化學藥劑強化除磷實驗研究

【摘要】為了比較不同種類的化學藥品在化學除磷過程中的除磷效果，本實驗采用六聯混凝攪拌器，以校園中水站二級好氧池出水為實驗用水，選取了化學處磷常用的三種藥品（氯化鐵、氫氧化鈣、聚合氯化鋁），對其除磷效果進行比較研究。結果表明：三種化學藥品隨著投藥量的增加處理效果逐漸增高，當磷含量降到一定值以后，處理效果達到一個平穩的狀態。綜合考慮到對后續處理構筑物的影響以及經濟適用性，最后選定化學除磷最佳藥品為聚合氯化鋁（PAC）。

【關鍵詞】化學除磷；中水站；除磷藥劑；聚合氯化鋁（PAC）

0 引言

北方某校園中水站出水主要應用在校園綠化用水以及校園景觀河道水源補給，根據《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》（GB/T 1892—2002），校園中水必須要考慮脫氮除磷問題。近年來，我國城市污水處理的主要目標逐漸轉向對氮磷元素的去除，除此之外，我國政府部門對污水排放以及中水回用中磷含量要求逐漸提高，因此進一步降低污水中磷含量成為現階段污水處理的難題。

目前，污水的除磷方法包括生物法、化學沉淀法、物理吸附法以及多方法組合使用[1]。雖然與其他除磷方法相比較生物除磷法在運行成本上具有明顯的優勢，但是在運行過程中對運行條件要求十分苛刻。化學沉淀法除磷高效穩定，并且在投加藥品時具有多種選擇性，可以優選除磷效果最佳的藥品，以及確定最佳的藥品投加量。基于此，本研究針對校園中水站二級好氧池出水，磷含量過高的難點，通過小試實驗比較不同的藥劑對回用水中磷的去除效果，得出化學藥劑的最佳投加量用以指導工程實踐，這樣一方面可以發揮化學協同生物除磷的優勢，另一方面可以降低化學除磷的藥劑消耗，為類似校園中水除磷項目提供理論參考。

化學沉淀法除磷藥劑常用的主要有鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽三類，本研究分別從三類藥劑中選取了常用的并具有代表性的藥劑，比較不同藥劑不同投加量對除磷效果的影響。

1、實驗材料與方法

1.1實驗用水水質以及實驗藥劑

實驗用水取自學校中水站二級好氧池出水（未加藥），實驗測得原水中總磷含量為5.76mg/L，PH為7.58，COD為110mg/L。

藥劑：氯化鐵、氫氧化鈣、聚合氯化鋁（PAC），實驗中聚合氯化鋁（PAC）為市場銷售的工業純，其他均為實驗室分析純。

1.2實驗過程

本實驗中采用六聯混凝試驗攪拌器對實驗用水進行攪拌，實驗中取原水水樣1L于燒杯中，通過加入不同除磷藥劑、設定不同的投加量，先快速攪拌（200r/min）2min，然后慢速攪拌（80r/min）10min，最后靜沉30min。水樣靜沉后分別取上清液400ml，采用鉬酸鹽分光光度法進行總磷檢測。所有水樣檢測時均測定3次，最后取平均值，誤差控制在國家標準要求的范圍內[2]。

2、 實驗結果與理論分析

2.1氯化鐵

從上圖中可以看出，在磷含量與鐵鹽（氯化鐵）摩爾比在1：1-1：4范圍內，隨鐵鹽投加量的增加，磷含量逐漸降低。當摩爾比達到1：3時，出水磷含量0.576mg/L，磷的去除達到90%，此時出水接近中水回用的出水標準（0.5mg/L）。當摩爾比達到1：4時，出水磷含量為0.455mg/L，去除率達到92.1%，此時出水磷含量達到中水回用標準。

實驗中采用的是實驗室分析純的氯化鐵，然而，在工程應用中，氯化鐵容易潮解，并且溶解不便，為保證除磷完全，在工程應用中需要的鐵鹽需過量[3]。在實驗中，投加鐵鹽之后，水中有泛微紅和渾濁現象，這是因為在投加鐵鹽后，在水中鐵鹽在水中發生反應：。鐵鹽最佳的使用環境需要PH為5-6，因此在原水條件下，要想使得鐵鹽有最佳的沉淀效果，需要調節原水酸堿度，然而當水中堿度增加時，水中又很容易產生沉淀，這對中水站后續的處理構筑物有很大影響。因此，在該項目中沒有采用鐵鹽（氯化鐵）作為化學除磷藥劑。

