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    如何投加藥劑,才能讓化學除磷更有效?

    如何投加藥劑,才能讓化學除磷更有效?

    分類:
    技術交流
    2020/07/03 11:37
    【摘要】:
    化學除磷主要是通過化學沉析過程完成的,化學沉析是指通過向污水中投加無機金屬鹽藥劑與污水中溶解性的鹽類(如磷酸鹽)反應生成顆粒狀、非溶解性的物質。實際上投加化學藥劑后,污水中進行的不僅是沉析反應,同時還發生著化學絮凝作用,即形成的細小的非溶解狀的固體物互相粘結成較大形狀的絮凝體。

    要保證TP達到更嚴格的排放限值,必須分析來說中的磷組分,常規的化學除磷,去除的主要是正磷酸鹽,而對于有機磷及偏磷酸鹽等是很難去除的,通常需要次氯酸鈉化學氧化或堿性水解的方式將其分解成正磷酸鹽,然后通過化學藥劑去除。

     

    而我們所稱的化學除磷其實指的就是去除正磷酸鹽!

     

    1、化學除磷藥劑的選擇


    為了生成非溶解性的磷酸鹽化合物,用于化學除磷的化學藥劑主要是金屬鹽藥劑和氫氧化鈣。許多高價金屬離子藥劑投加到污水中后都會與污水中的溶解性磷離子結合生成難溶解性的化合物,但出于經濟原因考慮,用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是Fe3+鹽、Fe2+鹽和Al3+鹽,這些藥劑是以溶液和懸浮液狀態使用的。除金屬鹽藥劑外,氫氧化鈣也用作沉析藥劑,反應生成不溶于水的磷酸鈣。

     


    鋁鹽除磷方程式:

     

    Al2(SO4)3+6H2O----2Al(OH)3+3SO42-+6CO2
    Al2(SO4)3+2PO4----2AlPO4+3SO42-

     

    在pH為6.0-6.5的條件下,每1mol的磷需要加鋁1.5-3.0mol。如果水顯堿性,在加鋁之前應先降低pH以減少Al(OH)3沉淀。

     

    鐵鹽除磷方程式:

     

    Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2
    Fe3++PO43----FePO4↓pH=5~5.5

     

    每1mol磷需要加鐵(Fe3+)1.5-3mol,最佳pH為5.0。

     

    對磷含量為5mg/l左右的二級處理水,通過投加100-200mg/l的氯化鐵(FeCl3.6H2O)就可以得到90%以上的磷去除率。

     

    金屬氫氧化物會形成大塊的絮凝體,這對于沉析產物的絮凝是有利的,同時還會吸附膠體狀的物質、細微懸浮顆粒。需要注意的是有機物在以化學除磷為目的化學沉析反應中的沉析去除是次要的,但在分離時有機性膠體以及懸浮物的凝結在絮凝體中則是決定性的過程。

     

    沉析效果是受PH值影響的,金屬磷酸鹽的溶解性同樣也受PH的影響。對于鐵鹽最佳PH值范圍為5.0~5.5,對于鋁鹽為6.0~7.0,因為在以上PH值范圍內FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金屬鹽藥劑會給污水和污泥處理還會帶來益處,比如會降低污泥的污泥指數,有利于沼氣脫硫等。

     

    由于金屬鹽藥劑的投加會使污水處理廠出水中的Cl-或SO2-4離子含量增加。如果沉析藥劑溶液中另外含有酸的話,則需特別加以注意。

     

    投加金屬鹽藥劑后相應會降低污水的堿度,這也許會對凈化產生不利影響。當在同步沉析工藝中使用硫酸鐵時,必須考慮對硝化反應的影響。

     

    另外,如果污水處理廠污泥用于農業,使用金屬鹽藥劑除磷時必須考慮鋁或者鐵負荷對農業的影響。

     

    石灰除磷方程式:

     

    5Ca2++4OH-+3HPO42----Ca5OH(PO4)3+3H2O

     

