污水处理中的化学除磷工艺及方法 除磷有化学除磷和生物除磷两种过程。生物除磷是一种比较经济的除磷方法，但由于除磷工艺不能保证0.5mg/l的稳定出水标准，因此往往需要采用化学除磷措施来满足要求，达到稳定的出水标准。化学除磷是通过化学沉淀过程来完成的。化学沉淀是指在污水中加入无机金属盐药剂，这些药剂与污水中的可溶性盐如磷酸盐等混合，生成颗粒状的、不溶性的物质，这个过程就涉及到所谓的相转移过程，其反应方程式为： 事实上，加入化学药剂之后，污水中不但发生了沉淀反应，还发生了化学絮凝反应，所以需要分清化学沉淀和化学絮凝的区别。 FeCl3++3KCl污水沉淀反应可以简单理解为：水中溶解物质，其中大部分是离子型物质，转化成不溶的、颗粒状，而絮凝是细小的不溶性固体相互黏结成较大形状的过程，所以絮凝不是一个相转移过程。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。如果采用沉淀过程实现相转移，当污水中加入可溶性金属盐剂后，一方面可溶性磷转化成不溶性金属磷酸盐，同时还会生成不溶性的氢氧化物（取决于pH值）。
另一方面，随着沉淀物的增多，较小的不溶性固体逐渐聚集成较大的不溶性固体，使稳定的胶体失去稳定，失去稳定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物（化学污泥），达到化学除磷的目的。基于化学沉淀反应，为了生成磷酸盐化合物，化学除磷所用的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙（消石灰）。许多价格昂贵的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是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。这些药剂以溶液和悬浮状态使用。亚铁盐只有在污水中含有氧气时才可使用，能被氧化成三价铁盐。 实际应用中常将Fe2+投加于曝气沉砂池或采用同步沉淀工艺投加于曝气池中，以便被氧化，其效果与使用Fe3+相同，反应方程式如下：2、3。Al3++PO43-=6~7。与沉淀反应竞争的反应是金属离子与OH的反应，因此对于各种金属盐产品，应注意金属离子的加入量。反应方程式如下：4、5。Al3++3OH-Al(OH)3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及细小悬浮颗粒。需要注意的是，化学除磷的化学沉淀反应中有机物的沉淀去除是次要的，而分离过程中絮体中有机胶体及悬浮物的凝聚才是决定性的过程。
沉淀效果受pH值影响，金属磷酸盐的溶解度也受pH值影响，对于铁盐，最佳pH值范围为AIPO4，溶解度最低。另外，使用金属盐药剂会给污水、污泥处理带来益处，如降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。由于加入金属盐药剂会增加污水处理厂出水中Cl-或SO2-4离子含量，如果沉淀剂溶液中还含有酸性，则要特别注意，加入金属盐药剂后，污水的碱度会相应降低，对净化可能产生不利影响。在同步沉淀工艺中使用硫酸铁时，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，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。 除金属盐试剂外，还采用氢氧化钙作为沉淀剂。在沉淀过程中，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，磷酸钙的溶解度下降。采用Ca(OH)2除磷所需的pH值为5Ca2++3po43-+OH-Ca5(PO4)3OH。除了磷酸钙沉淀外，在此pH范围内还会有碳酸钙生成，造成池壁或渠道、管壁结垢，其反应如式7所示。Ca2++CO32-CaCO3与钙反应生成磷酸盐沉淀，除受pH值影响外，还受碳酸氢盐浓度（碱度）的影响，在一定的pH值下，钙的投加量与碱度成正比。
对于软性或中硬性污水，采用钙沉淀时，达到要求的pH值所需的钙的用量很少。相反，缓冲能力强的污水则需要较大的钙的用量。化学沉淀工艺以沉淀剂所处位置来区分，实际中常采用以下几种方法：预沉淀、同步沉淀和生物处理后的后沉淀或絮凝过滤。预沉淀工艺的特点是将沉淀剂投加在沉砂池中，或投加在初沉池的进水通道（管道）中，或投加在文丘里通道中（利用涡流），一般需加装涡流发生装置或供给能量以满足搅拌的需要。相应的沉淀产物（大的絮凝物）在初沉池中沉淀分离。生物阶段若采用生物滤池，则不允许投加Fe2+药剂，以防止损坏填料（产生黄锈）。 预沉淀工艺(如图所示)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和金属盐剂等，预沉淀后残余磷酸盐含量为1.5～2.5mg/1，完全可以满足后续生物处理的除磷需要。 (2)同步沉淀同步沉淀是应用最广泛的化学除磷工艺，在国外约占全部化学除磷工艺的50%。它的工艺是向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沟(管)中投加药剂。
