化学除磷的设计计算.PDF
化学除磷的设计与计算 唐建国 林洁梅 摘要 主要介绍化学除磷的基本原理、所用化学药剂的种类、工艺形式、投加量计算等。 关键词 化学除磷 沉淀 设计计算 引言 化学除磷基础知识 在静止或缓流水体中，如果磷浓度过高，会造成水体的富营养化，其危害是众所周知的。化学沉淀是指在污水中投加无机金属盐药剂，与污水中的磷酸盐等可溶性盐混合，形成颗粒状、不溶解的水。因此污水处理中除磷是必要的，我国污水综合排放标准规定城镇污水，这个过程涉及到所谓的相转移过程，处理厂中的磷酸盐是按一级排放标准为反应方程式计算的，例如污水投加化学药剂后去除磷有两种工艺：化学除磷和生物除磷。 原水中不仅发生沉淀反应，还会发生化学除磷。化学除磷是一种比较经济的除磷方法。但由于存在生物絮凝作用，除磷工艺目前还不能保证出水稳定达标。因此，要达到稳定的出水标准，往往需要采取措施来达到化学除磷的要求。本文主要介绍化学除磷的基本原理，其中大部分物质是由离子型物质转化为不溶性颗粒物质，主要的工艺形式以及药剂投加量的计算方法。
絮凝是细小不溶解固体相互粘结成较大形状的过程，因此絮凝不是一个相转移过程。废水中的磷负荷为WW∀欧洲一些国家对生活污水中的总磷进行了多次调查，絮凝沉淀在污水净化过程中极其重要，调查的主要结果见表∀。若采用沉淀工艺实现相转化，在污水中投加可溶性金属盐药剂后，国外生活污水中的总磷含量为∀。一方面可溶性磷源转化为不溶性金属磷酸盐，同时会通过人体排泄产生不溶性氢氧化物，其值取决于该值。另一方面，随着洗涤剂和沉淀物的增加，较小的不溶性固体通过速率梯度聚集成较大的不溶性固体，使稳定的胶体失去稳定。注意表中数据均为∀的单位。 人类食物产生的磷是恒定的，目前程度或扩散过程使不稳定的胶体相互接触形成絮凝物。最后污水净化，固液分离步骤。一般采用无磷洗涤剂。因此，洗涤剂产生的磷浓缩物可以达到化学除磷的目的。近年来，城市污水中磷浓度降低了很多。在我国，主要∀取决于工业废水中的磷含量。我国生活污水化学除磷剂的种类和浓度一般为∗。大多数是无机化合物。基于化学沉淀反应，以生成磷酸盐形式的磷并呈溶解状态，这部分主要是由洗涤剂中的阳性化合物组成。化学除磷所用的化学药剂主要是金属盐剂、磷酸盐和缩合环磷酸盐。总磷中的一小部分是和氢氧化钙。污水中投加了许多高价金属离子药剂。 有机磷以溶解状态和非溶解状态存在，缩合环磷酸盐再与污水中可溶性磷离子结合生成不溶性化合物如有机磷核酸等，一般在污水管网中呈中性化合物。出于经济原因，用于磷沉淀的金属盐在污水处理中已转化为正磷酸盐。药剂主要有盐类、盐类和盐类，这些药剂是给排水的。实际应用中，当盐以溶液、悬浮液形式使用时，钙的投加量在一定条件下与碱度成正比。为了达到氧化效果，常投加于曝气沉砂池中，或采用同步沉淀工艺投加于曝气池中，效果与使用盐相同。对于软或中硬污水，采用钙沉淀时，为达到反应方程如式要求的数值，所需钙的投加量很少。缓冲能力强的污水，则需要投加钙的量较大。 污水除磷常用药剂种类见表1。污水净化常用药剂。与沉淀反应竞争的反应是金属离子与类型名称分子式状态反应方程式如式1所示。固体硫酸铝液体Mνξ固体ψO金属氢氧化物会形成大的絮凝体，有利于铝盐C液沉淀产物的絮凝。同时，还会吸附胶体氯化铝。
