化學(xué)除磷工藝研究

趙天賜

摘 要： 大量含磷生活污水、工業(yè)廢水進(jìn)入江河湖泊中，增加水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷，引起水體中藻類與水生植物的異常，導(dǎo)致水體地富營(yíng)養(yǎng)化。主要湖泊中處于氮磷污染導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的占統(tǒng)計(jì)湖泊的52%以上。富營(yíng)養(yǎng)化地主要危害是：引起水體含氧量地急劇下降，導(dǎo)致水生的生物因缺氧死亡；惡化水源水質(zhì)，不僅增加水處理的難處；還降低水體的價(jià)值。過量的磷不僅會(huì)嚴(yán)重地危害海洋環(huán)境，甚至能夠引起赤潮。2002我國(guó)因赤潮帶來的經(jīng)濟(jì)損失甚至達(dá)到了150億元。廢水中的磷大部分來源于洗滌液、糞水和工業(yè)廢水，其形態(tài)有三種鹽；正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷，而正磷酸鹽和聚磷酸鹽占了大部分。世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于除磷的研究和生產(chǎn)應(yīng)用已有很多年的歷史，我國(guó)這方面的研究始于20世紀(jì)70年代初。化學(xué)除磷是抑制水體富營(yíng)養(yǎng)化和從廢水中回收磷資源的有效手段。本文闡述了鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽3種常見化學(xué)除磷藥劑的除磷機(jī)理，以及化學(xué)輔助除磷工藝。

關(guān)鍵詞：化學(xué)除磷 除磷藥劑 化學(xué)輔助除磷工藝

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）03-0277-01

一、化學(xué)除磷機(jī)理

化學(xué)除磷是通過化學(xué)沉析過程中形成磷酸鹽沉淀完成的，是自然界磷酸鹽沉析的人為強(qiáng)化，自然界的磷大部分來源于磷酸鹽巖石、鳥糞石和動(dòng)物化石，經(jīng)過天然侵蝕或人工開采的方式，以磷酸鹽的形式進(jìn)入水或土壤中，由此構(gòu)成了磷酸鹽地沉析。而化學(xué)除磷的方法是通過化學(xué)除磷及投入廢水中進(jìn)行一系列的分解凝取沉析的過程從而達(dá)到除磷的目的，所以能夠用于除磷的金屬藥劑大部分為鋁鹽，鐵鹽與鈣鹽。

1.鐵鹽除磷機(jī)理

化學(xué)除磷過程中鐵離子不僅可以生成磷酸鹽沉淀也可以生成金屬氫氧化物沉淀，反應(yīng)方程式如下所示

主反應(yīng)FeCl3+PO43-→FePO4↓+3Cl-

副反應(yīng)2FeCl3+3Ca（HCO3）2—→2Fe（OH）3↓+3CaCl2+6CO2

2.鋁鹽除磷機(jī)理

化學(xué)除磷過程中鋁離子不僅可以生成磷酸鹽沉淀也可以生成金屬氫氧化物的沉淀物，反應(yīng)方程式如下所示。主反應(yīng) Al2（SO4）3·14H2O+2PO43-—→2AlPO4↓+3SO42-+14H2O 副反應(yīng) Al2（SO4）3·14H2O+6HCO3- —→2Al（OH）3 ↓ +3SO42-+6CO2+14H2O 3-特別是正磷酸鹽地去除過程中，氫氧化鋁的吸附起這很重要的作用。通過研究表明，磷的吸附與去除大部分是一種特殊作用力下地絡(luò)合反應(yīng)的結(jié)果。

3.石灰除磷機(jī)理

石灰除磷反應(yīng)式。主反應(yīng)在石灰除磷中占領(lǐng)主導(dǎo)地位，它決定廢水軟化和脫堿時(shí)所消耗的石灰量，同時(shí)，主反應(yīng)生成碳酸鈣也可作為增重劑，有利于副反應(yīng)生成的磷酸鹽沉淀。主反應(yīng)Ca（OH）2+HCO3- —→CaCO3↓+OH-+ H2O 副反應(yīng)5Ca2++3PO43-+OH-—→Ca5（OH）（PO4）3↓ 。而Ca（OH）2 作為混凝劑還有良好的凝聚吸附作用。在磷酸鹽沉淀形成地過程中，起主要作用的不是Ca2+，而是OH-，因?yàn)殡S著pH值地提高，Ca5（OH）（PO4）3 的溶解度降低。實(shí)驗(yàn)也可以通過提高溶液中離子濃度、升高pH 值或溫度等等方式提高溶液的過飽和度以實(shí)磷酸鈣鹽的沉淀。

