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总磷超标怎么办?

2021/11/23 11:37:42 来源:环保工程师 作者: 阅读数:30次

在这种负荷较高的情况下,生物除磷无法满足除磷要求,就需要采用化学除磷来辅助,此方法仅适合正磷酸盐,并可以长期使用!

 

1、什么是化学除磷?

化学除磷主要是通过化学沉析过程完成的,化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类(如磷酸盐)反应生成颗粒状、非溶解性的物质。实际上投加化学药剂后,污水中进行的不仅是沉析反应,同时还发生着化学絮凝作用,即形成的细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的絮凝体。

污水沉析反应可以简单的理解为:水中溶解状的物质,大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程,絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程,所以絮凝不是相转移过程。絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果,而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。

 

2、除磷剂的选择

为了生成非溶解性的磷酸盐化合物,用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙。许多高价金属离子药剂投加到污水中后都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物,但出于经济原因考虑,用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+盐、Fe2+盐和Al3+盐,这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。除金属盐药剂外,氢氧化钙也用作沉析药剂,反应生成不溶于水的磷酸钙。

类别

名称

分子式

状态

铝盐

硫酸铝

Al2(SO4)3·18H2O

固体

Al2(SO4)3·14H2O

液体

nAl2(SO4)3·xH2O+mFe2(SO4)3·yH2O

固体

氯化铝

Al3

液体

Al3+FeCl3

液体

聚合氯化铝

[Al2(OH)nCl6-n]m

液体

二价铁盐

硫酸亚铁

FeSO4·7H2O

固体

FeSO4

液体

三价铁盐

氯化硫酸铁

FeClSO4

液体(约40%)

氯化铁

FeCl3

液体(约40%)

熟石灰

氢氧化钙

Ca(OH)2

40%的乳液

铝盐除磷方程式:

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

Al2(SO4)3+2PO4----2AlPO4+3SO42-

pH为6.0~6.5的条件下,每1mol的磷需要加铝1.5~3.0mol。如果水显碱性,在加铝之前应先降低pH以减少Al(OH)3沉淀。

铁盐除磷方程式:

Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2

Fe3++PO43----FePO4↓  pH=5~5.5

1mol磷需要加铁(Fe3+)1.5~3mol,最佳pH为5.0。

对磷含量为5mg/L左右的二级处理水,通过投加100~200mg/L的氯化铁(FeCl3·6H2O)就可以得到90%以上的磷去除率。

金属氢氧化物会形成大块的絮凝体,这对于沉析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。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉析去除是次要的,但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程。

沉析效果是受PH值影响的,金属磷酸盐的溶解性同样也受PH的影响。对于铁盐最佳PH值范围为5.0~5.5,对于铝盐为6.0~7.0,因为在以上PH值范围内FePO4或AlPO4的溶解性最小。另外使用金属盐药剂会给污水和污泥处理还会带来益处,比如会降低污泥的污泥指数,有利于沼气脱硫等。

由于金属盐药剂的投加会使污水处理厂出水中的Cl-或SO42-离子含量增加。如果沉析药剂溶液中另外含有酸的话,则需特别加以注意。

投加金属盐药剂后相应会降低污水的碱度,这也许会对净化产生不利影响。当在同步沉析工艺中使用硫酸铁时,必须考虑对硝化反应的影响。

另外,如果污水处理厂污泥用于农业,使用金属盐药剂除磷时必须考虑铝或者铁负荷对农业的影响。

石灰除磷方程式:

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

为使磷的去除率达到90%以上,需要把pH值调到10.5~11.0以上。Ca/P的重量比为2.2:1以上。

沉析过程中,对于不溶解性的磷酸钙的形成起主要作用的不是Ca2+,而是OH-离子,因为随着pH值的提高,磷酸钙的溶解性降低,采用Ca(OH)2除磷要求的pH值为8.5以上。

但在pH值为8.5到10.5的范围内除了会产生磷酸钙沉析外,还会产生碳酸钙,这也许会导致在池壁或渠、管壁上结垢。与钙进行磷酸盐沉析的反应除了受到PH值的影响,另外还受到碳酸氢根浓度(碱度)的影响。在一定的PH值惰况下,钙的投加量是与碱度成正比的。

对于软或中硬的污水,采用钙沉析时,为了达到所要求的PH值所需要的钙量是很少的,具有强缓冲能力的污水相反则要求较大的钙投加量。

 

3、除磷剂投加点的选择

按除磷剂的投加地点不同,化学除磷可以分为:前置除磷、同步除磷和后置除磷。

前置除磷工艺的特点是除磷剂投加在沉砂池中、初沉池的进水渠(管)中、或者文丘里渠(利用涡流)中。其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要。相应产生的沉析产物(大块状的絮凝体)在初沉池中通过沉淀被分离。如果生物段采用的是生物滤池,则不允许使用铁盐药剂,以防止对填料产生危害(产生黄锈)。

前置除磷工艺由于仅在现有工艺前端增加化学除磷措施,比较适合于现有污水处理厂的改建,通过这一工艺步骤不仅可以除磷,而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的化学药剂主要是石灰和金属盐药剂。前置除磷后控制剩余磷酸盐的含量为1.5~2.5mg/L,完全能满足后续生物处理对磷的需要。

同步除磷是目前使用最广泛的化学除磷工艺,在国外约占所有化学除磷工艺的50%。其工艺是将化学药剂投加在曝气池出水或二沉池进水中,个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠(管)中。

