污水处理技术之化学除磷工艺研究

    大量含磷生活污水、工业废水进入江河湖泊中，增加水体营养物质的负荷，引起水体中藻类与水生植物的异常，导致水体地富营养化。主要湖泊中处于氮磷污染导致富营养化的占统计湖泊的52%以上。富营养化地主要危害是：引起水体含氧量地急剧下降，导致水生的生物因缺氧死亡；恶化水源水质，不仅增加水处理的难处；还降低水体的价值。

    过量的磷不仅会严重地危害海洋环境，甚至能够引起赤潮。2002我国因赤潮带来的经济损失甚至达到了150亿元。废水中的磷大部分来源于洗涤液、粪水和工业废水，其形态有三种盐；正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，而正磷酸盐和聚磷酸盐占了大部分。世界上许多发达国家对于除磷的研究和生产应用已有很多年的历史，我国这方面的研究始于20世纪70年代初。化学除磷是抑制水体富营养化和从废水中回收磷资源的有效手段。本文阐述了铁盐、铝盐和钙盐3种常见化学除磷药剂的除磷机理，以及化学辅助除磷工艺。

    关键词：化学除磷，除磷药剂，化学辅助除磷工艺

一、化学除磷机理

    化学除磷是通过化学沉析过程中形成磷酸盐沉淀完成的，是自然界磷酸盐沉析的人为强化，自然界的磷大部分来源于磷酸盐岩石、鸟粪石和动物化石，经过天然侵蚀或人工开采的方式，以磷酸盐的形式进入水或土壤中，由此构成了磷酸盐地沉析。而化学除磷的方法是通过化学除磷及投入废水中进行一系列的分解凝取沉析的过程从而达到除磷的目的，所以能够用于除磷的金属药剂大部分为铝盐，铁盐与钙盐。

1.铁盐除磷机理

    化学除磷过程中铁离子不仅可以生成磷酸盐沉淀也可以生成金属氢氧化物沉淀，反应方程式如下所示:

主反应FeCl3+PO43-→FePO4↓+3Cl-

副反应2FeCl3+3Ca（HCO3）2—→2Fe（OH）3↓+3CaCl2+6CO2

2.铝盐除磷机理

    化学除磷过程中铝离子不仅可以生成磷酸盐沉淀也可以生成金属氢氧化物的沉淀物，反应方程式如下所示。主反应Al2（SO4）3˙14H2O+2PO43-—→2AlPO4↓+3SO42-+14H2O副反应Al2（SO4）3˙14H2O+6HCO3-—→2Al（OH）3↓+3SO42-+6CO2+14H2O3-特别是正磷酸盐地去除过程中，氢氧化铝的吸附起这很重要的作用。通过研究表明，磷的吸附与去除大部分是一种特殊作用力下地络合反应的结果。

3.石灰除磷机理

    石灰除磷反应式。主反应在石灰除磷中占领主导地位，它决定废水软化和脱碱时所消耗的石灰量，同时，主反应生成碳酸钙也可作为增重剂，有利于副反应生成的磷酸盐沉淀。主反应Ca（OH）2+HCO3-—→CaCO3↓+OH-+H2O副反应5Ca2++3PO43-+OH-—→Ca5（OH）（PO4）3↓。而Ca（OH）2作为混凝剂还有良好的凝聚吸附作用。在磷酸盐沉淀形成地过程中，起主要作用的不是Ca2+，而是OH-，因为随着pH值地提高，Ca5（OH）（PO4）3的溶解度降低。实验也可以通过提高溶液中离子浓度、升高pH值或温度等等方式提高溶液的过饱和度以实磷酸钙盐的沉淀。

二、化学辅助生物除磷工艺特点

    根据化学除磷试剂投点生物除磷的反应原理的先后顺序，可以将化学辅助生物去磷的工艺分为后置化学辅助除磷工艺和协同化学辅助除磷工艺与前置化学辅助除磷工艺。

1.前置化学辅助除磷工艺

    将前置化学辅助除磷工艺的投药点设在生物的反应前，污水厂前置除磷过程中，除磷药剂投放在沉砂池中所产生的沉淀物在沉砂池中去除。副反应所生成的絮体不仅可以吸附和絮凝污水中含碳、含氮有机物，素体对二者的去除起到一定的促进作用。经实验表明，在稳定运行的情行下，磷的去除率可达到85%以上。

2.协同化学辅助除磷工艺

    将协同化学辅助除磷工艺投药点置于在生物反应中，将除磷药投放于曝气池的中间，所产生的沉淀物也通过二沉池去除。结果表明，当反应器水力负荷为1.20m3/（m2˙h），进水总磷（TP）为0.11～0.15kg/（m3˙d）时，投加铝盐后TP去除率可提高至71.0%～82.0%。实验表明，降低出水TP含量的有效方法是利用硫酸铝溶液进行协同沉淀，在进水TP浓度为2.22mg/L的情况下，TP的去除率为82.4%。通过用PO43--P与Al3+物质的量之比为1∶3.9的铝盐进行实验得到除磷率为43.0%。

3.后置化学辅助除磷工艺

    将后置化学辅助除磷工艺的投药点置于生物反应之后，通过在生物反应后投加的除磷试剂，这样可以大幅度避免除磷药剂对活性污泥的影响。此实验结果表明，对A2/O池末端投加Al3+浓度为3.1%的液态硫酸铝，使经二沉池的TP降至0.74mg/L左右，然后在通过过滤池的过滤作用，使出水达到一级水标准排放。

    a.化学辅助除磷的过程中所发生的生物化学协同作用；化学絮凝剂对活性生物絮体除磷的作用不仅有正面影响也有负面影响。投药量/总磷初始量不宜超过90.投药量/总磷初始量<22时投药量/总磷初始量和总磷去除率间成线性关系，总磷的去除率高达到73.23%。

    b.化学絮凝剂地投加使得活性混合液电导率由37.22ms/m增加到了45.2ms/m，颗粒的表面电位由-12.5mv降低到-8.1mv，对胶体脱稳沉淀与电性中和作用的发挥有好处.化学絮凝剂对活性沉降性的影响不怎么明显。

    c.活性污泥生物絮体和化学絮凝剂表面发生了化学反应，使得絮体孔隙明显的减少了，絮体更加的密实；投药分量超过9mg时，蛋白质的质量分数提高了，而核酸的质量分数降低了，增强了生物絮体的桥联作用。

三、结语

    化学除磷主要是通过化学沉析过程完成的，化学的沉析是指向污水中投加污水中溶解性的盐类，无机金属盐药剂反应生成颗粒状的和非溶解性地物质。而实际上投加药剂，在污水中进行的不仅仅是沉析反应，还发生着化学絮凝作用，通过固—液分离，得到净化的污水和固一液浓缩物（化学污泥），达到化学除磷的目地。

    本文说明了铁盐、铝盐和石灰除磷三种十分常见化学除磷方式，说明了后置化学辅助除磷、协同化学辅助除磷和前置化学辅助除磷工艺3种化学辅助生物除磷工艺的特点，阐明了磷资源回收是化学除磷的新发展方向。