2023

除磷药剂的正确投加方式

作者：

环保水圈

引言：“国内污水厂的化学除磷工艺普遍采用定量或者过量投药的方式，长期运行不仅造成了药剂浪费、还导致了化学污泥产量增加和运行成本增高等问题。”

化学除磷工艺过程中磷的去除效率与化学药剂的种类、药剂投加量、药剂投加位置、pH值、污泥浓度和温度等多种因素相关。

其中，药剂的种类、药剂投加量和投加位置及pH值对化学除磷效率的影响作用最为显著。

目前，污水厂运行过程中对药剂种类的选择和药剂投加量的确定，主要是从经济性和是否对处理系统或构筑物造成危害等因素进行考虑，而除磷药剂投加位置的选择则多是根据污水处理厂的构筑物及相关设施的实际情况进行确定。

除磷药剂的效果比较

一般来说，污水处理厂实际生产应用除磷药剂的选择，主要考虑以下几个方面的因素：

1）铝盐投加

可用于污水化学除磷的铝盐包括硫酸铝和铝酸钠等。

硫酸铝具有价格上的优势，因而较为常用，但投加硫酸铝会消耗污水中的碱度，有可能对后续的生物处理系统产生不利的影响。

市场上可见到的硫酸铝产品一般包括粉状和液态两种，具体采用哪种取决于运输费用和管理状况的好坏。

铝酸钠不像硫酸铝那么常用，但非常适用于低碱度污水的处理，可提高污水的碱度和pH值。

2）铁盐投加

常用于污水化学除磷的铁盐包括三氯化铁、氯化亚铁和硫酸亚铁三种。它们都是可以在市场上大批量购买的化工产品。

值得一提的是，钢铁工业的酸洗废液也是重要的氯化亚铁和硫酸亚铁来源，只要来源稳定、纯度满足要求，就可以通过以废治废，大幅度降低除磷费用。

硫酸亚铁粉剂相对稳定，但在高湿度环境或受潮的情况下，硫酸亚铁具有腐蚀性。为了取得最大除磷效果，酸洗废液中的亚铁必须氧化成高铁，因此在投加到初沉池之前，常常需要加氯液氧化。

当然，如果没有可靠的酸洗废液来源，也可以采用氯化铁。

3）石灰投加

石灰法除磷系统主要用于要求出水磷浓度在0.1mg/L左右的情形。

石灰法除磷一般在初沉池或二级处理之后的三级处理中应用，其实际上是水的软化过程，所需要的石灰投加量仅与污水的碱度有关、与污水的含磷量无关。

石灰法的产泥量很大，且该工艺与其它常规除磷工艺相比缺乏经济性，投药设施投资和运行维护费用高。

除磷药剂投加系数的确定

在了解除磷药剂投加系数之前，我们首先需要明白为什么要引入了投加系数的概念？

实践表明，污水处理厂每次采购的化学除磷药剂并不完全相同，即使相同品牌的药剂，其生产过程也很难控制不变。

不同批次的化学除磷药剂除磷效率不同，主要是由于药剂生产过程中产生的水合三氧化物的形成时间长短有所不同。

有研究指出，使用新投加到污水中的铁盐或铝盐进行化学除磷比用提前制备好的铁盐和铝盐溶液除磷效率可高达5倍以上。

此外，化学除磷过程产生的沉淀物中金属元素和磷元素的化学计量比也并不是理论上简单的1:1的关系，而是与多种因素相关，比如污水中磷元素的含量、化学药剂的投加量、氢氧化物沉淀的形成时间、搅拌强度和时间等等。

因此，在投加每批次化学除磷药剂之前，均需采取小试试验确定投加系数β值。

β=【mol[Fe],[Al]】/mol[P]

将其作为对药剂投加量的计量标准，以此对不同除磷药剂作用效果及同一药剂不同投加量的作用效果进行比较分析。

投加系数的表达方式通常有多种，目前常用的三种表达方式分别是：

1）金属元素的投加量与进水中磷元素的摩尔比，被叫做进水投加系数比（β1=Medose/Pinf）；

2）再沉淀物中金属元素与吸附的磷元素的摩尔比，被叫做沉淀物投加系数比（β2=Medose/Pprec）；

3）实际投加的金属元素与去除掉的磷元素的摩尔比，被叫做实际投加系数比（β3=Medose/Prem）。

需要特别说明的是，在良好的混合状态及足够长的吸附时间的情况下，实际投加系数β3与沉淀投加系数β2相等。

因为在良好的处理条件下，投加到污水中的金属元素几乎全部转换为沉淀物中的金属元素，并对磷酸盐进行去除。

除磷药剂投药点的比较

化学除磷工艺按照化学药剂投加位置的不同可以分为前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三种工艺类型。