    為使磷的去除率達到90%以上,需要把pH值調到10.5-11.0以上。Ca/P的重量比為2.2:1以上。

     

    沉析過程中,對于不溶解性的磷酸鈣的形成起主要作用的不是Ca2+,而是OH-離子,因為隨著pH值的提高,磷酸鈣的溶解性降低,采用Ca(OH)2除磷要求的pH值為8.5以上。

     

    但在pH值為8.5到10.5的范圍內除了會產生磷酸鈣沉析外,還會產生碳酸鈣,這也許會導致在池壁或渠、管壁上結垢。與鈣進行磷酸鹽沉析的反應除了受到PH值的影響,另外還受到碳酸氫根濃度(堿度)的影響。在一定的PH值惰況下,鈣的投加量是與堿度成正比的。

     

    對于軟或中硬的污水,采用鈣沉析時,為了達到所要求的PH值所需要的鈣量是很少的,具有強緩沖能力的污水相反則要求較大的鈣投加量。

     

    2、化學除磷藥劑投加點的選擇

     

    化學除磷工藝可按化學藥劑的投加地點來分類,實際中常采用的有:前置除磷、同步除磷和后置除磷。

     

    前置除磷工藝的特點是化學藥劑投加在沉砂池中、初沉池的進水渠(管)中、或者文丘里渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應產生的沉析產物(大塊狀的絮凝體)在初沉池中通過沉淀被分離。如果生物段采用的是生物濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以防止對填料產生危害(產生黃銹)。

     

     

    前置除磷工藝由于僅在現有工藝前端增加化學除磷措施,比較適合于現有污水處理廠的改建,通過這一工藝步驟不僅可以除磷,而且可以減少生物處理設施的負荷。常用的化學藥劑主要是石灰和金屬鹽藥劑。前置除磷后控制剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/L,完全能滿足后續生物處理對磷的需要。

     

    同步除磷是目前使用最廣泛的化學除磷工藝,在國外約占所有化學除磷工藝的50%。其工藝是將化學藥劑投加在曝氣池出水或二沉池進水中,個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進水或回流污泥渠(管)中。

     

     

    目前已確定對于活性污泥法工藝和生物轉盤工藝可采用同步化學除磷方法,但對于生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉淀池進水中尚值得探討。

     

    后置除磷是將沉析、絮凝以及被絮凝物質的分離在一個與生物處理相分離的設施中進行,因此也叫二段法工藝。一般將化學藥劑投加到二沉池后的一個混合池中,并在其后設置絮凝池和沉淀池(或氣浮池)。

     

     

    對于要求不嚴的受納水體,在后置除磷工藝中可采用石灰乳液藥劑,但必須對出水pH值加以控制,如可采用CO2進行中和。

     

    采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和總磷,但因為需要恒定供應空氣因而運行費用較高。

     

    表2  各種化學除磷工藝比較

     

    3、化學除磷工藝的設計規范

     

    在室外排水設計規范 GB50014-2006(2014年版)中對于化學除磷設計做了以下幾個規定:

     

    1、關于化學除磷應用范圍的規定。

     

     

    《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB 18918規定的總磷的排放標準:當達到一級A標準時,在2005年12月31日前建設的污水廠為1mg/L,2006年1月1日起建設的污水廠為0.5mg/L。一般城鎮污水經生物除磷后,較難達到后者的標準,故可輔以化學除磷,以滿足出水水質的要求。

     

     

    強化一級處理,可去除污水中絕大部分磷。上海白龍港污水廠試驗表明,當FeCl3投加量為40mg/L~80mg/L,或Al2(SO4)3·18H2O投加量為60mg/L~80mg/L時,進出水磷酸鹽磷濃度分別為2mg/L~9mg/L和0.2mg/L~1.1mg/L,去除率為60%~95%。

     