液质细悬浮颗粒需要注意的是，以化学除磷为目的的化学沉淀反应中有机物的沉淀去除是次要的，分离过程中，有机胶体和悬浮物的混凝是决定性的过程。沉淀效果受金属磷酸盐溶解度的影响，铁盐的溶解度还受三氯化铁值的影响，对于铁盐，对于熟石灰和氢氧化钙乳化液，最佳值范围约为∗。对于铝盐，由于或的溶解度在上述Z值范围内最低，所以为∗。另外。化学沉淀工艺∀W化学沉淀工艺可根据沉淀剂加入位置分为多种类型。金属盐药剂的使用也会给污水和污泥处理带来益处，实际应用中，常用的是预沉淀、同步沉淀和后沉淀。 例如会降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。∀或在生物处理后增加絮凝过滤∀W此外，如果污水处理厂出来的污泥用于农业，使用金属盐药剂进行预沉淀除磷必须考虑铝或铁负荷对农业的影响。预沉淀工艺的特点是在沉砂池、网中，或初沉池的进水渠中，或文丘里渠道中投加沉淀剂。除金属盐药剂外，也有用氢氧化钙作沉淀剂的。利用涡流，一般需设置产生涡流的装置或∀在沉淀过程中，对不溶性磷酸钙的生成起主要作用，并供给能量，满足混合的需要。 相应的沉淀产物不以离子为主，因为随着初沉池中沉淀形成大的絮凝体，磷酸钙的溶解度下降，如果生物阶段采用生物滤池则不允许分离。磷的要求如上。磷酸钙的生成按反应式进行。为防止填料的损坏和黄锈的生成，需使用铁盐药剂。预沉淀工艺流程如图所示。特别适用于现有污水处理厂改造，增加化学除磷措施。因为此工艺步骤既能除磷又能减少生物处理。但在范围内，除了对生产设施的负荷外，常用的沉淀药剂主要是石灰和金属盐。除了磷酸钙沉淀外，还会产生碳酸钙，可能造成池壁或渠道壁结垢。 其反应式如下：磷酸盐沉淀与钙的反应不仅受值的影响，还受碳酸氢盐浓度和碱度的影响。在预沉淀工艺流程图中，给排水ςλ Νο表1各种化学除磷工艺的优缺点。药剂预沉淀后残余磷酸盐含量为∀∗，完全可以满足后续生物处理的磷需求。∀工艺优缺点。同步沉淀型可以减轻生物处理设施负担。总污泥产量增加。同步沉淀是应用最广泛的化学除磷工艺。在国内，其负荷的波动使反硝化反应变得困难。它约占所有化学除磷工艺的10%。它的工艺是将预沉淀药剂投加到曝气池出水或二沉池进水中。因此，可以降低能耗。 与同步沉淀相比，沉淀过多不利于提高污泥指标，其他情况，将药剂投加到曝气池进水或回流污泥中，渠道中有机成分不会增加，现有污水处理厂容易实施改造。图中为采用同步沉淀的活性污泥法，采用污泥回流时，可充分利用，采用同步沉淀工艺，将增加生物转盘工艺的使用量，情况与活性污泥法类似，但对于采用沉淀药剂M的曝气池投加药剂，会使污泥产量降至最佳范围以下，采用酸性金属盐药剂，会使生物滤池工艺降至最佳范围以下，这还是值得探讨的。药剂能否投加到二沉池进水中？在O池，可采用较便宜的∀C二价铁盐药剂，不利于硝化反应。
金属盐药剂将使活性污泥、磷酸盐污泥及生物剩余污水增重，从而避免了活性污泥的混合，因此污泥不可能膨胀吸收磷酸盐，另外在厌氧条件下，污泥中的磷又会被溶解。同步沉淀设施的工程工作量较同步沉淀工艺小，但可通过投加高分子量后沉淀助凝剂来减少这种危害。后沉淀是沉淀后的絮凝物与絮凝物的分离，磷酸盐沉淀是在与生物设施分开的设施中进行，生物净化后沉淀工艺所需的投资较少，因此化学过程相互分离，产量不大，运行费用较高。但新建污水处理厂时，多有两级工艺，一般在二级生物处理厂投加沉淀剂。 后沉淀池后采用混合池，可根据磷负荷的变化控制沉淀剂的投加量，沉淀池的大小可由工艺控制，可减少生物处理的二次沉淀池，后设絮凝混凝池和沉淀池或气浮池。工艺产生的磷酸盐污泥可单独排放，用于要求不太严格的水体，如受纳水体。在后沉淀工艺中，石灰乳可用作肥料。出水值必须控制，如沼气中时间或次数。进行中和，即除去至少需要的或建筑物。由于实际反应不能有效进行，会与金属离子竞争生成相应的氢氧化物，如式和式，实际化学沉淀剂投加量一般需要过量，以确保达到所需的出水浓度。