋁鹽，在曝氣池中可以采用價格便宜的硫酸亞鐵做除磷藥劑；目前鈣鹽一般不被采用，這是因為采用鈣鹽除磷需要的pH值太高（通常在10以上），會顯著抑制或者破壞微生物的活性。

 

優點：可充分利用藥劑；有助于改善污泥的沉降性能，避免污泥膨脹；工程量小。

 

缺點：污泥產量大；磷酸鹽污泥與生物剩余污泥混合在一起，不利于磷酸鹽的回收；回流泵有可能會將絮凝體攪壞。

 

3）后置沉淀

 

后置沉淀工藝是將化學沉淀、絮凝作用及被絮凝物質的分離與生物處理相分離的一種工藝。

 

一般都將除磷藥劑投加在二沉池后的混合池中，并在后續設置沉淀池和絮凝池（或氣浮池）。

 

優點：磷酸鹽的沉淀是和生物凈化過程分離開，互不影響；藥劑投加可以按照磷負荷變化進行控制；磷酸鹽污泥可單獨排放，利于回收。

 

缺點：需要額外的構筑物，投資大、運行費用高。

 

綜上所述，在污水處理廠的實際運行中，化學除磷藥劑的投加位置，需要從藥劑對污水廠整個流程的影響來綜合考慮。

 

在初沉池進水口或者厭氧區末端投加除磷藥劑時，因磷酸鹽沉淀絮體會吸附和絮凝污水中的含碳含氮有機物，加強對有機物和膠體物質的吸附過程。

 

以生活污水為主的城市污水處理廠，生物脫氮時常常存在碳源不足的問題，因此前端投藥后，有可能影響反硝化和厭氧釋磷的效果。

 

此外，由于各種反應的發生，使得過量投加的鋁鹽或鐵鹽，在初沉池中被截留排除，不能重復利用。

 

最后，在初沉池進水和厭氧區末端投加除磷藥劑是化學除磷在先而生物除磷在后，這就要求投加除磷藥劑的量應隨進水水質、水量的變化及時精確的進行控制，否則投量過多則會因水中殘留的磷量不足而影響生化反應中的細胞合成，投量不足則直接導致出水殘留磷濃度超標。

 

 

04

除磷藥劑對pH的影響

 

 

pH值的變化對于除磷過程是一個重要的考察因素之一，化學除磷工藝的反應過程和除磷效率的高低在很大程度上受到pH值的影響。

 

由于污水pH值對其沉淀作用效果影響很大，在化學除磷工藝中所形成的磷酸鹽的離子形態與廢水的pH值密切相關。

 

在適宜的pH條件下，幾乎所有投加的金屬元素可以形成沉淀，參與到化學除磷過程中，在堿性pH條件下（pH=7~10），金屬氫氧化物的表面存在更多的負電荷，形成負離子。

 

隨著pH的升高，化學除磷效率逐漸降低。當pH>10時，PO43--P與Ca2+、Mg2+等產生沉淀，不投加化學除磷藥劑時，磷酸鹽濃度也有可能降低。

 

有研究表明，pH處于5.5~7.0之間時，化學除磷的效率最高，pH值在此范圍內變化時，不會對化學除磷效率產生太大的影響。

 

但也有學者指出，pH值在5.0~8.0之間發生變化時，pH值的變化在很大程度上會影響到化學除磷過程中吸附和再沉淀過程的發生，不管是鐵鹽還是鋁鹽結果均如此。