化学除磷方法详细解析
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，因此在污水处理中除磷是十分必要的。除磷有两种工艺：化学除磷和生物除磷。生物除磷是一种比较经济的除磷方法，但由于这种除磷工艺不能保证0.5mg/l的稳定出水标准，为了达到稳定的出水标准，往往需要采用化学除磷措施来满足要求。本文主要介绍化学除磷的基本机理、主要工艺形式及药剂投加量的计算方法。
化学除磷基础
化学除磷是通过化学沉淀过程实现的。化学沉淀是指在污水中添加无机金属盐，这些盐与污水中的可溶性盐（如磷酸盐）混合，形成颗粒状、不溶性物质。这个过程涉及所谓的相转移过程。反应方程式如下：
实际上，加入化学药剂后，污水中不但会发生沉淀反应，还会有化学絮凝反应，所以需要分清化学沉淀与化学絮凝的区别。
化学沉淀与化学絮凝的区别
污水沉淀反应：可以简单理解为水中溶解物质（大多为离子型物质）转化为不溶解的颗粒状物质的过程。
絮凝是微小的不溶解固体粘结在一起形成更大形状的过程，因此絮凝不是相转移过程。
在污水净化过程中，絮凝和沉淀都极为重要，但絮凝是为了提高沉淀池的沉淀效果，而沉淀是为了去除污水中的可溶性磷。如果采用沉淀工艺来实现相应的转化，当在污水中加入可溶性金属盐药剂时
一方面：可溶性磷转化为不溶性金属磷酸盐，同时也生成不溶性氢氧化物（取决于pH值）。
另一方面：随着沉淀物的增多，较小的不溶性固体聚集成较大的不溶性固体，使稳定的胶体失去稳定性，失去稳定性的胶体通过速度梯度或扩散过程相互接触，形成絮凝体。最后经过固液分离步骤，得到净化后的污水和固液浓缩液（化学污泥），达到化学除磷的目的。
化学除磷剂种类
基于化学沉淀反应，为了生成磷酸盐化合物，化学除磷所用的药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙（消石灰），很多高价金属离子药剂投加到污水中后，会与污水中可溶性磷离子结合生成不溶性化合物。
出于经济原因，用于磷沉淀的金属盐药剂主要有Fe3+、Al3+和Fe2+盐及石灰，这些药剂以溶液、悬浮状态使用。二价铁盐只有在污水中含有氧时才可使用，能被氧化成三价铁盐。实际应用中，常将Fe2+投加到曝气沉砂池中或采用同步沉淀工艺投加到曝气池中，以便被氧化，其效果与使用Fe3+相同，反应式如下：
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，因此在污水处理中除磷是十分必要的。除磷有两种工艺：化学除磷和生物除磷。生物除磷是一种比较经济的除磷方法，但由于这种除磷工艺不能保证0.5mg/l的稳定出水标准，为了达到稳定的出水标准，往往需要采用化学除磷措施来满足要求。本文主要介绍化学除磷的基本机理、主要工艺形式及药剂投加量的计算方法。
化学除磷基础
化学除磷是通过化学沉淀过程实现的。化学沉淀是指在污水中添加无机金属盐，这些盐与污水中的可溶性盐（如磷酸盐）混合，形成颗粒状、不溶性物质。这个过程涉及所谓的相转移过程。反应方程式如下：
实际上，加入化学药剂后，污水中不但会发生沉淀反应，还会有化学絮凝反应，所以需要分清化学沉淀与化学絮凝的区别。
化学沉淀与化学絮凝的区别
污水沉淀反应：可以简单理解为水中溶解物质（大多为离子型物质）转化为不溶解的颗粒状物质的过程。
絮凝是微小的不溶解固体相互粘附在一起形成更大形状的过程，因此絮凝不是相转移过程。
在污水净化过程中，絮凝和沉淀都极为重要，但絮凝是为了提高沉淀池的沉淀效果，而沉淀是为了去除污水中的可溶性磷。如果采用沉淀工艺来实现相应的转化，当在污水中加入可溶性金属盐药剂时
一方面：可溶性磷转化为不溶性金属磷酸盐，同时也生成不溶性氢氧化物（取决于pH值）。
另一方面：随着沉淀物的增多，较小的不溶性固体聚集成较大的不溶性固体，使稳定的胶体失去稳定性，失去稳定性的胶体通过速度梯度或扩散过程相互接触，形成絮凝体。最后经过固液分离步骤，得到净化后的污水和固液浓缩液（化学污泥），达到化学除磷的目的。
