污水處理中聚合氯化鋁的設計應用

虞祥芬　應莉雅　程榮偉

【摘? 要】污水處理中，化學除磷法應用廣泛。聚合氯化鋁（PAC）作為一種常見的化學除磷藥劑，常被用于各污水處理廠。本文對其除磷原理、用量計算進行了探討，并以溫州西片污水處理廠為例，對實際應用中，PAC 的最佳使用量進行了研究。

【關鍵詞】化學除磷;聚合氯化鋁;應用

前言

自 2015 年 4 月國務院發布實施《水污染防治行動計劃》以來，全國水環境質量得到了持續的改善，但我國水污染防治形勢依然嚴峻。排放到湖中的污水使得藻類過渡繁殖，水中含氧量迅速降低，致使魚類無法生存甚至滅絕。這是水體富營養化造成的結果，而磷確是引起水體富營養化的關鍵營養物質。污水中的磷主要來源于糞便、化肥、生活污水、工業廢水等。隨著城市的發展，含磷洗滌劑的使用、各行業廢水的排放、工業廢水的增多，給水治理帶來了不小壓力，更高效的除磷刻不容緩。

一、化學除磷

目前，城鎮污水除磷方法包括生物除磷法、化學除磷法以及生物-化學相結合的處理方法。生物除磷工藝是一種相對經濟的方式，但由于脫氮和除磷過程存在著泥齡、碳源等方面的矛盾，因此出水TP濃度比較不穩定甚至達不到國家排放標準，故當生物除磷不能滿足排放標準時常采用化學藥劑強化除磷。化學除磷主要是通過向污水中加入無機金屬鹽藥劑，使其與污水中的溶解性鹽類（如磷酸鹽）反應，生成顆粒狀、非溶解性的物質。常見的化學除磷藥劑主要是金屬鹽藥劑和氫氧化鈣。出于經濟考慮，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe鹽、Fe鹽和 Al鹽，本文以聚合氯化鋁（PAC）作為研究對象，探討其在污水處理中的使用。

二、聚合氯化鋁在污水處理中的使用

1.背景

溫州西片污水處理廠，全廠廢水處理總規模25萬m3/d。一期工程提標改造廢水處理工藝為“CAST-MBBR +磁沉淀池+纖維轉盤濾池”;二期擴建工程廢水處理工藝為“多級 A/O（改良A2/O）生物池+矩形周進周出二沉池+磁沉淀池+纖維轉盤濾池”。工程項目廢水處理外加碳源為乙酸鈉，助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC），消毒使用次氯酸鈉，污泥使用帶式濃縮脫水一體機處理，廢水處理期間全流程除臭。

2.聚合氯化鋁除磷原理

聚合氯化鋁在含磷廢水中投加后，在廢水中水解生成三價鋁金屬離子，三價鋁離子能夠與廢水中的可溶性磷酸鹽結合反應轉變成非溶解性的磷酸鹽沉淀，從而達到對廢水中磷酸根離子的去除作用，如式（1）。這是沉析的過程，而一 般除磷藥劑都具有一定的絮凝功能，所以在除磷過程中，沉析與絮凝往往是同時發生的。聚合氯化鋁的混凝作用能夠在廢水中分解后通過對磷酸根離子表面的電荷層進行壓縮，進行吸附架橋使得廢水中磷酸根與其它有機污染物迅速混凝成團，粘結成絮體沉淀。與沉析反應相競爭的反應是金屬離子與 OH的反應，如式（2），所以對于各種不同的金屬鹽產品應注意的是金屬的離子量。金屬氫 氧化物會形成大塊的絮凝體，這對于沉析產物的絮凝是有利的，同時還會吸附膠體狀的物質、細微懸浮顆粒。

AlCl+ KPO → AlPO↓ + 3KCl???????? （1）

Al + 3OH → Al（OH）↓（2）

3.聚合氯化鋁用量的計算

以溫州西片污水處理廠為例，全廠廢水處理總規模250000m3/d，進水TP濃度為 1.5mg/L，根據城鎮污水一級A排放標準，出水TP濃度應低于0.5mg/L。PAC藥劑經化驗室檢測，其 Al含量為 5.32%。PAC藥劑密度為1.12kg/ L。

在化學沉析除磷時，1mol鋁消耗1mol磷，也就是說去除1g 的磷需 0.87g 的鋁。而實際中，反應并不是 100%進行的，如金屬離子與 OH會發生競爭反應生成氫氧化物，所以實際投加藥量時需要超量投加，以保證出水濃度達標。

德國在計算時，提出了投加系數β的概念，投加系數受多種因素影響，在最佳條件下，β=1;在非最佳條件下，β=2到3或更高，實際投加時通過投加試驗確定。

P負荷=250000m/d×（0.0015-0.0005）kg/m=250kg/d 投加系數β以2.5為例

所需Al的投加量為：2.5×（27/31）×250 kg/d=543.75kg/d

折算PAC投加量：543.75 kg/d÷5.32%≈10220kg/d

折算PAC體積：10220kg/d÷1.12kg/L=9125L/d

4.實際使用中聚合氯化鋁的最佳用量

根據污水處理廠實際情況，做以下小試實驗。取1mLPAC 試劑于100mL容量瓶中進行稀釋。取6個 500mL的燒杯，分別加入500mL進水，并測進水TP。在各個燒杯中加入40mg磁粉及0.15%濃度的PAM0.3mL。通過計算，算出不同投加系數下，所應投加的PAC稀釋液體積。在各燒杯中加入相應稀釋液并攪拌，沉降后分別取上清液測出水TP。具體數值如表1所示

由表1可看出，當投加系數β=5時，出水總磷基本達到一級 A 出水標準，出水濃度為0.5mg/L。由于該廠除磷工藝為生物除磷與化學除磷相結合，進水在生物除磷過程中，聚磷微生物在厭氧條件下釋磷，好氧條件下吸磷，再由污

泥排出的過程后，已達到部分除磷的效果。故PAC的投加系數β=5 時，可以穩定達到出水要求。相應的PAC加藥量約為21t/d。

三、總結

PAC 對總磷的去除有顯著的效果，該污水處理廠投加系數為5時，可以達到所需出水標準，所用PAC 投加量為21t/d。由于總磷的去除率受相應的進水影響，當進水總磷濃度過高時，可以此小試實驗為基礎適當調整投加系數，以達到出水排放標準。

參考文獻：

[1]謝芳.城鎮污水處理廠化學除磷研究[J].城市建設理論研究（電子版）.

（作者單位：溫州市創源水務有限公司）