□文/申素芳 魏 彬

污水處理廠化學(xué)除磷加藥量確定方法的研究

□文/申素芳 魏 彬

由于國(guó)家對(duì)污水處理廠出水總磷標(biāo)準(zhǔn)的提高，加藥除磷已經(jīng)成為高標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠必備的處理工藝，通過(guò)精細(xì)化控制合理控制加藥量在保證總磷達(dá)標(biāo)的同時(shí)適當(dāng)降低加藥量對(duì)于降低污水處理廠的運(yùn)行成本具有非常重要的意義。文章研究了對(duì)于特定污水處理廠水質(zhì)條件下的加藥量和除磷量數(shù)值關(guān)系的確定方法并給出了應(yīng)用實(shí)例，方便污水處理廠在運(yùn)行管理中確定加藥除磷的最佳投藥量。

化學(xué)除磷；污水處理；加藥量

1 研究背景

隨著國(guó)家對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越高，對(duì)于加強(qiáng)總氮、總磷的去除量要求也逐漸提高，目前總氮的達(dá)標(biāo)主要依靠生物法投加碳源，總磷的達(dá)標(biāo)則在依靠生物法的同時(shí)需要輔助以化學(xué)除磷，由于出水總磷標(biāo)準(zhǔn)的提高，除磷加藥成本占污水處理廠運(yùn)行成本的比例也在不斷提高，如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的加藥除磷是污水處理廠面臨的實(shí)際問題，也是業(yè)界研究的熱點(diǎn)。目前研究較多的加藥除磷方法主要包括鈣鹽除磷、鐵鹽除磷和鋁鹽除磷，這3種類型除磷藥劑的主要反應(yīng)原理都是金屬離子和磷酸根反應(yīng)生成難溶性的磷酸鹽沉淀。

1.1 鈣鹽除磷

污水加石灰除磷時(shí)，主要有以下反應(yīng)

高堿度廢水要求投加大量石灰將pH調(diào)節(jié)至10～11，在此氫離子濃度下，磷的沉淀是有效的。只有在堿度非常低的廢水中，所用的石灰才主要消耗在磷沉淀反應(yīng)中。因此，鈣鹽除磷所要求的pH值較高，而一般的城市污水處理廠處理過(guò)程中水的pH值一般都在6～9，投加藥劑調(diào)節(jié)pH，在處理后進(jìn)行排放時(shí)還要將pH值調(diào)回6～9，將導(dǎo)致處理成本大幅度提高，顯然，鈣鹽除磷在一般情況下不可行。

1.2 鐵鹽和鋁鹽除磷

鐵鹽與鋁鹽經(jīng)常作為除磷沉淀劑，就沉淀而言，其行為特點(diǎn)是一樣的，因此在下面的討論中可以表示為Me3+。在反應(yīng)過(guò)程中這些金屬離子既可以生成磷酸鹽沉淀也可以生成金屬氫氧化物沉淀，相應(yīng)的反應(yīng)方程式如下

主反應(yīng)Me3++H2PO4-→MePO4↓+2H+

副反應(yīng)Me3++H2PO4-→Me（OH）3↓

反應(yīng)過(guò)程中OH-主要來(lái)源于污水中游離OH-以及CO32-或HCO3-形式存在的堿度，相應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程可用下式表示

而在pH近于中性的情況下，堿度主要以HCO3-形式存在，所以金屬氫氧化物沉淀生成過(guò)程可用下式表示

就磷酸鐵和磷酸鋁而言，其最小溶解度對(duì)應(yīng)的pH值范圍分別為5～5.5和6～7，如果低于這一pH值則磷酸鐵和磷酸鋁沉淀會(huì)再次溶解于水中，導(dǎo)致水中的磷濃度升高，不利于磷的去除。因此，鐵鹽和鋁鹽除磷時(shí)應(yīng)控制污水的堿度，既不宜過(guò)高也不宜過(guò)低。

根據(jù)除磷反應(yīng)的原理，在不考慮金屬氫氧化物沉淀的情況下，金屬離子和磷酸根的物質(zhì)的量之比為1∶1，如果適當(dāng)調(diào)節(jié)污水的pH，實(shí)際能獲得與此理論關(guān)系相近的結(jié)果。在實(shí)踐中，在不便進(jìn)行過(guò)濾和調(diào)節(jié)pH值的場(chǎng)合，必須投加過(guò)量金屬鹽，以利于除磷。

