化学除磷的设计计算_唐建国

化学除磷的设计计算唐建国林洁梅提要主要介绍了化学除磷的基本原理、采用的化学药剂类型、工艺形式、投药量的计算等。关键词化学除磷沉析设计计算0前言在静止的或流动缓慢的水体中,如果磷的浓度过高,会造成水体的富营养化,其危害是众所周知的,因而在污水处理中进行除磷是必要的。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定,城市污水处理厂磷酸盐(以P计)一级排放标准为0.5mg/L。磷的去除有化学除磷和生物除磷两种工艺,生物除磷是一种相对经济的除磷方法,但由于生物除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/L出水标准的要求,所以要达到稳定的出水标准,常需要采取化学除磷措施来满足要求。本文主要介绍化学除磷的基本原理、主要工艺形式和药剂投加量的计算方法。1污水中的磷负荷欧洲一些国家曾对生活污水中的总磷做过多次调查,主要结果见表1。表1国外生活污水中总磷的含量来源1975年调查1985年调查1989年调查人类食物(通过人体排泄)1.91.91.9洗涤剂<1.63.01.1合计<3.54.93.0注:表中数据单位为g/(L·d)。由人类食物产生的磷是不变的,且国内外目前普遍开始采用无磷洗涤剂,所以由洗涤剂产生的磷近几年降低了许多。城市污水中的磷浓度在我国主要取决于工业废水中的磷含量。我国生活污水磷的浓度一般为5～10mg/L。其中大部分是无机化合磷,并是溶解状的,这一部分主要由来自洗涤剂的正磷酸盐和稠环磷酸盐组成。总磷中的一小部分是有机化合磷,以溶解和非溶解状态存在。稠环磷酸盐(如P3O5-10)和有机化合磷(核酸)一般在污水管网中和污水处理中就已经转化为正磷酸盐(PO3-4)。2化学除磷基础化学除磷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,如磷酸盐混合后,形成颗粒状、非溶解性的物质,这一过程涉及的是所谓的相转移过程,反应方程举例如式(1)。实际上投加化学药剂后,污水中进行的不仅仅是沉析反应,同时还进行着化学絮凝作用。FeCl3+K3PO4FePO4↑+3KCl(1)污水沉析反应可以简单地理解为: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。在污水净化工艺中,絮凝和沉析都是极为重要的。如果利用沉析工艺实现相的转换,当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后,一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐,同时也会产生非溶解性的氢氧化物(取决于pH值);另一方面,随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物,使稳定的胶体脱稳,通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固-液分离步骤,得到净化的污水和固-液浓缩物(化学污泥),达到化学除磷的目的。3化学除磷药剂的类型根据化学沉析反应的基础,为了生成磷酸盐化合物,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。出于经济原因,用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+盐、Al3+盐和Fe2+盐。这些药剂是给水排水Vol.26No.9200017DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2000.09.007以溶液和悬浮液状态使用的。Fe2+盐在实际应用中为了能被氧化常投加到曝气沉砂池或采用同步沉析工艺投加到曝气池中,其效果同使用Fe3+盐一样,反应式如式(2)、式(3)。Al3++PO3-4AlPO4↑pH6～7(2)Fe3++PO3-4FePO4↑pH5～5.5(3)与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应,反应式如式(4)和式(5)。Al3++3OH-Al(OH)3↑(4)Fe3++3OH-Fe(OH)3↑(5)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,而在分离时,有机性胶体以及悬浮物的凝结则是决定性的过程。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还会给污水和污泥处理带来益处,比如会降低污泥的污泥指数,有利于沼气脱硫等。另外,如果污水处理厂的污泥用于农业,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。除了金属盐药剂外,氢氧化钙也用作沉析药剂。在沉析过程中,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。磷酸钙的