淺議污水處理應用化學除磷藥劑的使用

萬閑

摘要：明確了城市污水處理中除磷的重要性和迫切性，而在普遍采用的生物除磷技術不能滿足出水磷的排放標準時可考慮采用化學除磷技術。本文分析了化學除磷的原理及藥劑的選擇。

關鍵詞：污水處理；化學除磷；藥劑

一、引言

隨著人們生活水平的不斷提高和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展。大量含磷生活污水、工業(yè)廢水排入江河湖泊中，增加了水體營養(yǎng)物質(zhì)的負荷，從而引起水體中藻類與水生植物異常繁殖，即水體的富營養(yǎng)化。研究表明。多數(shù)水體富營養(yǎng)化的限制因素是磷。因此控制水體中磷的濃度尤為重要。

目前，污水除磷脫氮工藝中的除磷技術主要分為生物除磷和化學除磷兩大類。與化學法除磷相比。盡管生物法具有無需投加藥劑、運行費用省、污泥產(chǎn)量小的優(yōu)點。但在實際運行過程中。生物除磷技術也存在著缺點――對廢水組分的過度依賴（主要取決于可獲得的有機碳化合物的數(shù)量和質(zhì)量）；穩(wěn)定性和靈活性較差：污泥處理工藝中存在磷的釋放造成二次污染，這導致了生物出水很難達到國家污水排放標準的要求。因此需要增加化學除磷。

二、化學除磷的反應機理

化學除磷的反應機理是在污水處理工藝中投加金屬鹽類等，除磷藥劑形成不可溶性的磷酸鹽或多聚磷酸鹽沉淀產(chǎn)物，然后再通過沉淀分離或過濾分離等方法從污水中去除磷酸鹽。藥劑投加后，首先，金屬離子與磷酸鹽快速結(jié)合會形成低溶解度、極細小晶狀體的磷酸鹽化合物；然后，在流速梯度或混合擴散過程作用下互相接觸生成大顆粒絮凝體；最后，絮凝體通過沉淀分離或過濾分離等方法將水體分開，得到凈化的廢水和化學污泥，從而實現(xiàn)化學除磷的目的。因此，化學除磷過程包括沉析、凝聚、絮凝以及固液分離四個步驟，其本質(zhì)就是磷酸鹽從液相轉(zhuǎn)移到固相的過程。在這個過程中沉析和凝聚反應發(fā)生的非常快，被認為是同時發(fā)生的，凝聚時形成的主粒子，在絮凝過程中相互結(jié)合形成更大的粒子――絮體，以利于沉淀或者固液分離，由上述分析可知，化學除磷效率與沉析和絮凝過程直接相關，沉析、凝聚與磷酸鹽化合物種類與化學除磷藥劑的種類及pH等因素有關，絮凝過程與除磷工藝形式有關，因此，要提高化學除磷效率必須從化學除磷藥劑的種類、反應環(huán)境的pH及除磷工藝等因素考慮。

三、化學除磷藥劑的種類

目前用于污水化學輔助除磷的藥劑主要可分為鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、改性硅藻土及復合絮凝劑等。

3.1鋁鹽化學除磷藥劑

鋁鹽化學除磷藥劑主要有硫酸鋁、氯化鋁和聚合氯化鋁等。三價鋁鹽藥劑除磷的反應包括兩個反應過程：

1）三價鋁離子與污水中的磷酸根發(fā)生沉淀反應，生成沉淀化合物AlPO4；

2）三價鋁離子發(fā)生水解反應，生成具有較高的正電荷和較大的比表面積的單核羥基絡合物A1（OH）2+，A1（OH）21+和多核羥基絡合物AI（OH）m（3n-m）+（n>1，m≤3n），然后，多核羥基絡合物之間發(fā)生范德華力、吸附架橋和網(wǎng)捕等作用獲得較好的沉淀效果，從而實現(xiàn)化學除磷。Al3+水解反應和金屬磷酸鹽的溶解性均受到pH的影響，同時金屬離子也會與OH―發(fā)生反應，從而與PO43+形成競爭反應不利于除磷，由此可見，鋁鹽化學除磷過程中控制合適的pH是非常重要的。鋁鹽除磷理想的pH=5.8～6.9。值得注意的是經(jīng)用鋁鹽除磷藥劑處理后出水中的鋁含量大幅度增加，可能會造成排放水體中鋁鹽超標，引起微生物鋁中毒，因此需要控制投加量。

