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【】化学除磷的原理

    上回说道，化学除磷药剂有三类，分别是石灰，铝盐和铁盐等。

    由于石灰对生物处理的pH影响较大，加之容易引起管道堵塞问题，所以以生物除磷为主的污水厂很少使用。

    国内较常用的是铁盐或铝盐，它们与磷的化学反应如式(1)､(2)｡

    Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

    Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

    与沉淀反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应，反应式如式(3)､(4)｡

    Al3++3OH-→Al(OH)3↓(3)

    Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(4)

    金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉淀产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质､细微悬浮颗粒｡

    二、除磷药剂投加位置的选择

    除磷药剂的投加位置有以下三种。

    1、预沉淀除磷：在初沉池前投加化学药剂，通过排除初沉池的污泥达到除磷的目的｡但是这种方法会大量增加污泥产量，并且对后续反硝化反应造成影响，一般不推荐使用。

    2、同步沉淀除磷：在生化反应池中投加化学药剂，通过排除二沉池的剩余污泥除磷｡

    同步沉淀除磷一般是在生化反应池曝气区尾部投加除磷药剂，结合生物除磷过程，将绝大部分的磷在生物处理段内予以去除｡这种方法除磷效率高，节省投药量，而且可以改善活性污泥在二沉池中的沉降性能，提高回流污泥浓度｡

    3、后沉淀除磷：即在二沉池后投加化学药剂，通过混合､絮凝及分离设施将残余在出水中的磷去除｡

    后沉淀除磷一般须设混凝反应池及终沉池，投资大，运行费用高。

    综上，辅助化学除磷的最佳投药位置宜设在生化反应池曝气区尾部｡同时，预留二沉池后除磷药剂投加点，以备应急情况下投入使用，确保最终出水。

    三、除磷药剂投加量的计算

    由式(1)和式(2)可知去除1mol的磷酸盐，需要1mol的铁离子或铝离子｡

    由于在实际工程中，反应并不是100%有效进行的，加之OH-会参与竞争，与金属离子反应，生成相应的氢氧化物，如式(3)和式(4)，所以实际化学沉淀药剂一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水P浓度｡

    《给水排水设计手册》第5册和德国设计规范中都提到了同步沉淀化学除磷可按1mol磷需投加1.5mol的铝盐(或铁盐)来考虑｡

    为了计算方便，实际计算中将摩尔换算成质量单位｡

    如：1molFe=56gFe，1molAl=27gAl，1molP=31gP；

    也就是说去除1kg磷，当采用铁盐时需要投加:1.5×(56/31)=2.7kgFe/kgP；

    当采用铝盐时需投加:1.5×(27/31)=1.3kgAl/kgP｡

    四、需要辅助化学除磷去除的磷量计算

    同步沉淀化学除磷系统中，想要计算出除磷药剂的投加量，关键是先求得需要辅助化学除磷去除的磷量｡对于已经运行的污水处理厂及设计中的污水处理厂其算法有所不同｡

    1、已经运行的污水处理厂PPrec=PEST-PER

    (5)式中PPrec———需要辅助化学除磷去除的磷量，mg/L；

    PEST———二沉池出水总磷实测浓度，mg/L；

    PER———污水处理厂出水允许总磷浓度，mg/L｡

    2、设计中的污水处理厂

    根据磷的物料平衡可得:PPrec=PIAT-PER-PBM-PBioP

    (6)式中PIAT———生化系统进水中总磷设计浓度，mg/L；

    PBM———通过生物合成去除的磷量，PBM=0.01CBOD，IAT，mg/L；CBOD，IAT———生化系统进水中BOD5实测浓度，mg/L；

    PBioP———通过生物过量吸附去除的磷量，mg/L｡

    PBioP值与多种因素有关，德国ATV-A131标准中推荐PBioP的取值可根据如下几种情况进行估算：

    (1)当生化系统中设有前置厌氧池时:PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT进行估算｡

    (2)当水温较低､出水中硝态氮浓度≥15mg/L，即使设有前置厌氧池，生物除磷的效果也将受到一定的影响，PBioP可按(0.005~0.01)CBOD，IAT进行估算｡

    (3)当生化系统中设有前置反硝化或多级反硝化池，但未设厌氧池时，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡

    (4)当水温较低，回流至反硝化区的内回流混合液部分回流至厌氧池时(此时为改善反硝化效果将厌氧池作为缺氧池使用)，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡

    五、计算案例

    eg1：已建污水处理厂某城镇污水处理厂规模为2万m3/d，已建成稳定运行，二沉池出水排放标准总磷PER≤1.0mg/L，运行数据表明二沉池出水实测总磷浓度PEST=2.5mg/L，欲采用液体三氯化铁(FeCl3)作为同步化学除磷药剂，其有效成分为40%(400gFeCl3/kgFeCl3溶液)，密度为1.42kg/L，求所需除磷药剂量｡

    解:按式(5)进行计算PPrec=2.5-1.0=1.5mgP/L；

    所需Fe的投加量至少为2.7×1.5×20000×10-3=81kgFe/d；

    折算成每天需要有效成分为40%的FeCl3溶液体积量为:V=81/[40%×56/(56+35.5×3)×1.42]=0.42m3FeCl3/d｡

    eg2：设计中的污水处理厂某城镇污水处理厂设计水量为4万m3/d，采用A2/O生物脱氮除磷工艺，厌氧池进水水质为:BOD5(CBOD，IAT)=200mg/L，TP(PIAT)=6mg/L，设计水温12℃，冬季运行时为保证脱氮效果，需将部分厌氧区作为缺氧区使用｡

    二沉池出水BOD5排放标准CBOD，EST≤10mg/L，出水总磷排放标准PEST≤0.5mg/L｡设计采用固体聚氯化铝(PAC)作为辅助化学除磷的药剂，其有效成分为30%(300gAl2O3/kgPAC)｡

    为同步沉淀除磷，计算该污水处理厂冬季运行时所需的除磷药剂量｡

    解：通过生物合成去除的磷为：

    PBM=0.01CBOD，IAT=0.01×200=2mgP/L；

    通过生物过量吸附去除的磷为：

PBioP≤0.005CBOD，IAT=0.005×200=1mgP/L｡

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