化学除磷剂种类
基于化学沉淀反应，为了生成磷酸盐化合物，化学除磷所用的药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙（消石灰），很多高价金属离子药剂投加到污水中后，会与污水中可溶性磷离子结合生成不溶性化合物。
出于经济原因，用于磷沉淀的金属盐药剂主要有Fe3+、Al3+和Fe2+盐及石灰，这些药剂以溶液、悬浮状态使用。二价铁盐只有在污水中含有氧时才可使用，能被氧化成三价铁盐。实际应用中，常将Fe2+投加到曝气沉砂池中或采用同步沉淀工艺投加到曝气池中，以便被氧化，其效果与使用Fe3+相同，反应式如下：
与沉淀反应竞争的反应是金属离子与OH的反应，因此对于各类金属盐产品，都应注意金属离子的用量。反应式如下
废水除磷常用药剂种类见表
化学沉淀法
化学沉淀工艺根据加入沉淀剂的位置不同而有所区分，实际应用中常用的方法有：预沉淀、同步沉淀和生物处理后的后沉淀或絮凝过滤等。
预分析
预沉淀工艺的特点是：将沉淀剂投加于沉砂池，或初沉池进水渠道（管），或文丘里渠道（采用旋流）。预沉淀工艺（如图2所示）特别适用于现有污水处理厂的改造（增设化学除磷措施），因为此工艺步骤既能去除磷，又能减轻生物处理设施的负荷。常用的沉淀剂主要有原灰、金属盐剂等。
同步沉降
同步沉淀是应用最为广泛的化学除磷工艺，国外约占全部化学除磷工艺的50%。该工艺是在曝气池出水或二沉池进水中投加沉淀剂，有时也在曝气池进水或回流污泥通道（管）中投加药剂。
后沉淀
后沉淀是在与生物设施分开的设施内对絮凝物进行沉淀、絮凝和分离的过程，因此称为两段工艺。一般在二沉池后的混合池（M池）中加入沉淀剂，之后设置絮凝池（F池）和沉淀池（或气浮池）。
三种工艺优缺点总结
化学沉淀剂量计算
根据公式2和公式3，去除1分子磷酸盐需要1分子铁盐或铝盐。为了计算方便，实际计算采用克分子（mol）或克原子量。例如：
德国在计算时提出了剂量系数β的概念，即：
投加系数β受投加位置、混合条件等多种因素影响，建议通过投加试验确定实际投加量。在最佳条件下（投加量合适、混合及絮凝物形成条件良好），β=1；在非最佳条件下，β=2至3或更高。药剂投加量过大，不仅会增加药剂成本，还会因生成大量氢氧化物而使污泥量大大增加，这种污泥体积大，脱水难度大。
在德国的实际计算中，为了有效去除磷（出水保持
剂量：
1.5×(56/31)=2.7千克铁
或者，
1.5×(27/31)=1.3千克铝
若采用石灰作为化学沉淀剂，则不能采用此计算方法，因为要求pH值大于8.5，且投加量受污水的碱度（缓冲能力）影响，必须针对每种污水通过实验确定投加量。
严格地说，附加系数β值的概念只适用于后降水，对于前降水和同步降水，在计算时还应考虑：
回流污泥含有未反应的试剂
在初次沉淀池和生物过程中去除磷
沉淀对废水处理的影响
沉淀对污水处理厂出水中金属含量的影响
在正常投加药剂（如β=1.5，同时沉淀）、中性pH值及足够好的二沉池或沉淀池条件下，铝、铁含量一般不超过1.0mg/l，虽然污水处理厂进水中铁含量常常超过1.0mg/l，但絮凝滤池出水中铁或铝含量一般都在0.5mg/l以下。
沉淀对出水中盐含量的影响
采用金属试剂进行磷沉淀必然导致污水处理厂出水中盐分(Cl-或SO42-含量)的增加。
沉淀对碱度的影响
在磷酸盐沉淀过程中，只要有铁或铝离子进入水溶液，就会形成六水合物复合物，其通式为Me(H2O)3+6(Me：金属)。这种复合物可以像酸一样进一步水解：
此反应与溶液的pH值有关，会降低水的碱度。由于氢氧化物以不溶性络合物形式沉淀，不会增加废水的碱度，所以对于金属氢氧化物的沉淀必须估算酸当量，对于金属磷酸盐的沉淀也是如此。在同时沉淀的同时分离磷酸盐只能稍微增加废水的碱度。
沉淀对剩余污泥产量的影响
剩余污泥产出量是污泥处理设计和运行的重要参数，当同时有化学沉淀除磷时，单位污泥产出量由去除BOD5产生的剩余污泥和同时沉淀除磷的沉淀物组成。
沉淀对硝化反应的影响
各工序及试剂对硝化反应影响系数表