化學(xué)除磷

【專(zhuān)家解說(shuō)】：磷的去除有化學(xué)除磷生物除磷兩種工藝，生物除磷是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的除磷方法，但由于該除磷工藝目前還不能保證穩(wěn)定達(dá)到0.5mg/l出水標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以要達(dá)到穩(wěn)定的出水標(biāo)準(zhǔn)，常需要采取化學(xué)除磷措施來(lái)滿(mǎn)足要求。 化學(xué)除磷是通過(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，其與污水中溶解性的鹽類(lèi)，如磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，這一過(guò)程涉及的是所謂的相轉(zhuǎn)移過(guò)程，反應(yīng)方程舉例如式1。實(shí)際上投加化學(xué)藥劑后，污水中進(jìn)行的不僅僅是沉析反應(yīng)，同時(shí)還進(jìn)行著化學(xué)絮凝反應(yīng)，所以必須區(qū)分化學(xué)沉析和化學(xué)絮凝的差異。 FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl 式1 污水沉析反應(yīng)可以簡(jiǎn)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(guò)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(guò)程，所以絮凝不是相轉(zhuǎn)移過(guò)程。 在污水凈化工藝中，絮凝和沉析都是極為重要的，但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。如果利用沉析工藝實(shí)現(xiàn)相的轉(zhuǎn)換，則當(dāng)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，也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生非溶解性的氫氧化物(取決于PH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(guò)速度梯度或擴(kuò)散過(guò)程使脫穩(wěn)的膠體互相接觸生成絮凝體。最后通過(guò)固—液分離步驟，得到凈化的污水和固一液濃縮物(化學(xué)污泥)，達(dá)到化學(xué)除磷的目的。 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(熟石灰)。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。出于經(jīng)濟(jì)原因，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe3+、Al3+和Fe2+鹽和石灰。這些藥劑是以溶液和懸浮液狀態(tài)使用的。二價(jià)鐵鹽僅當(dāng)污水中含有氧，能被氧化成三價(jià)鐵鹽時(shí)才能使用。Fe2+在實(shí)際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Fe3+一樣，反應(yīng)式如式2、3。 Al3++PO43-→AlPO4↓pH=6～7 式2 Fe3++PO43-→FePO4↓pH=5～5.5 式3 與沉析反應(yīng)相競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng)是金屬離子與OH的反應(yīng)，所以對(duì)于各種不同的金屬鹽產(chǎn)品應(yīng)注意的是金屬的離子量，反應(yīng)式如式4、5。 Al3++3OH-→Al(OH)3↓ 式4 Fe3++3OH-→Fe(OH)3 式5 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)于鐵鹽最佳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的溶解性最小。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(huà)，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。 除了金屬鹽藥劑外，氫氧化鈣也用作沉析藥劑。在沉折過(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。磷酸鈣的形成是按反應(yīng)式6進(jìn)行的： 5Ca2++3po43-+OH-→Ca5(PO4)3OH↓ pH ≥8.5 式6 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，反應(yīng)式如式7。 Ca2++CO32-→CaCO3 式7 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。 化學(xué)沉析工藝是按沉析藥劑的投加地點(diǎn)來(lái)區(qū)分的，實(shí)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(guò)濾。 (1)前沉析 前沉析工藝的特點(diǎn)是沉析藥劑投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的進(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(mǎn)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(guò)沉淀而被分離。如果生物段采用的是生物濾池，則不允許使Fe2+藥劑，以防止對(duì)填料產(chǎn)生危害(產(chǎn)生黃銹)。 前沉析工藝(如圖2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?yàn)橥ㄟ^(guò)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(fù)荷。常用的沉析藥劑主要是生灰和金屬鹽藥劑。經(jīng)前沉析后剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/1，完全能滿(mǎn)足后續(xù)生物處理對(duì)磷的需要。 (2)同步沉析 同步沉析是使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝，在國(guó)外約占所有化學(xué)除磷工藝的50%。其工藝是將沉析藥劑投加在曝氣池出水或二次沉淀池進(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。目前很多污水廠都采用，如廣州大坦沙污水處理廠三期就是采用的同步沉析，加藥對(duì)活性污泥的影響比較小。 (3)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(gè)與生物設(shè)施相分離的設(shè)施中進(jìn)行，因而也就有二段法工藝的說(shuō)法。一般將沉析藥劑投加到二次沉淀池后的一個(gè)混合池(M池)中，并在其后設(shè)置絮凝池(F池)和沉淀池(或氣浮池)。 對(duì)于要求不嚴(yán)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(duì)出水PH值加以控制，比如采用沼氣中的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)樾韬愣ü?yīng)空氣而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。