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化学除磷药剂详解

2019/3/5 9:56:00 来源:环保新课堂 作者: 阅读数:40次

除磷剂可以快速、高效去除污水中的磷,去除过程产生的污泥量少,易与水体分离,可应用于工业废水、污水处理厂、自来水厂、景观水体磷的去除。

所有的污水除磷方法都包含有两个必要的过程,首先将溶解性磷(磷酸盐)物质转化为不溶性悬浮(颗粒)性状态,然后通过固液分离将磷从污水中除去。

一、除磷剂的分类

除磷剂是向污水中投加化学药剂,使水中磷酸根离子生成难溶性盐,形成絮凝体后与水分离,从而去除水中所含的磷。根据化学除磷法的原理介绍,除磷剂主要分为四类:

1、铝盐化学除磷药剂

采用铝盐作为药剂添加在化学除磷工艺中,经常使用的有三种,一种是硫酸铝,一种是氯化铝,还有一种是聚合氯化铝,在具体的反应过程中,包含两个主要的反应过程,首先是三价铝离子通过与磷酸根产生反应而出现沉淀,沉淀的化合物为AlPO4 。


其次是三价铝离子能够出现水解反应,在这一过程中会有正电荷以及单核羟基络合物以及多核羟基络合物的存在,在经过范德华力以及网捕等一系列的作用以后,就能达到比较理想的沉淀效果,这样也就达到了化学除磷的要求。在运用铝盐进行化学除磷的过程中,需要重点控制 pH,这样才能达到理想的除磷效果,否则会造成所排放的水体中铝盐超标。

2、铁盐化学除磷药剂

铁盐除磷药剂主要有硫酸亚铁、聚合氯化硫酸铁、氯化铁及聚合氯化铁等。

铁盐与铝盐除磷反应机理类似,之外还会发生强烈水解并同时发生各种聚合反应吸附水中的磷。Fe2+除磷效率与pH相关,但有关 Fe2+除磷最佳PH存在争议:有人认为PH=8时,Fe2+除磷效果最好,但研究表明PH=7.5~8.5时不易生成沉淀,从而降低了除磷效率。Fe2+除磷需要较高PH值,而环境污水厂处理中PH值往往低于 7.5另外,在水中 Fe3(PO4)2 没有FePO4稳定,这些都限制了二价铁盐在废水除磷中的应用,实际过程中可利用好氧池曝气的特点将Fe2+氧化成 Fe3+来提高化学除磷效率。铁盐与磷酸盐反应形成沉淀物相对于铝盐更加稳定,而具有沉降速度快的优点,因此实际应用比较多,但是具有出水浊度与色度高、对出水PH影响大、运输和贮存麻烦、对设备腐蚀大等缺点,同时铁也是刺激藻类生长和引发湖泊水华的一个重要因素,这些缺点限制其使用范围。

3、钙系除磷药剂

向含磷污水中加入氢氧化钙,污水的pH上升,同时污水中磷与钙反应生成 Ca5(OH)(PO4)3, 反应式如下:


随着pH的升高,污水中Ca5(OH)(PO4)3的溶解度降低,为使磷的去除率达到 90%以上,需要把 H调至10.5-11范围内,在此pH范围内,污水中的磷含量可降低至0.5mg/L以下。

由于需要较高的 pH,对水体生物的正常生长有一定的影响,同时钙盐除磷药剂还会引起池壁或渠、管壁上结垢及曝气管堵塞等,因此钙盐除磷药剂在河道治理和城市环境污水处理厂中应用的比较少。

4、复合新型除磷药剂

复合新型除磷药剂种类多样,其中主要有聚氯化铝铁(PAFC)、聚氯化铝(PAC)、聚氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚亚铁、聚氯硫酸铁(PFCS)、聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)、聚合硫酸铝(PFAS)、改性硅藻土以及上述几种除磷药剂和PAM、二氧化锰等形成的混合物等。这些新型除磷药剂基本上都有良好的电荷中和与吸附架桥功能,凝聚性能良好,絮凝体生成迅速,密集度高且质量大,沉降性能优越,沉降的污泥脱水 性能好,无二次污染,适用水体 pH值范围广,具有较强的去除效果,而且药剂生产工艺简单,原料易得,生产成本低。其中 PAFC 在环境污水厂中应用的比较多,原因在于 PAFC 结合了铝盐和铁盐的双重优点,化学反应速度快、形成絮体大且重、沉降快和过滤性好等优点。

因此,PAFC既能克服铝盐絮体生成慢、絮体轻、沉降慢的不足,同时又能克服铁盐除磷的出水浑浊、色度高的缺点。改性硅藻土是最近新使用的化学除磷药剂,其组成包括硅藻土PAC和石灰等,其中的PAC和石灰可与 PO43- 反应生成 AlPO4和Ca5(PO4)3OH 等沉淀物,同时硅藻土具有吸附、混凝、过滤、共沉等作用,能充分接触并除去水中的 PO43- 。因此除磷效果较稳定,出水TP变化较小。

二、除磷剂使用方法

1、投加量的确定

除磷剂投加量的确定依据有一下几种因素:原水中磷含量的大小、原水磷含量的种类、设计出水磷含量的大小(出水含磷国家标准)和设计除磷效率(除磷剂投加之后的含磷量)。最终投加量的确定要经过小试和中试的实验确定,或是根据同类相似工程的经验值确定后进行中试验证,确保出水达到相关法规要求。

2、直接投加法

即固体或粉末状的除磷剂不经过稀释而直接投加到水体中的方法,但是这种方法的使用有一定的限制因素:第一要求所加水体的 pH 为酸性环境,第二所加的水体中有搅拌装置,否则除磷效果非常有限,因为除磷剂没有充分与水体接触,就不会充分的与磷发生相关的化学反应。因此这种方法更多的适用于污水处理厂。

3、稀释之后投加法

将固体或粉末状除磷剂经过一定的稀释比例稀释之后直接投加到目标水体中,这种方法使用的范围更广。具体操作流程如下:


有以下注意事项:

1、投加量:需经过科学计算和相关实验确定。

2、稀释过程中的搅拌:充分搅拌。

3、投加点的选择:最好在水流湍急、河道狭窄处进行稀释液的投加。

三、投加地点

1、前置除磷


前置除磷工艺的特点是化学药剂投加在沉砂池中、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。

2、同步除磷


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%。其工艺是将化学除磷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。

3、后置除磷


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。