污水處理中聚合氯化鋁的設(shè)計(jì)應(yīng)用

虞祥芬　應(yīng)莉雅　程榮偉

【摘? 要】污水處理中，化學(xué)除磷法應(yīng)用廣泛。聚合氯化鋁（PAC）作為一種常見的化學(xué)除磷藥劑，常被用于各污水處理廠。本文對(duì)其除磷原理、用量計(jì)算進(jìn)行了探討，并以溫州西片污水處理廠為例，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中，PAC 的最佳使用量進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)除磷;聚合氯化鋁;應(yīng)用

前言

自 2015 年 4 月國務(wù)院發(fā)布實(shí)施《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來，全國水環(huán)境質(zhì)量得到了持續(xù)的改善，但我國水污染防治形勢(shì)依然嚴(yán)峻。排放到湖中的污水使得藻類過渡繁殖，水中含氧量迅速降低，致使魚類無法生存甚至滅絕。這是水體富營養(yǎng)化造成的結(jié)果，而磷確是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。污水中的磷主要來源于糞便、化肥、生活污水、工業(yè)廢水等。隨著城市的發(fā)展，含磷洗滌劑的使用、各行業(yè)廢水的排放、工業(yè)廢水的增多，給水治理帶來了不小壓力，更高效的除磷刻不容緩。

一、化學(xué)除磷

目前，城鎮(zhèn)污水除磷方法包括生物除磷法、化學(xué)除磷法以及生物-化學(xué)相結(jié)合的處理方法。生物除磷工藝是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的方式，但由于脫氮和除磷過程存在著泥齡、碳源等方面的矛盾，因此出水TP濃度比較不穩(wěn)定甚至達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，故當(dāng)生物除磷不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)常采用化學(xué)藥劑強(qiáng)化除磷。化學(xué)除磷主要是通過向污水中加入無機(jī)金屬鹽藥劑，使其與污水中的溶解性鹽類（如磷酸鹽）反應(yīng)，生成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)。常見的化學(xué)除磷藥劑主要是金屬鹽藥劑和氫氧化鈣。出于經(jīng)濟(jì)考慮，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe鹽、Fe鹽和 Al鹽，本文以聚合氯化鋁（PAC）作為研究對(duì)象，探討其在污水處理中的使用。

二、聚合氯化鋁在污水處理中的使用

1.背景

溫州西片污水處理廠，全廠廢水處理總規(guī)模25萬m3/d。一期工程提標(biāo)改造廢水處理工藝為“CAST-MBBR +磁沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”;二期擴(kuò)建工程廢水處理工藝為“多級(jí) A/O（改良A2/O）生物池+矩形周進(jìn)周出二沉池+磁沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”。工程項(xiàng)目廢水處理外加碳源為乙酸鈉，助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC），消毒使用次氯酸鈉，污泥使用帶式濃縮脫水一體機(jī)處理，廢水處理期間全流程除臭。

2.聚合氯化鋁除磷原理

聚合氯化鋁在含磷廢水中投加后，在廢水中水解生成三價(jià)鋁金屬離子，三價(jià)鋁離子能夠與廢水中的可溶性磷酸鹽結(jié)合反應(yīng)轉(zhuǎn)變成非溶解性的磷酸鹽沉淀，從而達(dá)到對(duì)廢水中磷酸根離子的去除作用，如式（1）。這是沉析的過程，而一 般除磷藥劑都具有一定的絮凝功能，所以在除磷過程中，沉析與絮凝往往是同時(shí)發(fā)生的。聚合氯化鋁的混凝作用能夠在廢水中分解后通過對(duì)磷酸根離子表面的電荷層進(jìn)行壓縮，進(jìn)行吸附架橋使得廢水中磷酸根與其它有機(jī)污染物迅速混凝成團(tuán)，粘結(jié)成絮體沉淀。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)，如式（2），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。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。

AlCl+ KPO → AlPO↓ + 3KCl???????? （1）

Al + 3OH → Al（OH）↓（2）

3.聚合氯化鋁用量的計(jì)算

以溫州西片污水處理廠為例，全廠廢水處理總規(guī)模250000m3/d，進(jìn)水TP濃度為 1.5mg/L，根據(jù)城鎮(zhèn)污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水TP濃度應(yīng)低于0.5mg/L。PAC藥劑經(jīng)化驗(yàn)室檢測(cè)，其 Al含量為 5.32%。PAC藥劑密度為1.12kg/ L。

在化學(xué)沉析除磷時(shí)，1mol鋁消耗1mol磷，也就是說去除1g 的磷需 0.87g 的鋁。而實(shí)際中，反應(yīng)并不是 100%進(jìn)行的，如金屬離子與 OH會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)生成氫氧化物，所以實(shí)際投加藥量時(shí)需要超量投加，以保證出水濃度達(dá)標(biāo)。

德國在計(jì)算時(shí)，提出了投加系數(shù)β的概念，投加系數(shù)受多種因素影響，在最佳條件下，β=1;在非最佳條件下，β=2到3或更高，實(shí)際投加時(shí)通過投加試驗(yàn)確定。

P負(fù)荷=250000m/d×（0.0015-0.0005）kg/m=250kg/d 投加系數(shù)β以2.5為例

所需Al的投加量為：2.5×（27/31）×250 kg/d=543.75kg/d

折算PAC投加量：543.75 kg/d÷5.32%≈10220kg/d

折算PAC體積：10220kg/d÷1.12kg/L=9125L/d

4.實(shí)際使用中聚合氯化鋁的最佳用量

根據(jù)污水處理廠實(shí)際情況，做以下小試實(shí)驗(yàn)。取1mLPAC 試劑于100mL容量瓶中進(jìn)行稀釋。取6個(gè) 500mL的燒杯，分別加入500mL進(jìn)水，并測(cè)進(jìn)水TP。在各個(gè)燒杯中加入40mg磁粉及0.15%濃度的PAM0.3mL。通過計(jì)算，算出不同投加系數(shù)下，所應(yīng)投加的PAC稀釋液體積。在各燒杯中加入相應(yīng)稀釋液并攪拌，沉降后分別取上清液測(cè)出水TP。具體數(shù)值如表1所示

由表1可看出，當(dāng)投加系數(shù)β=5時(shí)，出水總磷基本達(dá)到一級(jí) A 出水標(biāo)準(zhǔn)，出水濃度為0.5mg/L。由于該廠除磷工藝為生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合，進(jìn)水在生物除磷過程中，聚磷微生物在厭氧條件下釋磷，好氧條件下吸磷，再由污

泥排出的過程后，已達(dá)到部分除磷的效果。故PAC的投加系數(shù)β=5 時(shí)，可以穩(wěn)定達(dá)到出水要求。相應(yīng)的PAC加藥量約為21t/d。

三、總結(jié)

PAC 對(duì)總磷的去除有顯著的效果，該污水處理廠投加系數(shù)為5時(shí)，可以達(dá)到所需出水標(biāo)準(zhǔn)，所用PAC 投加量為21t/d。由于總磷的去除率受相應(yīng)的進(jìn)水影響，當(dāng)進(jìn)水總磷濃度過高時(shí)，可以此小試實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)適當(dāng)調(diào)整投加系數(shù)，以達(dá)到出水排放標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝芳.城鎮(zhèn)污水處理廠化學(xué)除磷研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.

（作者單位：溫州市創(chuàng)源水務(wù)有限公司）