    污泥厭氧處理過程中的上清液、脫水機的過濾液和濃縮池上清液等,由于在厭氧條件下,有大量含磷物質釋放到液體中,若回流入污水處理系統,將造成污水處理系統中磷的惡性循環,因此應先進行除磷,一般宜采用化學除磷。

     

    2、關于藥劑投加點的規定。

     

     

    以生物反應池為界,在生物反應池前投加為前置投加,在生物反應池后投加為后置投加,投加在生物反應池內為同步投加,在生物反應池前、后都投加為多點投加。

     

     

    前置投加點在原污水處,形成沉淀物與初沉污泥一起排除。前置投加的優點是還可去除相當數量的有機物,因此能減少生物處理的負荷。后置投加點是在生物處理之后,形成的沉淀物通過另設的固液分離裝置進行分離,這一方法的出水水質好,但需增建固液分離設施。同步投加點為初次沉淀池出水管道或生物反應池內,形成的沉淀物與剩余污泥一起排除。多點投加點是在沉砂池、生物反應池和固液分離設施等位置投加藥劑,其可以降低投藥總量,增加運行的靈活性。由于pH值的影響,不可采用石灰作混凝劑。在需要硝化的場合,要注意鐵、鋁對硝化菌的影響。

     

    3、關于藥劑種類、劑量和投加點宜根據試驗確定的規定。

     

    由于污水水質和環境條件各異,因而宜根據試驗確定最佳藥劑種類、劑量和投加點。

     

    4、關于化學除磷藥劑的規定。

     

     

    鋁鹽有硫酸鋁、鋁酸鈉和聚合鋁等,其中硫酸鋁較常用。鐵鹽有三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵等,其中三氯化鐵最常用。

     

     

    采用鋁鹽或鐵鹽除磷時,主要生成難溶性的磷酸鋁或磷酸鐵,其投加量與污水中總磷量成正比??捎糜谏锓磻氐那爸?、后置和同步投加。采用亞鐵鹽需先氧化成鐵鹽后才能取得最大除磷效果,因此其一般不作為后置投加的混凝劑,在前置投加時,一般投加在曝氣沉砂池中,以使亞鐵鹽迅速氧化成鐵鹽。

     

    采用石灰除磷時,生成Ca5(PO4)3OH沉淀,其溶解度與pH值有關,因而所需石灰量取決于污水的堿度,而不是含磷量。石灰作混凝劑不能用于同步除磷,只能用于前置或后置除磷。石灰用于前置除磷后污水pH值較高,進生物處理系統前需調節pH值;石灰用于后置除磷時,處理后的出水必須調節pH值才能滿足排放要求;石灰還可用于污泥厭氧釋磷池或污泥處理過程中產生的富磷上清液的除磷。用石灰除磷,污泥量較鋁鹽或鐵鹽大很多,因而很少采用。加入少量陰離子、陽離子或陰陽離子聚合電解質,如聚丙烯酰胺(PAM),作為助凝劑,有利于分散的游離金屬磷酸鹽絮體混凝和沉淀。

     

    5、關于鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時,投加量的規定。

     

     

    理論上,三價鋁和鐵離子與等摩爾磷酸反應生成磷酸鋁和磷酸鐵。由于污水中成分極其復雜,含有大量陰離子,鋁、鐵離子會與它們反應,從而消耗混凝劑,根據經驗投加時其摩爾比宜為1.5~3。

     

    6、關于應考慮污泥量的規定。

     

     

    化學除磷時會產生較多的污泥。采用鋁鹽或鐵鹽作混凝劑時,前置投加,污泥量增加40%~75%;后置投加,污泥量增加20%~35%;同步投加,污泥量增加15%~50%。采用石灰作混凝劑時,前置投加,污泥量增加150%~500%;后置投加,污泥量增加130%~145%。

     

    7、規定了接觸腐蝕性物質的設備應采取防腐蝕措施。

     

     

    三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵都具有很強的腐蝕性;硫酸鋁固體在干燥條件下沒有腐蝕性,但硫酸鋁液體卻有很強的腐蝕性,故做此規定。
     

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