城市污水處理化學(xué)除磷藥劑的應(yīng)用

張端鑫

（廈門水務(wù)中環(huán)污水處理有限公司，福建廈門 361000）

目前，廢水除磷脫氨中的殺菌技術(shù)可分為化學(xué)處理和生物處理。與生物處理相比，化學(xué)除磷仍有一定優(yōu)勢(shì)。雖然生物脫硫法中沒(méi)有黑色添加劑，且投資相對(duì)較小，產(chǎn)生的污泥量也較小，但生物處理法的實(shí)際應(yīng)用也顯示出許多缺點(diǎn)，如過(guò)分依賴廢水成分，以及受有機(jī)化合物的質(zhì)和量的影響。另外，處理后的廢水靈活性和穩(wěn)定性差，必須采用化學(xué)處理，從而使廢水得到有效處理。

1 城市污水處理現(xiàn)狀

我國(guó)的污水在城市化進(jìn)程中逐漸增加，對(duì)于污水的處理至關(guān)重要?；瘜W(xué)反應(yīng)除磷的完成離不開(kāi)化學(xué)沉淀，其主要形成過(guò)程如下：在城市污水中加入金屬鹽，與污水或污泥中的可溶性磷酸鹽充分混合，形成不溶性物質(zhì)從污水中分離出來(lái)，從而使污水中磷得到更好的處理。污泥中的某些微生物在好氧狀態(tài)下會(huì)吸收大量的磷，兩者反應(yīng)使磷組分轉(zhuǎn)化為活性污泥組分，與活性污泥一起沉淀，從而實(shí)現(xiàn)污水的除磷。隨著城市污水處理相關(guān)指標(biāo)（TPs0.5mg/L）的提高，僅靠生物或化學(xué)除磷無(wú)法使污水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。因此，把化學(xué)反應(yīng)除磷技術(shù)與生物溶解除磷技術(shù)更好地利用非常重要，如何提高工作效率、提升除磷標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成為城市污水除磷系統(tǒng)的一個(gè)研究課題。通過(guò)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理廠處理數(shù)據(jù)的分析和研究，發(fā)現(xiàn)在污水處理中，在一級(jí)或二級(jí)階段加入化學(xué)試劑，可以有效降低污水磷含量。在現(xiàn)階段大多數(shù)城市污水處理廠存在進(jìn)水碳源不足的問(wèn)題，最好采用化學(xué)反應(yīng)除磷技術(shù)來(lái)強(qiáng)化生物除磷的輔助功能。

2 化學(xué)除磷的基本原理

化學(xué)除磷的原理是在污水處理過(guò)程中加入金屬鹽等物質(zhì)，去除污水中的磷酸鹽?？梢圆捎玫霓k法有許多，其中，過(guò)濾分離或沉淀分離的方法最為有效。加入化學(xué)藥劑后，磷酸鹽和金屬離子會(huì)迅速結(jié)合，形成磷酸鹽化合物，這些化合物的溶解度較低，所以會(huì)生成沉淀。此外，在化學(xué)除磷的過(guò)程中還有著一些重要的步驟，如沉淀、絮凝、混凝和固液混凝。最終目標(biāo)是將磷酸鹽的性質(zhì)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?。在這個(gè)過(guò)程中，縮合和沉淀反應(yīng)非?？?，甚至可以認(rèn)為是同時(shí)發(fā)生的。當(dāng)冷凝發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生主要顆粒，而虛擬鏈將形成更大的顆粒，即傳統(tǒng)顆粒，這有利于固液分離。由上可見(jiàn)，化學(xué)除磷的效果與絮凝、沉淀直接相關(guān)，同樣也離不開(kāi)化學(xué)藥劑的酸堿度和藥劑種類，除磷過(guò)程對(duì)絮凝過(guò)程也有巨大的影響。綜上所述，想使化學(xué)除磷效果達(dá)到最大化，就要注意除磷工藝的選擇、除硫劑的應(yīng)用以及環(huán)境酸堿度的影響，并充分做好控制工作。

3 廢水除磷工藝的分類和特點(diǎn)概述

廢水除磷過(guò)程可分為兩種形式：生物除磷和化學(xué)除磷。生物除磷不需要投入任何化學(xué)藥劑，降低了成本消耗和污泥產(chǎn)量，降低了化學(xué)污染的可能性，但是過(guò)度依賴廢水成分限制了生物除磷工藝的效果，使得除磷的穩(wěn)定性和靈活性明顯不足，因此容易造成廢水的二次污染，難以達(dá)到我國(guó)的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。而化學(xué)除磷工藝應(yīng)用廣泛，效果明顯，是目前我國(guó)污水處理的主要方法。

