淺談污水處理應(yīng)用化學(xué)除磷藥劑

張曉濤 董勝南

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(shù)不能滿足出水磷的排放標(biāo)準(zhǔn)時可考慮采用化學(xué)除磷技術(shù)。本文分析了化學(xué)除磷的原理及藥劑的選擇。

關(guān)鍵詞：污水處理；化學(xué)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(fù)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(shù)主要分為生物除磷和化學(xué)除磷兩大類。與化學(xué)法除磷相比。盡管生物法具有無需投加藥劑、運(yùn)行費(fèi)用省、污泥產(chǎn)量小的優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際運(yùn)行過程中。生物除磷技術(shù)也存在著缺點(diǎn)――對廢水組分的過度依賴（主要取決于可獲得的有機(jī)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(dǎo)致了生物出水很難達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此需要增加化學(xué)除磷。

二、化學(xué)除磷的反應(yīng)機(jī)理

化學(xué)除磷的反應(yīng)機(jī)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(xì)小晶狀體的磷酸鹽化合物；然后，在流速梯度或混合擴(kuò)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(xué)污泥，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷的目的。因此，化學(xué)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(yīng)發(fā)生的非?？欤徽J(rèn)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(xué)除磷效率與沉析和絮凝過程直接相關(guān)，沉析、凝聚與磷酸鹽化合物種類與化學(xué)除磷藥劑的種類及pH等因素有關(guān)，絮凝過程與除磷工藝形式有關(guān)，因此，要提高化學(xué)除磷效率必須從化學(xué)除磷藥劑的種類、反應(yīng)環(huán)境的pH及除磷工藝等因素考慮。

三、化學(xué)除磷藥劑的種類

目前用于污水化學(xué)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(fù)合絮凝劑等。

3.1鋁鹽化學(xué)除磷藥劑

鋁鹽化學(xué)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(yīng)包括兩個反應(yīng)過程：

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

2）三價鋁離子發(fā)生水解反應(yīng)，生成具有較高的正電荷和較大的比表面積的單核羥基絡(luò)合物A1（OH）2+，A1（OH）21+ 和多核羥基絡(luò)合物 AI（OH）m（3n-m）+（n>1，m≤3n），然后，多核羥基絡(luò)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(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷。Al3+水解反應(yīng)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(yīng)，從而與PO43+形成競爭反應(yīng)不利于除磷，由此可見，鋁鹽化學(xué)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(biāo)，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(yīng)機(jī)理類似，之外還會發(fā)生強(qiáng)烈水解并同時發(fā)生各種聚合反應(yīng)吸附水中的磷。Fe2+除磷效率與pH相關(guān)，但有關(guān)Fe2+除磷最佳pH存在爭議：有人認(rèn)為 pH=8時，F(xiàn)e2+除磷效果最好，但王文超等認(rèn)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Fe 3（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(yīng)用，實(shí)際過程中可利用好氧池曝氣的特點(diǎn)將Fe2+氧化成Fe3+來提高化學(xué)除磷效率。鐵鹽與磷酸鹽反應(yīng)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(diǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用比較多，但是具有出水濁度與色度高、對出水pH影響大、運(yùn)輸和貯存麻煩、對設(shè)備腐蝕大等缺點(diǎn)，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(diǎn)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(yīng)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(guān)的報道。

3.3復(fù)合新型除磷藥劑

復(fù)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(qiáng)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(yīng)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(diǎn)，化學(xué)反應(yīng)速度快、形成絮體大且重、沉降快和過濾性好等優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。

改性硅藻土是最近新使用的化學(xué)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(yīng)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(fù)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(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，有必要考慮采取化學(xué)除磷或化學(xué)輔助除磷。今后，化學(xué)除磷的研究方向應(yīng)是將化學(xué)法和生物法結(jié)合起來。降低化學(xué)藥劑的投加量和減少污泥量，為在生產(chǎn)上應(yīng)用創(chuàng)造條件。

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（作者單位：東明石化集團(tuán)）