目前很多污水处理厂采用它，如广州大坦沙污水处理厂三期采用同步沉淀，投加药物对活性污泥的影响相对较小。后沉淀是在与生物设施分开的设施内进行沉淀、絮凝及絮凝物分离，故也有两级工艺的说法。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）。对要求不太严格的受纳水体，后沉淀工艺可采用石灰乳化剂，但必须控制出水pH值，如利用沼气中的CO2进行中和。采用气浮池比沉淀池能更好地去除悬浮物和总磷，但由于需要不断供给空气，运行费用较高。 物理法、化学法、物化法、生物法 1.物理法： （1）沉淀法，主要去除废水中的无机颗粒和SS； （2）过滤法，主要去除废水中的SS和油性物质； （3）隔油法，去除漂浮油和分散油； （4）浮选法，油水分离，可回收有用物质和相对密度接近于1的悬浮物； （5）离心分离：可去除微小的SS； （6）磁分离，去除沉淀法难以去除的SS和胶体。 2.化学法： （1）混凝沉淀法，去除胶体和微小SS； （2）中和法，可处理酸性和碱性废水； （3）氧化还原法，去除有毒物质和难生物降解物质； （4）化学沉淀法，去除重金属离子、硫离子、硫酸根离子、磷酸根离子、铵离子等。
3、物理化学法：（1）吸附法，少量重金属离子、难生物降解有机物、脱色除臭等；（2）离子交换法，回收贵重金属、放射性废水、有机废水等；（3）萃取法，难生物降解有机物、重金属离子等；（4）汽提、蒸汽汽提，可去除可溶性及挥发性物质。4、生物法：可去除有机物、氮、磷、SS。（1）活性污泥法、推流活性污泥法、完全混合活性污泥法、AB法、SBR及其变型、氧化沟等；（2）生物膜法、生物滤池、生物转轮、生物接触氧化、曝气生物滤池等； （3）厌氧工艺，厌氧滤池（AF）、厌氧流化床反应器（AFB）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）、厌氧挡板反应器（ABR）等；（4）生物脱氮除磷工艺，A/O工艺、A/O/A/O工艺、工艺、UCT及改良UCT工艺、短程硝化/反硝化工艺、同步硝化/反硝化工艺、短程硝化-厌氧氨氧化工艺、反硝化除磷工艺等。污水中的磷主要来源于生活污水、合成洗涤剂、工业废液、肥料和农药以及各类动物的粪便中的含磷有机物，如果污水不彻底处理，磷也会流失到河流、湖泊和海洋中，造成这些水体的富营养化。 除磷方法可分为物理化学除磷、生物除磷、人工湿地除磷。
物理化学除磷法有化学沉淀法、结晶法、吸附法等，根据污水中磷的不同存在方式应采用不同的除磷技术。化学沉淀法化学沉淀除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀，再通过固液分离去除污水中的磷。根据所用药剂不同可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法。化学沉淀法具有管理方便、占地小、投资少、处理效率高等优点，但化学沉淀法投加药剂费用过于昂贵，且产生的化学污泥含水量大，脱水难度大，处理难度大，易产生二次污染。【根据投加点不同，化学沉淀除磷工艺可分为预沉淀、同步沉淀、后沉淀和两点投加工艺。 这些工艺可以组合使用，但要注意混合和反应条件，通过湍流扩散和混合才能出现良好的沉淀效果。结晶法：污水中，特别是城镇污水处理厂剩余污泥及水产养殖废水处理后的上清液中，含有较高的磷酸盐、氨氮、钙离子、镁离子和碳酸氢盐碱度，通过人为改变条件（提高pH值或投加药剂提高金属离子浓度），析出不溶性结晶物质，主要为磷酸铵镁晶体和羟基磷酸钙晶体。结晶法除磷效率高，出水水质好，当其它水质指标达到规定值时，出水即可满足再生水回用的要求；结晶法除磷使水中的磷以晶体的形式沉淀在晶种上，理论上不产生污泥，不会造成二次污染； 结晶法除磷操作简单，适用范围广，可用于城镇生活污水处理厂二级出水的深度处理及污泥消化池中高磷浓度上清液的去除。
吸附法吸附除磷是利用一些多孔或比表面积较大的固体物质，通过磷在吸附剂表面的附着吸附、离子交换或表面沉淀而实现污水的除磷过程。吸附除磷过程既包括物理吸附，也包括化学吸附。对于天然吸附剂，主要依靠巨大的比表面积，以物理吸附为主要方法。人工合成的吸附剂与天然吸附剂相比，孔隙率和表面活性有明显提高，以化学吸附为主要方法。天然吸附剂有粉煤灰、钢渣、沸石、膨润土、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、活性氧化铝、海绵铁等；人工合成的吸附剂在较低的磷浓度下仍有较高的吸附能力，具有很大的优越性。现在有许多金属氧化物和盐如Al、Mg、Fe、Ca Ti、Zr、La等作为可选材料。 在厌氧区（无分子氧和硝酸盐），兼性厌氧菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFAs（挥发性脂肪酸），在厌氧条件下，聚磷酸盐菌从原有污水中吸收这些和VFAs（VFAs主要来源于污水中可生物降解的成分，生活污水中的VFAs约占总有机物的40%~5%），运送到细胞内，同化为胞内碳能库（PHB），所需能量就来自聚磷酸盐菌。