2 除磷加藥量的確定方法

2.1 加藥量確定方法

對(duì)已經(jīng)建成的水廠而言，pH值、溫度、攪拌強(qiáng)度及沉淀時(shí)間等參數(shù)不便進(jìn)行調(diào)控，對(duì)除磷效果影響最大，最方便調(diào)整的參數(shù)為投藥量。一般污水處理廠出水pH處于中性，因此鋁鹽實(shí)際上是應(yīng)用最廣泛的除磷藥劑，下面以鋁鹽絮凝劑中的硫酸鋁和聚合氯化鋁（PAC）為例，討論對(duì)于特定污水處理廠確定除磷加藥量的方法。

由于除磷加藥過(guò)程是金屬離子與磷酸根離子發(fā)生沉淀反應(yīng)的過(guò)程，若不考慮懸浮態(tài)磷，加藥量與除磷量應(yīng)線性相關(guān)，懸浮態(tài)磷的去除主要靠絮凝反應(yīng)沉淀來(lái)完成，對(duì)于污水處理廠的出水，一般懸浮物較低，不足10 mg/L，懸浮態(tài)磷對(duì)于總磷的貢獻(xiàn)較低，因此可以通過(guò)繪制加藥量-除磷量關(guān)系曲線來(lái)獲得不同除磷量需求下的加藥量。

1）稱取10 g除磷藥劑溶于1 000 mL水中，配制濃度為10 000 mg/L的母液。

2）取10個(gè)水樣各1 000 mL，編號(hào)水樣1，水樣2……水樣10。在水樣中加入母液，加藥量分別為0、1、3、5、7、10、15、20、30、50 mg/L。

3）對(duì)每個(gè)水樣加藥后立即進(jìn)行攪拌，首先以400 r/min的速度快速攪拌1 min，再以50 r/min的速度慢速攪拌5 min，攪拌后分別沉淀1 h，取上清液測(cè)定TP含量分別為c1、c2……c10。

4）2～10號(hào)試樣中對(duì)磷的去除量分別為c1-c2；c1-c3……c1-c10。

5）根據(jù)加藥量及TP的去除量繪制加藥量和TP去除量的關(guān)系曲線，根據(jù)加藥除磷的原理，曲線方程近似為y=Kx+B。

6）根據(jù)除磷關(guān)系曲線，得出TP達(dá)標(biāo)排放所需的單位體積加藥量。生產(chǎn)性試驗(yàn)可以此加藥量為參考，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整加藥量。

7）連續(xù)多次測(cè)定除磷關(guān)系曲線，充分掌握加藥量與TP去除量關(guān)系的規(guī)律，最終得到所需的藥劑用量。

8）對(duì)多種除磷藥劑的除磷關(guān)系曲線進(jìn)行比較，可以得到最適合本廠的藥劑類型。

2.2 某污水廠試驗(yàn)實(shí)例

對(duì)于某污水處理廠的出水，采用硫酸鋁和PAC兩種藥劑按照上述方法分別測(cè)得關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 PAC、硫酸鋁投加量和TP去除量關(guān)系曲線

根據(jù)加藥除磷的原理，磷酸根與金屬離子反應(yīng)產(chǎn)生不溶性的沉淀物，從而達(dá)到除磷的目的。因此TP的去除量與金屬離子的投加量近似呈正比。根據(jù)小試試驗(yàn)結(jié)果

PAC除磷效率曲線y=0.016 4x+0.168 6，R2=0.917 4

硫酸鋁除磷效率曲線y=0.0252x+0.1448，R2=0.973 3

對(duì)懸浮態(tài)的磷的去除量與藥劑的絮凝性能成正比，PAC的絮凝性能與投加量的關(guān)系接近于正弦曲線，小試曲線中有一定的體現(xiàn)，但是絮凝除磷作用相對(duì)較弱，可不作考慮。

3 結(jié)論與建議

對(duì)于特定污水處理廠的出水加藥除磷，可以采用繪制線性曲線的方法獲得加藥量-除磷量的關(guān)系公式，從而確定何種藥劑除磷效率更高，投藥成本更低，獲得合理的針對(duì)性加藥量。如果輔助高效的總磷在線儀表和自動(dòng)控制程序也可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

[1]邱 維，張 智.城市污水化學(xué)除磷的探討[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2002，24（2）：81-84.

[2]吳 燕，安樹林.廢水除磷方法的現(xiàn)狀與展望[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，20（1）：20-21.

[3]侯紅娟，周 琪.城市污水除磷技術(shù)發(fā)展[J].四川環(huán)境，2004，23（6）：41-45.

□魏 彬/天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司。

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1008-3197（2015）06-60-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.021

2015-10-08

申素芳/女，1981年出生，工程師，碩士，江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，從事給排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)。