目前已确定对于活性污泥法工艺和生物转盘工艺可采用同步化学除磷方法,但对于生物滤池工艺能否将药剂投加在二次沉淀池进水中尚值得探讨。

后置除磷是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物处理相分离的设施中进行,因此也叫二段法工艺。一般将化学药剂投加到二沉池后的一个混合池中,并在其后设置絮凝池和沉淀池(或气浮池)。

对于要求不严的受纳水体,在后置除磷工艺中可采用石灰乳液药剂,但必须对出水pH值加以控制,如可采用CO2进行中和。

采用气浮池可以比沉淀池更好地去除悬浮物和总磷,但因为需要恒定供应空气因而运行费用较高。

各种化学除磷工艺比较

工艺类型

优点

缺点

前置除磷工艺

能降低生物处理构筑物负荷,平衡负荷的波动变化,从而降低能耗;

总污泥产量增加;

与同步除磷相比,活性污泥中有机成分不会增加;

影响反硝化反应(底物分解过多);

现有污水厂易于实施改造。

对改善污泥指数不利;

同步除磷工艺

通过污泥回流可以充分利用除磷药剂;

采用同步除磷工艺会增加污泥产量;

如果将药剂投加到曝气池中,可采用价格较便宜的二价铁盐药剂;

采用酸性金属盐药剂会使pH值下降到最佳范围以下,对消化反应不利;

金属盐药剂会使活性污泥重量增加,从而可以避免污泥膨胀;

硝酸盐污泥和剩余污泥混合在一起,回收磷酸盐较为困难,此外在厌氧状态下污泥中磷会再释放;

同步除磷设施的工程量较小。

回流泵会破坏絮体,但可通过投加高分子絮凝助凝剂减轻这种危害。

后置除磷工艺

硝酸盐的沉淀与生物处理过程想分离,互不影响;

后置除磷工艺所需投资大、运行费用高,但当新建污水处理厂时,采用后置除磷工艺可以减少生物处理二沉池的尺寸。

药剂投加可以按磷负荷的变化进行控制;

产生的磷酸盐污泥可以单独排放,并可以加以利用。

 

4、除磷剂投加量的计算

在化学沉析除磷时,去除1mol(31g) P至少需要1mol(56g) Fe,或者至少需要1.8(56/31)倍的Fe,或者0.9(27/31)倍的Al。也就是说去除1g P至少需要1.8g的Fe,或者0.9g的Al。

由于在实际中,反应中并不是100%有效进行的,加之OH-会与金属离子竞争反应,生成相应的氢氧化,所以实际化学沉析药剂投加一般需要超量投加,以保证达到所需要的出水P浓度。德国在计算时,提出了投加系数β的概念,即:

β=(mol Fe,mol Al)/mol P

投加系数β是受多种因素影响的,如投加地点、混合条件等,实际投加时建议通过投加试验确定。在最佳条件下(适宜的投加、良好的混合和絮凝体的形成条件)β=1;在非最佳条件下,β=2到3或更高。过量投加药剂不仅会使药剂费增加,而且因氢氧化物的大量形成也会使污泥量大大增加,这种污泥体积大、难脱水。

德国在实际计算中,为了有效地去除磷(出水保持<1mg P/1),β值为1.5,也就是说去除1kg磷,需要投加:

1.5×(56/31)=2.7 kg Fe

或者,

1.5×(27/31)=1.3 kg Al

若用石灰作为化学沉析药剂,则不能采用这种计算方法,因为其要求投加的pH值大于8.5,而且投加量受污水碱度(缓冲能力)的影响,所以其投加量必须针对各自的污水通过试验确定。

从严格意义上讲,投加系数β值的概念只适用于后沉析,对于前沉析和同步沉析在计算时还应考虑:1、回流污泥中含有未反应的药剂;2、在初次沉淀池中和生物过程去除的磷。

 

计算举例

1:污水处理厂设计水量为10000m3/d,进水中的P浓度为14mg/L,出水P浓度要求达到1mg/L。设计采用沉析药剂三氯化铝AlCl3,其有效成分为6%(60g/kg AlCl3),密度为1.3kg/L。为同步沉析,试计算所需要的药剂量。

解:

经过初次沉淀地沉淀处理后去除的磷为2mg/L,则生物处理设施进水的P浓度为11mg/L,经过生物同化作用去除的P为1mg/L。则需经沉析去除的 :

P负荷=10000m3/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d

设计采用投加系数β值为1.5,

设计Al的投加量为:1.5×(27/31)×100=130kg Al/d

折算需要药剂量为:130×1000(g/d)/60(g/kg)=2167kg/d AlCl3

折算需要体积量为:2167(kg/d)/1.3(kg/L)=16671/d AlCl3

 

2:设计采用药剂硫酸亚铁FeSO4,有效成分为180gFe/kg FeSO4,在10℃时的饱和溶解度为400g FeSO4/L,其它设计参数同例1。

解:

设计采用投加系数β值为1.5,

设计Fe的投加量为:1.5×5631×100=270kg Fe/d

折算需要药剂量为:270×1000(g/d)/180(g/kg)=1500kg/d FeSO4

饱和溶液中的有效成分为:180(g/kg)·0.4(kg/L)=72gFe/L FeSO4

折算需要体积量为:1500·1000(g/d)/72(g/L)=20833L/d FeSO4

 


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