二、化學(xué)輔助生物除磷工藝特點(diǎn)

根據(jù)化學(xué)除磷試劑投點(diǎn)生物除磷的反應(yīng)原理的先后順序，可以將化學(xué)輔助生物去磷的工藝分為后置化學(xué)輔助除磷工藝和協(xié)同化學(xué)輔助除磷工藝與前置化學(xué)輔助除磷工藝。

1.前置化學(xué)輔助除磷工藝

將前置化學(xué)輔助除磷工藝的投藥點(diǎn)設(shè)在生物的反應(yīng)前，污水廠前置除磷過程中，除磷藥劑投放在沉砂池中所產(chǎn)生的沉淀物在沉砂池中去除。副反應(yīng)所生成的絮體不僅可以吸附和絮凝污水中含碳、含氮有機(jī)物，素體對(duì)二者的去除起到一定的促進(jìn)作用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，在穩(wěn)定運(yùn)行的情行下，磷的去除率可達(dá)到85%以上。

2.協(xié)同化學(xué)輔助除磷工藝

將協(xié)同化學(xué)輔助除磷工藝投藥點(diǎn)置于在生物反應(yīng)中，將除磷藥投放于曝氣池的中間，所產(chǎn)生的沉淀物也通過二沉池去除。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)器水力負(fù)荷為1.20m3/（m2·h），進(jìn)水總磷（TP）為0.11～0.15 kg/（m3·d）時(shí)，投加鋁鹽后TP 去除率可提高至 71.0%～82.0%。實(shí)驗(yàn)表明，降低出水TP 含量的有效方法是利用硫酸鋁溶液進(jìn)行協(xié)同沉淀，在進(jìn)水TP 濃度為2.22mg/L 的情況下，TP 的去除率為82.4%。通過用PO43--P 與Al3+物質(zhì)的量之比為1∶3.9的鋁鹽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到除磷率為43.0%。

3.后置化學(xué)輔助除磷工藝

將后置化學(xué)輔助除磷工藝的投藥點(diǎn)置于生物反應(yīng)之后，通過在生物反應(yīng)后投加的除磷試劑，這樣可以大幅度避免除磷藥劑對(duì)活性污泥的影響。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)A2/O 池末端投加Al3+濃度為3.1%的液態(tài)硫酸鋁，使經(jīng)二沉池的TP 降至0.74 mg/L 左右，然后在通過過濾池的過濾作用，使出水達(dá)到一級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)排放。

a.化學(xué)輔助除磷的過程中所發(fā)生的生物化學(xué)協(xié)同作用；化學(xué)絮凝劑對(duì)活性生物絮體除磷的作用不僅有正面影響也有負(fù)面影響。投藥量/總磷初始量不宜超過90.投藥量/總磷初始量<22時(shí)投藥量/總磷初始量和總磷去除率間成線性關(guān)系，總磷的去除率最高達(dá)到73.23%。

b.化學(xué)絮凝劑地投加使得活性混合液電導(dǎo)率由37.22ms/m增加到了45.2ms/m，顆粒的表面電位由-12.5mv降低到-8.1mv，對(duì)膠體脫穩(wěn)沉淀與電性中和作用的發(fā)揮有好處.化學(xué)絮凝劑對(duì)活性沉降性的影響不怎么明顯。

c.活性污泥生物絮體和化學(xué)絮凝劑表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使得絮體孔隙明顯的減少了，絮體更加的密實(shí)；投藥分量超過9mg時(shí)，蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了，而核酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了，增強(qiáng)了生物絮體的橋聯(lián)作用。

三、結(jié)語

化學(xué)除磷主要是通過化學(xué)沉析過程完成的，化學(xué)的沉析是指向污水中投加污水中溶解性的鹽類，無機(jī)金屬鹽藥劑反應(yīng)生成顆粒狀的和非溶解性地物質(zhì)。而實(shí)際上投加藥劑，在污水中進(jìn)行的不僅僅是沉析反應(yīng)，還發(fā)生著化學(xué)絮凝作用，通過固—液分離，得到凈化的污水和固一液濃縮物（化學(xué)污泥），達(dá)到化學(xué)除磷的目地。本文說明了鐵鹽、鋁鹽和石灰除磷三種十分常見化學(xué)除磷方式，說明了后置化學(xué)輔助除磷、協(xié)同化學(xué)輔助除磷和前置化學(xué)輔助除磷工藝3種化學(xué)輔助生物除磷工藝的特點(diǎn)，闡明了磷資源回收是化學(xué)除磷的新發(fā)展方向。