沉淀工艺流程如下图所示。 德国在计算时提出了投加系数的概念，即采用气浮池比沉淀池能更好地去除悬浮物和或总磷，但因为需要不断的空气供应，所以运行费用较高。投加系统受投加地点等多种因素影响，三种工艺的优缺点总结在表中，实际投加时建议通过投加试验确定各点的混合情况。化学沉淀药剂的投加量计算可由公式和公式得知。化学沉淀除磷时，去除率由投加系数与减磷量的关系决定。在最佳条件下，至少需要合适的投加量，即给排水至少需要良好混合和絮凝剂形成的条件。非最佳条件下，过量投加量为∀ΒΒ，设计投加量为。药剂的投加不仅会增加药剂成本，而且由于形成的氢氧化物量大，污泥体积会大大增加。 此污泥体积较大，所需投加量为≅，脱水难度较大，所需体积为∀。设计采用药剂硫酸亚铁，其有效成分为，在的饱和溶解度为ε。其余设计参数与实例∀M溶液相同。设计采用添加系数值O Β，设计投加量为≅≅C。
G药剂折算投加量为≅图为无干扰因素时药剂投加系数与除磷量的关系。在德国实际计算中，为了有效去除磷，出水饱和溶液中有效组分维持在O。即去除磷ΒL，所需投加量为≅或≅U。所需折算体积为≅H∀Z∀。如果采用石灰作为化学沉淀剂，则不能采用此方法。沉淀对污水处理影响的计算方法是要求投加到污水中的沉淀量大于W。沉淀对污水处理厂出水金属含量的影响，而投加量受污水碱度的缓冲能力影响，所以污水处理厂出水中金属及药剂含量主要由投加量决定，而投加量必须根据污水的性质通过实验确定。 取决于悬浮物的分离，当然药剂的投加值（B）严格来说，投加系数值这个概念只适用于B值，污水碱度及投加技术对其也有影响，对于后沉淀，预沉淀及同步沉淀的计算还应考虑污水处理厂出水中的铁、铝一般较难溶解，回流污泥中含有未反应的药剂，磷酸盐及氢氧化物初步沉淀，呈悬浮状态存在，经池、生物过程去除的磷∀在正常药剂投加下，如同步沉淀计算例，当龙Β为中性，经二沉池后，铝、铁的含量，例如污水处理厂设计水量为进水建设，一般不会超过絮凝滤池出水中铁的浓度或要求出水浓度达到∀。 铝含量一般小于∀。设计采用沉淀剂，其中含有沉淀的有效成分，沉淀对出水中盐含量的影响是同步沉淀的液体密度∀。使用金属药剂进行磷沉淀必然导致污水处理厂出水中盐或含量的增加，其增加量可以通过初沉池沉淀处理后去除的磷量计算确定。例如例子中的增加量是由于∀，所以生物处理设施需去除的进水浓度是相应的增加量，通过生物同化去除量为≅∀。折算后的浓度为≅≅。例子中增加了需沉淀去除的负荷≅。 由于相应增加，设计采用给排水投加系数值≅Βςολ折算浓度≅三价铁盐投加量≅∀二价铁盐投加量含有少量工业废水的市政污水处理厂正常出水中铝盐投加量∀即沉淀对剩余污泥产率的影响，使用金属剂后出水中含盐量增加，如前所述，污水中可溶性磷的去除，会产生污泥，不同工艺的排泥位置不高，当受纳水体有严格要求时，应核对含盐量，如需同步沉淀，则以剩余污泥形式外排，剩余污泥产率是污泥处理设计和运行的重要参数。 因为在磷酸盐沉淀的同时碳酸氢盐也被去除，所以出水中的总盐含量几乎保持不变。在同步沉淀化学除磷中，单位污泥产量是由∀沉淀对碱度去除产生的剩余污泥与同步沉淀除磷的沉淀物组成。污水处理厂进水碱度与其流域饮用水组成不同，对于同步沉淀化学除磷，产生的污泥由沉淀剂∀O产生的碱度与铵产生的碱度有关。在磷酸盐沉淀中，只决定药剂种类，加入的金属离子与待沉淀磷的摩尔比∀C。当铁或铝离子进入水溶液时，形成六水合物络合物，加入产生的∀Β一般以金属离子形式存在。 该复合干物质G或加成产生的干物质可像酸一样进一步水解，如下式所示