1）前置沉淀

前置沉淀工艺的除磷药剂一般投加在沉砂池或初沉池进水口。

前置沉淀大多都需要设置产生涡流的装置或者提供能量满足混合的需要。产生的沉淀产物则会在初沉池当中通过沉淀而被分离出去。如果生物处理单元采用的是生物滤池，则不能采用铁盐作为除磷药剂，防止对铁盐填料产生危害。

前置沉淀工艺特别适合于现有污水处理厂的升级改造，因为通过这一工艺不仅可以去除磷，还可以明显提高BOD5和SS的去除率，从而能够降低后续生物处理的负荷。

优点：可以降低生物处理设施的负荷，有助于降低能耗；利于已建污水处理厂的改造。

缺点：污泥产量大；可能会对后续的反硝化反应造成不利影响；对污泥指数的改善不利。

2）同步沉淀

同步沉淀工艺是目前使用最为广泛的一种化学除磷工艺，国外约50%的化学除磷工艺采用同步沉淀。

同步沉淀工艺一般将除磷药剂投加到曝气池出水或者二次沉淀池的进水口，也有将药剂投加到曝气池的进水或回流污泥当中的。

同步沉淀工艺中经常用的除磷药剂是铁盐和铝盐，在曝气池中可以采用价格便宜的硫酸亚铁做除磷药剂；目前钙盐一般不被采用，这是因为采用钙盐除磷需要的pH值太高（通常在10以上），会显著抑制或者破坏微生物的活性。

优点：可充分利用药剂；有助于改善污泥的沉降性能，避免污泥膨胀；工程量小。

缺点：污泥产量大；磷酸盐污泥与生物剩余污泥混合在一起，不利于磷酸盐的回收；回流泵有可能会将絮凝体搅坏。

3）后置沉淀

后置沉淀工艺是将化学沉淀、絮凝作用及被絮凝物质的分离与生物处理相分离的一种工艺。

一般都将除磷药剂投加在二沉池后的混合池中，并在后续设置沉淀池和絮凝池（或气浮池）。

优点：磷酸盐的沉淀是和生物净化过程分离开，互不影响；药剂投加可以按照磷负荷变化进行控制；磷酸盐污泥可单独排放，利于回收。

缺点：需要额外的构筑物，投资大、运行费用高。

综上所述，在污水处理厂的实际运行中，化学除磷药剂的投加位置，需要从药剂对污水厂整个流程的影响来综合考虑。

在初沉池进水口或者厌氧区末端投加除磷药剂时，因磷酸盐沉淀絮体会吸附和絮凝污水中的含碳含氮有机物，加强对有机物和胶体物质的吸附过程。

以生活污水为主的城市污水处理厂，生物脱氮时常常存在碳源不足的问题，因此前端投药后，有可能影响反硝化和厌氧释磷的效果。

此外，由于各种反应的发生，使得过量投加的铝盐或铁盐，在初沉池中被截留排除，不能重复利用。

最后，在初沉池进水和厌氧区末端投加除磷药剂是化学除磷在先而生物除磷在后，这就要求投加除磷药剂的量应随进水水质、水量的变化及时精确的进行控制，否则投量过多则会因水中残留的磷量不足而影响生化反应中的细胞合成，投量不足则直接导致出水残留磷浓度超标。

除磷药剂对pH的影响

pH值的变化对于除磷过程是一个重要的考察因素之一，化学除磷工艺的反应过程和除磷效率的高低在很大程度上受到pH值的影响。

由于污水pH值对其沉淀作用效果影响很大，在化学除磷工艺中所形成的磷酸盐的离子形态与废水的pH值密切相关。

在适宜的pH条件下，几乎所有投加的金属元素可以形成沉淀，参与到化学除磷过程中，在碱性pH条件下（pH=7~10），金属氢氧化物的表面存在更多的负电荷，形成负离子。

随着pH的升高，化学除磷效率逐渐降低。当pH>10时，PO43--P与Ca2+、Mg2+等产生沉淀，不投加化学除磷药剂时，磷酸盐浓度也有可能降低。

有研究表明，pH处于5.5~7.0之间时，化学除磷的效率最高，pH值在此范围内变化时，不会对化学除磷效率产生太大的影响。

但也有学者指出，pH值在5.0~8.0之间发生变化时，pH值的变化在很大程度上会影响到化学除磷过程中吸附和再沉淀过程的发生，不管是铁盐还是铝盐结果均如此。

来源：网络

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