2.2氫氧化鈣

如上圖所示，當水中磷含量與鈣鹽（氫氧化鈣）摩爾比在1：2-1：4范圍內，隨著鈣鹽投加量的增加，磷含量逐漸降低。當摩爾比小于1：2時，水中磷元素的去速率較快，隨著氫氧化鈣投加量的逐漸增加水中磷元素的去除速率變慢。當摩爾比達到1：4時，出水磷含量為3.616mg/L，磷的去除率僅為37.3%，很難達到中水回用的標準。另外，鈣鹽的沉淀效果受水中PH影響很明顯，通常當PH在8-10時，鈣鹽達到最佳沉淀效果。因此，當選用氫氧化鈣為化學除磷藥劑時，需要在廢水中投加堿性物質來調節廢水酸堿度[4]。然而，水中PH過高對后續處理產生一定的影響，因此，在該項目中不選用氫氧化鈣作為除磷藥劑。

2.3聚合氯化鋁

如上圖所示，水中磷含量與鋁鹽（聚合氯化鋁）摩爾比在1：1-1：4的范圍內，隨著鋁鹽投加量的增加，水中磷含量逐漸降低，并且摩爾比小于1：3時，水中磷含量驟降，直到摩爾比達到1：3時，出水磷含量降為0.461mg/L，去除率達到92%，此時出水達到中水回用標準。然而，當鋁鹽投加量與水中磷含量摩爾比為1：3-1：4之間時，水中磷含量趨于穩定。除此之外，鋁鹽最適的PH范圍為5.0-8.0，比鐵鹽和鈣鹽的適用性更加廣泛。然而，在實驗過程中水中PH變化基本保持在7.50左右，投加鋁鹽對處理水的PH影響不明顯。

實驗中選用的鋁鹽是市場銷售的工業純聚合氯化鋁（PAC），聚合氯化鋁（PAC）作為化學除磷藥劑其成本低廉，溶解性較好，腐蝕性小，使用方便，投加到廢水中對中水回用無不良影響。實驗中發現鋁鹽形成的絮凝體緊密，沉降性較好，因此該項目選取聚合氯化鋁（PAC）為化學除磷藥劑。

3、結論

（1）實驗結果顯示，選取的3種化學除磷藥劑氯化鐵、氫氧化鈣、聚合氯化鋁，隨著投加量的增加，出水中總磷含量濃度逐漸降低。

（2）在藥劑投加的摩爾比相同的條件下，除磷效果最優的是聚合氯化鋁，在摩爾比1：3時，其TP的去除率達到92%，出水中總磷含量小于0.5mg/L。

（3）有關文獻提出，鋁鹽應用于污水處理系統中使得總磷的去除率大大提高，同時有機物與氮元素的去除率也會有一定程度的提高。但是過量的鋁鹽投加會使得系統中微生物種群數量減少，從而影響生物處理系統的正常運行[5]。因此，選取鋁鹽作為化學除磷藥劑時，要嚴格控制藥品投加量，不宜過量投加，同時要適當監測生物處理系統運行狀態，從而提高系統除磷效率。

參考文獻：

[1]吳昊， 黃進剛， 陳建軍.不同絮凝劑對淀粉廢水除磷效果的研究[J].工業水處理，2014，（10）：56-58，59.

[2]楊峰，張高川，孫和喜. 中水水源景觀水中化學除磷的研究[J]. 環境科技，2016，29（06）：34-37.

[3]周登健， LI Jie-chun.含磷廢水外理劑的選定及討論[J].中國環保產業，2008，（7）：31-33.

[4]劉國衛， 陳志強， 溫沁雪.中水回用中化學除磷最佳投藥量的確定[C].2009年全國污水處理技術研討會.2009：100-104.

[5]季斌，陳威，樊杰，王健，謝世偉，宋宏嬌. 鋁鹽應用于污水生物化學協同除磷研究進展[J]. 現代化工，2017，37（05）：30-32+34.

[6]凌霄，胡勇有，馬驥. 曝氣生物濾池鋁鹽化學強化與生物協同除磷[J]. 環境科學學報，2006，（03）：409-415.

[7]陳小光，張萌，厲帥，蔣演，鄭平. 磷酸鈣鹽結晶除磷工藝性能研究[J]. 環境工程學報，2013，7（07）：2552-2556.

[8]謝小明. 污水廠化學強化除磷技術的研究與實踐[J]. 中國給水排水，2016，32（07）：92-95.

[9]高穎，袁林江，呂景花. 鐵鹽化學除磷對活性污泥生物除磷系統的影響[J]. 環境工程學報，2016，10（10）：5366-5372.

[10]周斌，王桂玉，占國將. 化學藥劑除磷試驗初探[J]. 凈水技術，2015，34（01）：25-28.