关于化学除磷投加量的计算详解！
除磷工艺有两种：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目前还不能保证稳定达到0.5毫克/升出水标准的要求，因此要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。
一、化学除磷原理
化学除磷是通过化学沉淀过程完成的。 化学沉淀是指向污水中添加无机金属盐药剂，与污水中的可溶性盐类如磷酸盐混合，形成颗粒状、不溶解的过程，这个过程涉及到所谓的相转移过程。 反应方程式如式1所示。实际上，投加化学品后，污水中不仅发生沉淀反应，还发生化学絮凝反应，因此必须区分化学沉淀和化学絮凝的区别（如如图 1 所示）。
FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl (式1)
污水沉淀反应可以简单理解为：水中溶解的物质（多为离子物质）转化为不溶解的颗粒形式的过程。 絮凝是小的不溶解固体相互粘附成较大固体的过程。 形状过程，因此絮凝不是相转移过程。
根据化学沉淀反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙（熟石灰）。 许多高价金属离子化学品添加到污水中后，会与污水中的可溶性磷离子结合，形成难溶性化合物。 出于经济原因，用于沉淀磷的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。 这些试剂有溶液和悬浮液形式。 二价铁盐只有在污水含有氧气并能被氧化成三价铁盐时才能使用。 实践中，为了氧化，常将Fe2+添加到曝气沉砂池中或采用同步沉淀工艺添加到曝气池中。 其效果与使用Fe3+相同，反应方程式如方程式2和方程式3所示。
Al3++PO43-→AlPO4↓pH=6～7 (式2)
Fe3++PO43-→FePO4↓pH=5～5.5 (式3)
与沉淀反应竞争的反应是金属离子与·OH之间的反应。 因此，对于各种金属盐产品，应注意金属离子的含量。 反应式如式4和式5所示。
Al3++3OH-→Al(OH)3↓ (式4)
Fe3++3OH-→Fe(OH)3 (式5)
金属氢氧化物会形成大的絮凝体，有利于沉淀产物的絮凝，同时也会吸附胶体物质和细小的悬浮颗粒。 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，但分离过程中有机胶体和絮体中悬浮物的凝聚是决定性的过程。
沉淀效果受pH值影响，金属磷酸盐的溶解度也受pH值影响。 铁盐的最佳pH值范围是5.0～5.5，铝盐的最佳pH值范围是6.0～7.0，因为在上述pH值范围内FePO4或AIPO4的溶解度最小。 另外，金属盐药剂的使用会给污水和污泥处理带来好处，如降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。
金属盐剂的添加会增加污水处理厂出水中的Cl-或SO2-4离子含量。 如果沉淀剂溶液含有额外的酸，则需要特别小心。
添加金属盐化学品会相应降低污水的碱度，可能对净化产生不利影响。 当在同步沉淀过程中使用硫酸铁时，必须考虑对硝化反应的影响。
另外，如果污水处理厂污泥用于农业，在使用金属盐药剂除磷时必须考虑铝或铁负荷对农业的影响。
除金属盐剂外，氢氧化钙也用作沉淀剂。 在沉降过程中，形成不溶性磷酸钙的主要作用不是Ca2+，而是OH-离子，因为随着pH值的升高，磷酸钙的溶解度降低。 Ca(OH)2 用于去除磷，要求 pH 值高于 8.5。 磷酸钙的形成按照反应方程式 6 进行：
5Ca2++3PO43-+OH-→Ca5(PO4)3OH↓ (式6)
但在pH值8.5～10.5范围内，除了磷酸钙沉淀外，还会产生碳酸钙，可能导致水池、运河、管道等壁上结垢。 反应方程式如方程式7所示。
Ca2++CO32-→CaCO3 (式7)
磷酸盐沉淀与钙的反应不仅受pH值影响，还受碳酸氢盐浓度（碱度）的影响。 在一定的pH条件下，钙的用量与碱度成正比。
对于软性或中硬性污水，采用钙沉淀时，达到所需pH值所需的钙用量很少。 反之，缓冲能力强的污水则需要较大的钙投加量。
2、化学除磷用量的计算
为了从式2和式3中除去一分子磷酸盐，需要一分子铁盐或铝盐。 为了计算方便，实际计算时采用摩尔或克原子量。
采用化学沉淀除磷时，去除1摩尔（31克）磷至少需要1摩尔（56克）铁，或至少需要1.8（56/31）倍的铁，或0.9（27/31）倍的铝。 换句话说，至少需要1.8g Fe或0.9g Al来去除lgP。
由于实际中反应并不是100%有效，OH-会与金属离子竞争反应生成相应的氢氧化物，如式4和式5，所以实际的化学沉淀剂用量一般需要过量。 加药以确保达到所需的出水磷浓度。 在计算时，德国提出了剂量系数β的概念，即：
β=(molFe,molAl)/molP (式8)
掺量系数β受掺量位置、混合条件等多种因素影响，建议通过掺量试验确定实际掺量。 下图为投药系数与减磷量的关系。 在最佳条件下（适当的投加量、良好的混合和絮凝体形成条件）β=1； 在非最佳条件下，β = 2 至 3 或更高。 化学品的过量添加不仅会增加化学品的成本，而且会因形成大量的氢氧化物而使污泥量大大增加。 该污泥体积大，脱水困难。
在德国实际计算中，为了有效去除磷（出水保持<1mgP/1），β值为1.5，这意味着去除1kg磷需要添加：
1.5×（56／31）=2.7千克铁
或者，
1.5×（27／31）=1.3公斤铝
如果用石灰作为化学沉淀剂，则不能采用此计算方法，因为它要求pH值大于8.5，且投加量受污水碱度（缓冲能力）影响，所以投加量必须根据各流出物通过实验确定。
严格来说，加药系数β值的概念仅适用于后沉淀。 在计算预沉淀和同时沉淀时，还应考虑以下因素： 1.回流污泥中含有未反应的化学物质； 2. 在初沉池中通过生物过程去除磷。
3. 计算示例
例1：污水处理厂设计水量为/d，进水中P浓度为14mg/L，要求出水P浓度达到1mg/L。 设计采用沉淀剂三氯化铝AlCl3，其有效成分为6%（60g/），密度为1.3kg/L。 对于同时沉淀，尝试计算所需的剂量。
解开：
初沉池沉淀处理后脱磷量为2mg/L，则生物处理设施进水磷浓度为11mg/L，生物同化脱磷量为1mg/L。 需要通过沉淀去除：
P负载=
/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d
设计采用剂量系数β值为1.5。
AL的设计用量为：
1.5×（27／31）×100=/d
所需剂量为：
130×1000(g/d)/60(g/kg)=/
转换所需的体积为：
2167(公斤/天)/1.3(公斤/升)=1667L/
实施例2：设计采用化学硫酸亚铁FeSO4，活性成分为/，10℃饱和溶解度为/L，其他设计参数与实施例1相同。
解开：
设计采用剂量系数β值为1.5。
Fe的设计用量为：
1.5×5631×100=270kg铁/天
所需剂量为：
270×1000(g/d)/180(g/kg)=/
饱和溶液中的活性成分是：
180(g/kg)·0.4(kg/L)=72gFe/
转换所需的体积为：
1500·1000(g/d)/72(g/L)=/