污水處理廠化學除磷加藥量確定方法的研究

□文/申素芳 魏 彬

污水處理廠化學除磷加藥量確定方法的研究

□文/申素芳 魏 彬

由于國家對污水處理廠出水總磷標準的提高，加藥除磷已經成為高標準污水處理廠必備的處理工藝，通過精細化控制合理控制加藥量在保證總磷達標的同時適當降低加藥量對于降低污水處理廠的運行成本具有非常重要的意義。文章研究了對于特定污水處理廠水質條件下的加藥量和除磷量數值關系的確定方法并給出了應用實例，方便污水處理廠在運行管理中確定加藥除磷的最佳投藥量。

化學除磷；污水處理；加藥量

1 研究背景

隨著國家對污水處理廠出水水質標準要求越來越高，對于加強總氮、總磷的去除量要求也逐漸提高，目前總氮的達標主要依靠生物法投加碳源，總磷的達標則在依靠生物法的同時需要輔助以化學除磷，由于出水總磷標準的提高，除磷加藥成本占污水處理廠運行成本的比例也在不斷提高，如何實現經濟高效的加藥除磷是污水處理廠面臨的實際問題，也是業界研究的熱點。目前研究較多的加藥除磷方法主要包括鈣鹽除磷、鐵鹽除磷和鋁鹽除磷，這3種類型除磷藥劑的主要反應原理都是金屬離子和磷酸根反應生成難溶性的磷酸鹽沉淀。

1.1 鈣鹽除磷

污水加石灰除磷時，主要有以下反應

高堿度廢水要求投加大量石灰將pH調節至10～11，在此氫離子濃度下，磷的沉淀是有效的。只有在堿度非常低的廢水中，所用的石灰才主要消耗在磷沉淀反應中。因此，鈣鹽除磷所要求的pH值較高，而一般的城市污水處理廠處理過程中水的pH值一般都在6～9，投加藥劑調節pH，在處理后進行排放時還要將pH值調回6～9，將導致處理成本大幅度提高，顯然，鈣鹽除磷在一般情況下不可行。

1.2 鐵鹽和鋁鹽除磷

鐵鹽與鋁鹽經常作為除磷沉淀劑，就沉淀而言，其行為特點是一樣的，因此在下面的討論中可以表示為Me3+。在反應過程中這些金屬離子既可以生成磷酸鹽沉淀也可以生成金屬氫氧化物沉淀，相應的反應方程式如下

主反應Me3++H2PO4-→MePO4↓+2H+

副反應Me3++H2PO4-→Me（OH）3↓

反應過程中OH-主要來源于污水中游離OH-以及CO32-或HCO3-形式存在的堿度，相應的反應過程可用下式表示

而在pH近于中性的情況下，堿度主要以HCO3-形式存在，所以金屬氫氧化物沉淀生成過程可用下式表示

就磷酸鐵和磷酸鋁而言，其最小溶解度對應的pH值范圍分別為5～5.5和6～7，如果低于這一pH值則磷酸鐵和磷酸鋁沉淀會再次溶解于水中，導致水中的磷濃度升高，不利于磷的去除。因此，鐵鹽和鋁鹽除磷時應控制污水的堿度，既不宜過高也不宜過低。

根據除磷反應的原理，在不考慮金屬氫氧化物沉淀的情況下，金屬離子和磷酸根的物質的量之比為1∶1，如果適當調節污水的pH，實際能獲得與此理論關系相近的結果。在實踐中，在不便進行過濾和調節pH值的場合，必須投加過量金屬鹽，以利于除磷。

2 除磷加藥量的確定方法

2.1 加藥量確定方法

對已經建成的水廠而言，pH值、溫度、攪拌強度及沉淀時間等參數不便進行調控，對除磷效果影響最大，最方便調整的參數為投藥量。一般污水處理廠出水pH處于中性，因此鋁鹽實際上是應用最廣泛的除磷藥劑，下面以鋁鹽絮凝劑中的硫酸鋁和聚合氯化鋁（PAC）為例，討論對于特定污水處理廠確定除磷加藥量的方法。

由于除磷加藥過程是金屬離子與磷酸根離子發生沉淀反應的過程，若不考慮懸浮態磷，加藥量與除磷量應線性相關，懸浮態磷的去除主要靠絮凝反應沉淀來完成，對于污水處理廠的出水，一般懸浮物較低，不足10 mg/L，懸浮態磷對于總磷的貢獻較低，因此可以通過繪制加藥量-除磷量關系曲線來獲得不同除磷量需求下的加藥量。

1）稱取10 g除磷藥劑溶于1 000 mL水中，配制濃度為10 000 mg/L的母液。

2）取10個水樣各1 000 mL，編號水樣1，水樣2……水樣10。在水樣中加入母液，加藥量分別為0、1、3、5、7、10、15、20、30、50 mg/L。

3）對每個水樣加藥后立即進行攪拌，首先以400 r/min的速度快速攪拌1 min，再以50 r/min的速度慢速攪拌5 min，攪拌后分別沉淀1 h，取上清液測定TP含量分別為c1、c2……c10。

4）2～10號試樣中對磷的去除量分別為c1-c2；c1-c3……c1-c10。

5）根據加藥量及TP的去除量繪制加藥量和TP去除量的關系曲線，根據加藥除磷的原理，曲線方程近似為y=Kx+B。

6）根據除磷關系曲線，得出TP達標排放所需的單位體積加藥量。生產性試驗可以此加藥量為參考，根據現場情況適當調整加藥量。

7）連續多次測定除磷關系曲線，充分掌握加藥量與TP去除量關系的規律，最終得到所需的藥劑用量。

8）對多種除磷藥劑的除磷關系曲線進行比較，可以得到最適合本廠的藥劑類型。

2.2 某污水廠試驗實例

對于某污水處理廠的出水，采用硫酸鋁和PAC兩種藥劑按照上述方法分別測得關系曲線，見圖1。

圖1 PAC、硫酸鋁投加量和TP去除量關系曲線

根據加藥除磷的原理，磷酸根與金屬離子反應產生不溶性的沉淀物，從而達到除磷的目的。因此TP的去除量與金屬離子的投加量近似呈正比。根據小試試驗結果

PAC除磷效率曲線y=0.016 4x+0.168 6，R2=0.917 4

硫酸鋁除磷效率曲線y=0.0252x+0.1448，R2=0.973 3

對懸浮態的磷的去除量與藥劑的絮凝性能成正比，PAC的絮凝性能與投加量的關系接近于正弦曲線，小試曲線中有一定的體現，但是絮凝除磷作用相對較弱，可不作考慮。

3 結論與建議

對于特定污水處理廠的出水加藥除磷，可以采用繪制線性曲線的方法獲得加藥量-除磷量的關系公式，從而確定何種藥劑除磷效率更高，投藥成本更低，獲得合理的針對性加藥量。如果輔助高效的總磷在線儀表和自動控制程序也可實現全自動控制。

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[3]侯紅娟，周 琪.城市污水除磷技術發展[J].四川環境，2004，23（6）：41-45.

□魏 彬/天津創業環保集團股份有限公司。

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1008-3197（2015）06-60-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.021

2015-10-08

申素芳/女，1981年出生，工程師，碩士，江蘇省城市規劃設計研究院，從事給排水工程規劃設計。