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什么是除磷劑?怎么使用?

時(shí)間:2022-09-06 08:29:39 作者:瀚藍(lán)水處理劑 點(diǎn)擊:

生物除磷是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的除磷方法,但由于該除磷工藝目前還不能保證穩(wěn)定達(dá)到0.5mg/l出水標(biāo)準(zhǔn)的要求,所以要達(dá)到穩(wěn)定的出水標(biāo)準(zhǔn),常需要采取投加除磷劑的措施來(lái)滿足要求。



除磷劑是通過(guò)化學(xué)沉析過(guò)程完成除磷的的藥劑,是指通過(guò)向污水中投加無(wú)機(jī)金屬鹽藥劑與污水中溶解性的鹽類(如磷酸鹽)反應(yīng)生成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)的化學(xué)沉析反應(yīng)的除磷過(guò)程。實(shí)際上投加藥劑后,污水中進(jìn)行的不僅是沉析反應(yīng),同時(shí)還發(fā)生著化學(xué)絮凝作用,即形成的細(xì)小的非溶解狀的固體物互相粘結(jié)成較大形狀的絮凝體。

污水沉析反應(yīng)可以簡(jiǎn)單的理解為:水中溶解狀的物質(zhì),大部分是離子狀物質(zhì)轉(zhuǎn)換為非溶解、顆粒狀形式的過(guò)程,絮凝則是細(xì)小的非溶解狀的固體物互相粘結(jié)成較大形狀的過(guò)程,所以絮凝不是相轉(zhuǎn)移過(guò)程。絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果,而沉析則用于污水中溶解性磷的去除。

為了生成非溶解性的磷酸鹽化合物,用于化學(xué)除磷的化學(xué)藥劑主要是金屬鹽藥劑和氫氧化鈣。許多高價(jià)金屬離子藥劑投加到污水中后都會(huì)與污水中的溶解性磷離子結(jié)合生成難溶解性的化合物,但出于經(jīng)濟(jì)原因考慮,用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe3+鹽、Fe2+鹽和Al3+鹽,這些藥劑是以溶液和懸浮液狀態(tài)使用的。除金屬鹽藥劑外,氫氧化鈣也用作沉析藥劑,反應(yīng)生成不溶于水的磷酸鈣。

除磷劑的種類

什么是除磷劑?怎么使用?(圖1)

鋁鹽除磷方程式:

Al2(SO4)3+6H2O----2Al(OH)3+3SO42-+6CO2
Al2(SO4)3+2PO4----2AlPO4+3SO42-

在pH為6.0-6.5的條件下,每1mol的磷需要加鋁1.5-3.0mol。如果水顯堿性,在加鋁之前應(yīng)先降低pH以減少Al(OH)3沉淀。

鐵鹽除磷方程式:

Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2
Fe3++PO43----FePO4↓pH=5~5.5

每1mol磷需要加鐵(Fe3+)1.5-3mol,最佳pH為5.0。

對(duì)磷含量為5mg/l左右的二級(jí)處理水,通過(guò)投加100-200mg/l的氯化鐵(FeCl3.6H2O)就可以得到90%以上的磷去除率。

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。需要注意的是有機(jī)物在以化學(xué)除磷為目的化學(xué)沉析反應(yīng)中的沉析去除是次要的,但在分離時(shí)有機(jī)性膠體以及懸浮物的凝結(jié)在絮凝體中則是決定性的過(guò)程。

沉析效果是受PH值影響的,金屬磷酸鹽的溶解性同樣也受PH的影響。對(duì)于鐵鹽最佳PH值范圍為5.0~5.5,對(duì)于鋁鹽為6.0~7.0,因?yàn)樵谝陨螾H值范圍內(nèi)FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金屬鹽藥劑會(huì)給污水和污泥處理還會(huì)帶來(lái)益處,比如會(huì)降低污泥的污泥指數(shù),有利于沼氣脫硫等。

由于金屬鹽藥劑的投加會(huì)使污水處理廠出水中的Cl-或SO2-4離子含量增加。如果沉析藥劑溶液中另外含有酸的話,則需特別加以注意。

投加金屬鹽藥劑后相應(yīng)會(huì)降低污水的堿度,這也許會(huì)對(duì)凈化產(chǎn)生不利影響。當(dāng)在同步沉析工藝中使用硫酸鐵時(shí),必須考慮對(duì)硝化反應(yīng)的影響。