4 化學(xué)除磷的反應(yīng)機(jī)理以及反應(yīng)特性

4.1 反應(yīng)機(jī)理

化學(xué)除磷的反應(yīng)機(jī)理是在污水處理過(guò)程中加入金屬鹽等除磷劑，形成不溶性磷酸鹽或多磷酸鹽沉淀產(chǎn)物，然后通過(guò)沉淀分離或過(guò)濾分離去除污水中的磷酸鹽。添加藥物后，首先金屬離子和磷酸鹽的快速結(jié)合將形成低溶解度的磷酸鹽化合物；然后在流速梯度或混合擴(kuò)散過(guò)程的作用下相互融合，生成大顆粒絮體；最后，絮體通過(guò)沉淀分離或過(guò)濾分離將水體分離成凈化后的廢水和化學(xué)污泥，從而進(jìn)行化學(xué)除磷。因此，化學(xué)除磷過(guò)程包括四個(gè)步驟：沉淀、混凝、絮凝和固液分離。在這個(gè)過(guò)程中，沉淀和凝結(jié)具有較快的反應(yīng)，其發(fā)生也極其迅速，同時(shí)凝結(jié)過(guò)程中形成了主要顆粒，它們相互結(jié)合形成較大的絮凝物顆粒，用于沉淀或固液分離。從以上分析可以看出，化學(xué)除磷效率與沉淀和絮凝直接相關(guān)，沉淀、混凝與磷酸鹽化合物、化學(xué)除磷劑、酸堿度等因素相關(guān)，絮凝過(guò)程與除磷工藝也有一定的關(guān)系。想要化學(xué)除磷得到更好的利用，有必要使用化學(xué)除磷劑、并去除反應(yīng)環(huán)境的酸堿度。

4.2 反應(yīng)特性

根據(jù)以往化學(xué)處理劑的數(shù)據(jù)，廢水處理是基于酸堿度和含磷化合物的影響，大多數(shù)化學(xué)處理會(huì)選擇金屬鹽類試劑進(jìn)行反應(yīng)，使含磷化合物能夠被有效取代，成為沉淀物，與水資源隔離，同時(shí)，水體的酸堿度可以得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以保證水資源的質(zhì)量。絮凝可以將沉積物與水分離，降低含磷化合物和置換金屬隨水流進(jìn)入外部環(huán)境的概率，從而達(dá)到化學(xué)除磷的基本目的。在分析化學(xué)除磷劑的反應(yīng)特性的過(guò)程中，可分為以下步驟：首先，在將化學(xué)品投入污水資源的過(guò)程中，沉淀和凝結(jié)反應(yīng)會(huì)同時(shí)發(fā)生，從而使化學(xué)顆粒在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，含磷化合物和金屬顆粒會(huì)迅速沉淀并凝結(jié)成大顆粒。其次，在絮凝過(guò)程中，可以通過(guò)將水質(zhì)環(huán)境結(jié)合成絮體結(jié)構(gòu)來(lái)阻擋大顆粒，從而避免污水中的摻雜物被排放到外部生態(tài)環(huán)境中。最后，利用含磷化合物和金屬元素質(zhì)量特性，實(shí)現(xiàn)固液分離的要求，使污染物在坑內(nèi)積累，使污水排放后，污染物能夠得到獨(dú)立、更有效的凈化。

5 脫氧除磷工藝

城市污水包括氮、磷、化學(xué)需氧量、生化需氧量和其他物質(zhì)。污水處理的具體過(guò)程也分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理。一級(jí)處理主要是預(yù)處理階段，二級(jí)處理是物理和化學(xué)處理方法，也就是脫氧和除磷技術(shù)，這是污水處理不可缺少的部分。三級(jí)處理是對(duì)有毒有害無(wú)機(jī)物的處理?；钚晕勰嗍浅鞘袕U水生物處理中使用次數(shù)較多的技術(shù)。活性污泥和廢水在相互作用下，可以讓廢水中的有機(jī)物在曝氣的作用下進(jìn)行分解，從而使生物固體分離，大部分廢水可以流回曝氣池，最終實(shí)現(xiàn)活性污泥的吸附、維持和凝聚，去除廢水中的污染物。曝氣池和回流供氧系統(tǒng)二沉池是活性污泥脫氧脫磷工藝處理裝置必不可少的部分，其可以對(duì)曝氣池中活性污泥的濃度進(jìn)行很好的控制。采用活性污泥法處理，需要設(shè)置缺氧池和厭氧池，即脫硝處理，以保證除磷的正常有效開(kāi)展，節(jié)約成本，提高效率。

6 影響化學(xué)除磷過(guò)程的要素

6.1 磷濃度

在同等出水水質(zhì)要求的基礎(chǔ)上，污水中的磷含量與化學(xué)藥劑的利用率具有一定的比例關(guān)系。隨著污水中磷含量的增加，化學(xué)藥劑的利用率也會(huì)得到最大限度地提高。相反，當(dāng)污水中的磷含量降低時(shí)，化學(xué)藥劑的利用率也降低，兩者相互依賴。

6.2 酸堿度

酸堿度是污水處理技術(shù)中的一個(gè)重要因素。當(dāng)酸堿度約為8.0時(shí)，應(yīng)使用鐵鹽進(jìn)行化學(xué)沉淀去除磷；當(dāng)酸堿度在5.0～8.0時(shí)，應(yīng)使用鋁鹽通過(guò)化學(xué)沉淀去除磷。

