化学除磷从入门到精通的知识点！

化学除磷从入门到精通的知识点！

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/升的出水标准，所以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。

本文全面总结了化学除磷从入门到精通的知识点，从最基本的机理和主要工艺形式到深入探讨了投加方法的优缺点以及化学投加量的计算方法。

1、污水中磷负荷

人类食物产生的磷保持不变，但国内外普遍使用无磷洗涤剂，因此近年来洗涤剂产生的磷减少了很多。 我国城市污水原水中的磷浓度主要取决于工业废水中的磷含量。 国外生活污水一般为10～25毫克/升，而我国一般为5～10毫克/升。 大部分是无机化合物磷，呈溶解状态。 该部分主要由洗涤剂中的正磷酸盐和缩环磷酸盐组成。 总磷中一小部分是有机化合物磷，以溶解态和非溶解态存在。 稠环磷酸盐（如-）和有机化合物磷（核酸）在污水管网和污水处理中一般转化为正磷酸盐（PO43-）。

2.化学除磷的基础知识

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，污水中不仅进行沉淀反应，而且还进行化学絮凝反应，即细小的不溶解固体形成键合化学沉淀和化学絮凝之间的区别。

FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl (式1)

水沉降反应可以简单地理解为：水中溶解的物质（主要是离子物质）转化为不溶解的颗粒状的过程，而絮凝则是小的不溶解的固体相互粘附形成较大固体的过程。 形状过程，因此絮凝不是相转移过程。 絮凝用于提高沉淀池的沉淀效果，而沉淀则用于去除污水中的溶解磷。

在污水净化过程中，絮凝和沉淀都极其重要，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溶解磷。 如果采用沉淀工艺实现相转化，当污水中添加可溶性金属盐药剂时，一方面可溶性磷转化为不溶性磷酸金属盐，同时也产生不溶性磷酸金属盐。 氢氧化物（取决于 pH 值）。 另一方面，随着沉淀物的增加和较小的不溶性固体积累成较大的不溶性固体，稳定的胶体变得不稳定，并且不稳定的胶体通过速度梯度或扩散过程彼此相互作用。 接触产生絮状物。 最后通过固液分离步骤，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。

3、化学除磷剂的种类

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，而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。

污水除磷常用化学品种类详见下表。

四、化学除磷剂投加要点优缺点

化学除磷工艺按添加沉淀剂的位置来区分。 实践中常用的有：预除磷、同时除磷和生物处理后的后除磷或絮凝过滤。

(1)预除磷

前级除磷工艺的特点是在沉砂池、或初沉池进水通道（管道）、或文丘里通道（利用涡流）中投加沉淀剂。 一般需要安装产生涡流的装置或供给能量来满足混合需要。 相应的沉淀产物（大絮体）在初沉池中通过沉淀分离出来。 如果生物工段采用生物过滤器，则不允许使用Fe2+药剂，以防止填料损坏（黄锈）。

预除磷工艺（如图2所示）特别适合现有污水处理厂的改造（增加化学除磷措施），因为该工艺步骤不仅可以除磷，还可以减轻生物处理设施的负荷。 常用的沉淀剂主要有石灰和金属盐剂。 沉淀后剩余磷含量为1.5-2.5 mg/1，完全可以满足后续生物处理的磷需求。

(2)同步除磷

同步除磷是应用最广泛的化学除磷工艺，约占国外所有化学除磷工艺的50%。 其工艺过程是在曝气池出水或二沉池进水中添加沉淀剂。 有的情况下，还向曝气池进水或回流污泥通道（管）中添加药剂。

图3是采用同步除磷的活性污泥法的简化流程图。

采用生物转盘工艺时，情况与活性污泥法类似，但生物滤池工艺是否可以在二沉池进水中添加化学物质，值得探讨。

(3)后期除磷

后段除磷是在与生物设施分开的设施中进行沉淀、絮凝和絮凝物质的分离，因此也称为两级工艺。 一般在二沉池后的混合池（M池）中添加沉淀剂，随后设置絮凝池（F池）和沉淀池（或浮选池）。

后除磷工艺流程示意图如图4所示。

对于要求不太严格的受纳水体，可在后除磷过程中使用石灰乳剂药剂，但必须控制出水的PH值，​​例如使用沼气中的CO2进行中和。 使用气浮池比沉淀池能更好地去除悬浮物和总磷，但由于需要持续供应空气，运行成本较高。

三种工艺的优缺点总结于表3

添加除磷剂的位置有3个：

◤

1、预沉淀除磷：在初沉池前添加药剂，通过排除初沉池污泥来除磷。 但这种方法会大大增加污泥产量，影响后续的反硝化反应。 ，一般不推荐。

2、同步沉淀除磷：生化反应池中加入化学药剂，通过去除二沉池剩余污泥来除磷。 同步沉淀除磷一般是在生化反应池曝气区末端添加除磷剂，结合生物除磷过程，在生物处理段去除大部分磷。 该方法除磷效率高，节省投药量，并能改善二沉池活性污泥的沉降性能，提高回流污泥浓度。 ｡

3、后沉淀除磷：即在二沉池后投加药剂，通过混合、絮凝、分离设施去除出水中剩余的磷。 后沉淀除磷一般需要混凝反应池和最终沉淀池。 投资大，运行成本高。

综上所述，辅助化学除磷的最佳位置应位于生化反应池曝气区末端。 同时，二沉池后预留除磷剂加药点，以供紧急情况下使用，保证最终出水。

5、化学沉淀剂用量的计算

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。

化学沉淀除磷时，去除1mol（31g）P至少需要1mol（56g）Fe，或者至少需要1.8（56/31）倍的Fe，或者至少0.9（27/31）倍的Al。 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)