另外,如果污水處理廠污泥用于農(nóng)業(yè),使用金屬鹽藥劑除磷時(shí)必須考慮鋁或者鐵負(fù)荷對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。

石灰除磷方程式:

5Ca2++4OH-+3HPO42----Ca5OH(PO4)3+3H2O

為使磷的去除率達(dá)到90%以上,需要把pH值調(diào)到10.5-11.0以上。Ca/P的重量比為2.2:1以上。

沉析過(guò)程中,對(duì)于不溶解性的磷酸鈣的形成起主要作用的不是Ca2+,而是OH-離子,因?yàn)殡S著pH值的提高,磷酸鈣的溶解性降低,采用Ca(OH)2除磷要求的pH值為8.5以上。

但在pH值為8.5到10.5的范圍內(nèi)除了會(huì)產(chǎn)生磷酸鈣沉析外,還會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣,這也許會(huì)導(dǎo)致在池壁或渠、管壁上結(jié)垢。與鈣進(jìn)行磷酸鹽沉析的反應(yīng)除了受到PH值的影響,另外還受到碳酸氫根濃度(堿度)的影響。在一定的PH值惰況下,鈣的投加量是與堿度成正比的。

對(duì)于軟或中硬的污水,采用鈣沉析時(shí),為了達(dá)到所要求的PH值所需要的鈣量是很少的,具有強(qiáng)緩沖能力的污水相反則要求較大的鈣投加量。


按除磷劑的投加地點(diǎn)不同,化學(xué)除磷可以分為:前置除磷、同步除磷和后置除磷。

前置除磷工藝的特點(diǎn)是除磷劑投加在沉砂池中、初沉池的進(jìn)水渠(管)中、或者文丘里渠(利用渦流)中。其一般需要設(shè)置產(chǎn)生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應(yīng)產(chǎn)生的沉析產(chǎn)物(大塊狀的絮凝體)在初沉池中通過(guò)沉淀被分離。如果生物段采用的是生物濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以防止對(duì)填料產(chǎn)生危害(產(chǎn)生黃銹)。

前置除磷工藝由于僅在現(xiàn)有工藝前端增加化學(xué)除磷措施,比較適合于現(xiàn)有污水處理廠的改建,通過(guò)這一工藝步驟不僅可以除磷,而且可以減少生物處理設(shè)施的負(fù)荷。常用的化學(xué)藥劑主要是石灰和金屬鹽藥劑。前置除磷后控制剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/L,完全能滿足后續(xù)生物處理對(duì)磷的需要。

同步除磷是目前使用最廣泛的化學(xué)除磷工藝,在國(guó)外約占所有化學(xué)除磷工藝的50%。其工藝是將化學(xué)藥劑投加在曝氣池出水或二沉池進(jìn)水中,個(gè)別情況也有將藥劑投加在曝氣池進(jìn)水或回流污泥渠(管)中。

目前已確定對(duì)于活性污泥法工藝和生物轉(zhuǎn)盤工藝可采用同步化學(xué)除磷方法,但對(duì)于生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉淀池進(jìn)水中尚值得探討。

后置除磷是將沉析、絮凝以及被絮凝物質(zhì)的分離在一個(gè)與生物處理相分離的設(shè)施中進(jìn)行,因此也叫二段法工藝。一般將化學(xué)藥劑投加到二沉池后的一個(gè)混合池中,并在其后設(shè)置絮凝池和沉淀池(或氣浮池)。

對(duì)于要求不嚴(yán)的受納水體,在后置除磷工藝中可采用石灰乳液藥劑,但必須對(duì)出水pH值加以控制,如可采用CO2進(jìn)行中和。

采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和總磷,但因?yàn)樾枰愣ü?yīng)空氣因而運(yùn)行費(fèi)用較高。


在化學(xué)沉析除磷時(shí),去除lmol(31g)P至少需要lmol(56g)Fe,或者至少需要1.8(56/31)倍的Fe,或者O.9(27/31)倍的Al。也就是說(shuō)去除lgP至少需要1.8g的Fe,或者0.9g的Al。

由于在實(shí)際中,反應(yīng)中并不是100%有效進(jìn)行的,加之OH-會(huì)與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),生成相應(yīng)的氫氧化,所以實(shí)際化學(xué)沉析藥劑投加一般需要超量投加,以保證達(dá)到所需要的出水P濃度。德國(guó)在計(jì)算時(shí),提出了投加系數(shù)β的概念,即:

β=(molFe,molAl)/molP

投加系數(shù)β是受多種因素影響的,如投加地點(diǎn)、混合條件等,實(shí)際投加時(shí)建議通過(guò)投加試驗(yàn)確定。在最佳條件下(適宜的投加、良好的混合和絮凝體的形成條件)β=1;在非最佳條件下,β=2到3或更高。過(guò)量投加藥劑不僅會(huì)使藥劑費(fèi)增加,而且因氫氧化物的大量形成也會(huì)使污泥量大大增加,這種污泥體積大、難脫水。

德國(guó)在實(shí)際計(jì)算中,為了有效地去除磷(出水保持<1mgP/1),β值為1.5,也就是說(shuō)去除1kg磷,需要投加:

1.5×(56/31)=2.7 kg Fe
或者,
1.5×(27/31)=1.3 kg Al

若用石灰作為化學(xué)沉析藥劑,則不能采用這種計(jì)算方法,因?yàn)槠湟笸都拥膒H值大于8.5,而且投加量受污水堿度(緩沖能力)的影響,所以其投加量必須針對(duì)各自的污水通過(guò)試驗(yàn)確定。

從嚴(yán)格意義上講,投加系數(shù)β值的概念只適用于后沉析,對(duì)于前沉析和同步沉析在計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮:1、回流污泥中含有未反應(yīng)的藥劑;2、在初次沉淀池中和生物過(guò)程去除的磷。

計(jì)算舉例


例1:污水處理廠設(shè)計(jì)水量為10000m3/d,進(jìn)水中的P濃度為14mg/1,出水P濃度要求達(dá)到1mg/l。設(shè)計(jì)采用沉析藥劑三氯化鋁AlCl3,其有效成分為6%(60g/kgAlCl3),密度為1.3kg/l。為同步沉析,試計(jì)算所需要的藥劑量。

解:

經(jīng)過(guò)初次沉淀地沉淀處理后去除的磷為2mg/l,則生物處理設(shè)施進(jìn)水的P濃度為11mg/l,經(jīng)過(guò)生物同化作用去除的P為1mg/l。則需經(jīng)沉析去除的 :

P負(fù)荷=10000m3/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d

設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5,

設(shè)計(jì)Al的投加量為:1.5×(27/31)×100=130kgAl/d

折算需要藥劑量為:130×1000(g/d)/60(g/kg)=2167kg/dAlCl3

折算需要體積量為:2167(kg/d)/1.3(kg/l)=16671/dAlCl3

例2:設(shè)計(jì)采用藥劑硫酸亞鐵FeSO4,有效成分為180gFe/kgFeSO4,在10℃時(shí)的飽和溶解度為400gFeSO4/l,其它設(shè)計(jì)參數(shù)同例1。

解:

設(shè)計(jì)采用投加系數(shù)β值為1.5,

設(shè)計(jì)Fe的投加量為:1.5×5631×100=270kg Fe/d

折算需要藥劑量為:270×1000(g/d)/180(g/kg)=1500kg/dFeSO4


飽和溶液中的有效成分為:180(g/kg)·0.4(kg/l)=72gFe/l FeSO4

折算需要體積量為:1500·1000(g/d)/72(g/l)=20833l/dFeSO4


1、除磷劑對(duì)污水處理廠出水金屬含量的影響

在污水處理廠出水中金屬和藥劑的含量主要取決于對(duì)懸浮物的分離,當(dāng)然藥劑的投加、β值、pH值、污水堿度及投加技術(shù)也都對(duì)其有影響。

在污水處理廠出水中的鐵和鋁一般是難溶解的磷酸鹽和氫氧化物,并以懸浮狀態(tài)存在。

在正常藥劑投加量(如β=1.5,同步沉析)、pH為中性及有足夠好的二次沉淀池或沉淀池的情況下,鋁和鐵的含量一般不會(huì)超過(guò)1.0mg/l,而且盡管污水處理廠進(jìn)水中的鐵常常超過(guò)1.0mg/l;對(duì)于絮凝濾池出水中鐵或鋁的含量一般小于0.5mg/l。

2、除磷劑對(duì)出水中鹽含量的影響

采用金屬藥劑進(jìn)行磷沉析必然會(huì)導(dǎo)致污水處理廠出水中的鹽(Cl-或SO42-含量)增加。其增加量可通過(guò)計(jì)算確定:
  