6.3 堿度

堿度是化學(xué)除磷中一個(gè)重要影響要素。在除磷過(guò)程中采用了石灰，污水的堿度對(duì)石灰的用量具有重大的影響。當(dāng)磷含量較低時(shí)，碳酸鹽競(jìng)爭(zhēng)會(huì)對(duì)污水堿度產(chǎn)生不良影響，使其堿度增加。該過(guò)程主要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，以便獲得相應(yīng)的一氧化碳信息和數(shù)據(jù)。

7 化學(xué)除磷劑在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用

7.1 鋁鹽化學(xué)除磷劑

聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鋁等是重要的鋁鹽化學(xué)除磷劑。三價(jià)鋁鹽在處理過(guò)程中主要用于兩個(gè)方面：第一，三價(jià)鋁離子的水解反應(yīng)將產(chǎn)生具有較大比表面積和較高正電荷的單核羥基絡(luò)合物；第二，三價(jià)鋁離子與污水中的磷酸根反應(yīng)生成沉淀，最終生成沉淀化合物。實(shí)際反應(yīng)和金屬磷酸鹽的溶解度都容易受到酸堿度的影響，最佳酸堿度為5.8～6.9。需要注意的是，在處理污水的過(guò)程中采用鋁鹽處理劑，將會(huì)導(dǎo)致污水中的鋁含量增多，這可能會(huì)使水中的鋁鹽不符合要求，因此對(duì)于鋁鹽的加入量要合理使用。

7.2 鐵鹽化學(xué)除磷劑

硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化鐵和聚合氯化鐵都是主要的鐵鹽除磷劑。鐵鹽和鋁鹽除磷反應(yīng)的機(jī)理相同，除此之外，鐵鹽和鋁鹽將經(jīng)歷劇烈的水解和各種聚合反應(yīng)以吸附水中的磷。鐵鹽除磷需要較高的酸堿度，而污水處理廠的酸堿度通常低于7.5。此外，F(xiàn)e3（PO4）2在水中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如FePO4穩(wěn)定，從而導(dǎo)致亞鐵鹽在廢水除磷中無(wú)法更好的發(fā)揮效用。鐵鹽與磷酸鹽反應(yīng)可生成沉淀，然而，其具有出水、濁度和色度高、對(duì)出水的酸堿度影響大、運(yùn)輸和儲(chǔ)存困難等缺點(diǎn)。此外，鐵對(duì)藻類生長(zhǎng)具有重大的影響，這導(dǎo)致其無(wú)法得到更好運(yùn)用。

7.3 復(fù)合新型除磷劑

復(fù)合新型除磷劑主要有聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合硫酸鐵（PFCS）、聚合硫酸鋁鐵（PAFCS）、聚合硫酸鋁鐵（PFAS）和改性硅藻土。良好的電荷中和和吸附架橋作用是這些新型除磷劑差不多都具備的。復(fù)合新型除磷劑的混凝性能好，絮體形成快，密度高，質(zhì)量好，沉降性能優(yōu)異，沉降后的污泥具有良好的脫水性，不會(huì)再一次產(chǎn)生污染，能更好地應(yīng)用于較寬的水體酸堿度范圍。其生產(chǎn)工藝不復(fù)雜而且原料更容易尋找，其生產(chǎn)成本相對(duì)低。其中，PAFC 因結(jié)合了鋁鹽和鐵鹽的優(yōu)點(diǎn)，如化學(xué)反應(yīng)速度快、有大量絮體生成、沉降速度快、過(guò)濾性好，在污水處理廠得到廣泛應(yīng)用。因此，PAFC 可以克服鋁鹽絮體形成緩慢、輕絮體、沉淀緩慢，鐵鹽除磷的缺點(diǎn)，其同樣也具有缺點(diǎn)，比如出水濁度、色度高。改性硅藻土是在現(xiàn)階段得到了廣泛應(yīng)用的化學(xué)除磷劑，其成分包括硅藻土、PAC 和石灰，其中PAC 和石灰能與PO 反應(yīng)生成AIPO4和CaS（PO4）3OH 等沉淀物。同時(shí)，硅藻土具有吸附、混凝、過(guò)濾、共沉淀等優(yōu)勢(shì)。并能充分接觸和去除水中的PO2，因此除磷效果更穩(wěn)定，且出水TP 變化較小。

從以上分析可以看出，聚合氯化鋁鐵與以上系列鐵鹽、鋁鹽脫磷劑組合的復(fù)合新型脫磷劑具有優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍廣闊，脫磷的技術(shù)和效果好，對(duì)污水處理系統(tǒng)影響不大，在其日后的發(fā)展中具有良好的發(fā)展前景。

8 結(jié)語(yǔ)

污水處理在我國(guó)發(fā)展中至關(guān)重要。近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)的速度一直在加快，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有大量的污水無(wú)法避免，而且污水中含有大量的磷，如果不把污水處理好就排到河流中，會(huì)對(duì)河流中的水體造成不可避免的污染，并導(dǎo)致水中藻類的異常繁殖。因此，要減少污水中磷的濃度，把我國(guó)的污水處理事業(yè)推向一個(gè)新的水平，從而提高人民的生活水平與環(huán)境，促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展。