3.2鐵鹽除磷藥劑

鐵鹽除磷藥劑主要有硫酸亞鐵、氯化硫酸鐵、氯化鐵及聚合氯化鐵等。鐵鹽與鋁鹽除磷反應機理類似，之外還會發(fā)生強烈水解并同時發(fā)生各種聚合反應吸附水中的磷。Fe2+除磷效率與pH相關，但有關Fe2+除磷最佳pH存在爭議：有人認為pH=8時，F(xiàn)e2+除磷效果最好，但王文超等認為pH=7.5～8.5時不易生成沉淀，從而降低了除磷效率。Fe2+除磷需要較高pH值，而污水廠處理中pH值往往低于7.5，另外，在水中Fe3（PO4）2沒有FePO4穩(wěn)定，這些都限制了二價鐵鹽在廢水除磷中的應用，實際過程中可利用好氧池曝氣的特點將Fe2+氧化成Fe3+來提高化學除磷效率。鐵鹽與磷酸鹽反應形成沉淀物相對于鋁鹽更加穩(wěn)定，而具有沉降速度快的優(yōu)點，因此實際應用比較多，但是具有出水濁度與色度高、對出水pH影響大、運輸和貯存麻煩、對設備腐蝕大等缺點，同時鐵也是刺激藻類生長和引發(fā)湖泊水華的一個重要因素，這些缺點限制其使用范圍。

由于需要較高的pH，同時鈣鹽除磷藥劑還會引起池壁或渠、管壁上結(jié)垢及曝氣管堵塞等，因此鈣鹽除磷藥劑在城市污水處理廠中應用的比較少。磷酸氨鎂法是近幾年國際上非常流行的廢水除磷方法，但我國還未出現(xiàn)相關的報道。

3.3復合新型除磷藥劑

復合新型除磷藥劑主要有聚氯化鋁鐵（FAFC）、聚氯化鋁（PAC）、聚氯化鐵（PFC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚亞鐵、聚氯硫酸鐵（PFCS）、聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）、聚合硫酸鋁鐵（PFAS）以及改性硅藻土等。這些新型除磷藥劑基本上都有良好的電荷中和與吸附架橋功能，凝聚性能良好，絮凝體生成迅速，密集度高且質(zhì)量大，沉降性能優(yōu)越，沉降的污泥脫水性能好，無二次污染，適用水體pH值范圍廣，具有較強的去除效果，而且藥劑生產(chǎn)工藝簡單，原料易得，生產(chǎn)成本低。其中PAFC在污水廠中應用的比較多，原因在于PAFC結(jié)合了鋁鹽和鐵鹽的雙重優(yōu)點，化學反應速度快、形成絮體大且重、沉降快和過濾性好等優(yōu)點。因此，PAFC既能克服鋁鹽絮體生成慢、絮體輕、沉降慢的不足，同時又能克服鐵鹽除磷的出水渾濁、色度高的缺點。

改性硅藻土是最近新使用的化學除磷藥劑，其組成包括硅藻土、PAC和石灰等，其中的PAC和石灰可與PO43+反應生成A1PO4和Ca5（PO4）3OH等沉淀物，同時硅藻土具有吸附、混凝、過濾、共沉等作用，能充分接觸并除去水中的PO43+。因此除磷效果較穩(wěn)定，出水TP變化較小。

由上述的分析可知，復合新型除磷藥劑，如聚氯化鋁鐵結(jié)合傳統(tǒng)鐵鹽鋁鹽除磷藥劑的優(yōu)點，適用范圍和條件較廣，除磷效果好，而且對污水處理系統(tǒng)中微生物影響較小，具有良好的發(fā)展前景。

結(jié)束語：

對于一般城市污水僅僅采用單純的生物除磷，特別目前普遍采用的單級生物脫氮與除磷相結(jié)合的工藝，難以滿足目前國家污水綜合排放標準的要求。因此，有必要考慮采取化學除磷或化學輔助除磷。今后，化學除磷的研究方向應是將化學法和生物法結(jié)合起來。降低化學藥劑的投加量和減少污泥量，為在生產(chǎn)上應用創(chuàng)造條件。

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