如:例1中投加AlCl3,由于1kgAl對(duì)應(yīng)3.9(3×35.5/27=3.94)kg的Cl-,Cl-的增加量:

130×3.94=513kgCl-/d

折算濃度為:513kg/d×1000/10000m3/d=51.3mg/l

例2中投加FeSO4,由于1kgFe對(duì)應(yīng)1.7((32+4×16)/56=1.71)kg的SO42-,SO24-的增加量:

270×1.7=461.7kgSO24-/d

折算濃度為:461.7kg/d×1000/10000m3/d=46.2mg/l

含有少量工業(yè)廢水的城市污水處理廠正常出水中Cl-<100mg/l、SO24-<200mg/l ,也就是說(shuō)采用金屬藥劑后出水中的鹽含量Cl-升高50%、SO42-升高25%。當(dāng)受納水體有嚴(yán)格求時(shí),應(yīng)對(duì)鹽含量進(jìn)行驗(yàn)算。

因在磷酸鹽沉析的同時(shí),重碳酸鹽也被去除,所以出水中的總含鹽量(電導(dǎo)率)幾乎保持不變。

3、除磷劑對(duì)堿度的影響

水的堿度是指使一升水達(dá)到某一PH值的HCI用量,堿度也是指對(duì)酸的緩沖能力。污水處理廠進(jìn)水的堿度對(duì)應(yīng)的是其所在流域飲用水的堿度和由銨產(chǎn)生的堿度。在磷酸鹽沉析時(shí),只要鐵或鋁離子進(jìn)入水溶液中就形成六水復(fù)和體;一般形式為Me(H2O)3+6(Me:金屬),這種復(fù)合體象酸一樣可進(jìn)一步水解:

Me(H2O)63+→3H++Me(OH)3+3H2O

該反應(yīng)與溶液的pH值有關(guān),同時(shí)會(huì)降低水的堿度。由于氫氧化物以難溶的復(fù)合體形式沉析出來(lái),不會(huì)提高污水的堿度,所以對(duì)于金屬氫氧化物的沉析必須估算酸當(dāng)量,對(duì)于金屬磷酸鹽的沉析也是一樣。同步沉析中分離磷酸鹽只能略微提高污水的堿度。

4、除磷劑對(duì)剩余污泥產(chǎn)量的影響

正如前面所述的一樣,污水中溶解性磷去除結(jié)果就是產(chǎn)生污泥,不同的工藝,污泥的排除位置也不相同。對(duì)于同步沉析則是以剩余污泥的形式排出設(shè)施。剩余污泥產(chǎn)量是污泥處理設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要參數(shù),帶有同步沉析化學(xué)除磷時(shí),單位污泥產(chǎn)量是由去除BOD5產(chǎn)生的剩余污泥和同步沉析除磷的沉析物所組成。

對(duì)于由同步沉析,化學(xué)除磷產(chǎn)生污泥由沉析藥劑的類型、所投加金屬離子與需沉析磷的克分子比來(lái)確定。在β=1.5時(shí),投加1kgFe產(chǎn)生產(chǎn)2.5kg的干物質(zhì),或投加1kgAl產(chǎn)生產(chǎn)4kg的干物質(zhì)。

5、除磷劑對(duì)硝化反應(yīng)的影響

在采用硫酸鐵藥劑進(jìn)行同步沉析時(shí),對(duì)硝化反應(yīng)是有阻礙影響的,在這種情況下故而推薦將污泥泥齡提高10%。采用氯化鐵鹽藥劑對(duì)硝化反應(yīng)是沒(méi)有影響的。表4是各種沉析工藝對(duì)硝化反應(yīng)的影響系數(shù),這種影響系數(shù)是指在特定工藝條件下的污泥泥齡與常規(guī)工藝條件下(無(wú)磷的去除,且在同等硝化反應(yīng)能力情況下)的污泥泥齡的比值。

因?yàn)樵谇俺廖龅耐瑫r(shí)非溶解狀的碳化合物也會(huì)被沉析出來(lái),由此不能為氮氧化過(guò)程的穩(wěn)定所要求的反硝化反應(yīng)提供足夠的碳化合物,所以前沉析對(duì)氮的去除也會(huì)產(chǎn)生負(fù)作用。經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是,通過(guò)一次沉淀已去除掉許多碳化合物,這常不足于前置反硝化反應(yīng)所需,再經(jīng)前沉析更加劇了這種矛盾。



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