加药系数β受加药地点、混合条件等多种因素影响，建议通过加药试验确定实际加药量。 图5显示了投加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。

6. 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/1，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。

解决方案：初沉处理后去除磷为2毫克/升，则生物处理设施进水磷浓度为11毫克/升，生物同化去除磷为1毫克/升。 需要通过沉淀去除：

P荷载=/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d

P荷载=/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

换算后所需药物剂量为：

130×1000(g/d)/60(g/kg)=/

转换所需的体积为：

2167(公斤/天)/1.3(公斤/升)=16671/

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：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

换算后所需药物剂量为：

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/l FeSO4

转换所需的体积为：

1500·1000(克/天)/72(克/升)=/

7、化学除磷对污水处理的影响

(1)化学除磷对污水处理厂出水金属含量的影响

污水处理厂出水中金属和化学物质的含量主要取决于悬浮物的分离。 当然，药剂的投加量、β值、pH值、污水碱度以及投加技术也对其有影响。

污水处理厂出水中的铁和铝一般为不溶性磷酸盐和氢氧化物，以悬浮状态存在。

当药剂投加量正常（如β=1.5，同时沉淀），pH为中性，有足够好的二沉池或沉淀池时，铝、铁的含量一般不会超过1.0mg/l 。 ，虽然污水处理厂进水中的铁含量常常超过1.0mg/l； 絮凝过滤器出水中铁或铝含量一般小于0.5mg/l。

(2)化学除磷对出水含盐量的影响

使用金属药剂沉磷，必然导致污水处理厂出水盐分（Cl-或SO42-含量）增加。 其增量可通过计算确定：

喜欢：

实施例1：添加AlCl3至中等剂量。 由于1kg Al对应3.9(3×35.5/27=3.94)kg Cl-，因此Cl-的增加量为：

130×3.94=-/d

换算后的浓度为：

513kg/d×1000//d=51.3mg/l

实施例2：在介质投资中添加FeSO4。 由于1kgFe对应1.7((32+4×16)/56=1.71)kg的SO42-，所以SO24-的增加量为：

270×1.7=461.-/天

换算后的浓度为：

461.7kg/d×1000//d=46.2mg/l

城市污水处理厂正常出水含有少量工业废水，Cl-＜100mg/l，SO24-＜200mg/l。 也就是说，使用金属药剂后，出水中的盐分Cl-含量将增加50%，SO42-将增加25%。 %。 当受纳水体有严格要求时，应检查含盐量。

461.7kg/d×1000//d=46.2mg/l

城市污水处理厂正常出水含有少量工业废水，Cl-＜100mg/l，SO24-＜200mg/l。 也就是说，使用金属药剂后，出水中的盐分Cl-含量将增加50%，SO42-将增加25%。 %。 当受纳水体有严格要求时，应检查含盐量。

由于在磷酸盐沉淀的同时碳酸氢盐也被去除，因此废水中的总盐含量（电导率）几乎保持不变。

(3)化学除磷对碱度的影响

水的碱度是指使一升水达到一定pH值所需的HCl量。 碱度还指对酸的缓冲能力。 污水处理厂进水的碱度与其所在流域饮用水的碱度以及氨产生的碱度相对应。 磷酸盐沉淀过程中，只要有铁或铝离子进入水溶液，就形成六水合物； 一般形式为Me(H2O)3+6（Me：金属）。 该复合物可以像酸一样进一步水解：

Me(H2O)63+→3H++Me(OH)3+3H2O (式9)

该反应与溶液的pH值有关，也会降低水的碱度。 由于氢氧化物以不溶络合物的形式沉淀，不会增加污水的碱度，因此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。 同时沉淀分离磷酸盐只能略微增加废水的碱度。

(4)化学除磷对剩余污泥产量的影响

如前所述，去除污水中的溶解磷会导致污泥的产生。 不同工艺的污泥排放地点不同。 对于同步沉淀，设施以剩余污泥的形式排放。 剩余污泥产量是污泥处理设计和运行中的一个重要参数。 同步沉淀化学除磷，单位污泥产量由去除BOD5产生的剩余污泥和同步沉淀除磷的沉淀物组成。 。

对于同时沉淀和化学除磷来说，产生的污泥由沉淀剂的类型和添加的金属离子与待沉淀的磷的摩尔比决定。 当β=1.5时，添加1kg Fe可生产2.5kg干物质，或添加1kg Al可生产4kg干物质。

对于同时沉淀和化学除磷来说，产生的污泥由沉淀剂的类型和添加的金属离子与待沉淀的磷的摩尔比决定。 当β=1.5时，添加1kg Fe可生产2.5kg干物质，或添加1kg Al可生产4kg干物质。

(5)化学除磷对硝化反应的影响

当用硫酸铁同时沉淀时，会阻碍硝化反应。 在这种情况下，建议提高泥龄10%。 使用氯化铁盐剂对硝化反应没有影响。 表4为各种沉降工艺对硝化反应的影响系数。 该影响系数是指特定工艺条件和常规工艺条件（不除磷、同等硝化反应能力下）的泥龄。 ) 与污泥龄之比。

由于预沉淀过程中也会析出不溶性碳化合物，无法为稳定氮氧化过程所需的反硝化反应提供足够的碳化合物，因此预沉淀对氮的去除也受到限制。 会产生负面影响。 一个常见的问题是，许多碳化合物已通过一次沉淀去除，这通常不足以进行预反硝化反应。 预降水进一步加剧了这一矛盾。