城市污水处理化学除磷药剂的应用

张端鑫

（厦门水务中环污水处理有限公司，福建厦门 361000）

目前，废水除磷脱氨中的杀菌技术可分为化学处理和生物处理。与生物处理相比，化学除磷仍有一定优势。虽然生物脱硫法中没有黑色添加剂，且投资相对较小，产生的污泥量也较小，但生物处理法的实际应用也显示出许多缺点，如过分依赖废水成分，以及受有机化合物的质和量的影响。另外，处理后的废水灵活性和稳定性差，必须采用化学处理，从而使废水得到有效处理。

1 城市污水处理现状

我国的污水在城市化进程中逐渐增加，对于污水的处理至关重要。化学反应除磷的完成离不开化学沉淀，其主要形成过程如下：在城市污水中加入金属盐，与污水或污泥中的可溶性磷酸盐充分混合，形成不溶性物质从污水中分离出来，从而使污水中磷得到更好的处理。污泥中的某些微生物在好氧状态下会吸收大量的磷，两者反应使磷组分转化为活性污泥组分，与活性污泥一起沉淀，从而实现污水的除磷。随着城市污水处理相关指标（TPs0.5mg/L）的提高，仅靠生物或化学除磷无法使污水达到排放的标准。因此，把化学反应除磷技术与生物溶解除磷技术更好地利用非常重要，如何提高工作效率、提升除磷标准，已经成为城市污水除磷系统的一个研究课题。通过对发达国家污水处理厂处理数据的分析和研究，发现在污水处理中，在一级或二级阶段加入化学试剂，可以有效降低污水磷含量。在现阶段大多数城市污水处理厂存在进水碳源不足的问题，最好采用化学反应除磷技术来强化生物除磷的辅助功能。

2 化学除磷的基本原理

化学除磷的原理是在污水处理过程中加入金属盐等物质，去除污水中的磷酸盐。可以采用的办法有许多，其中，过滤分离或沉淀分离的方法最为有效。加入化学药剂后，磷酸盐和金属离子会迅速结合，形成磷酸盐化合物，这些化合物的溶解度较低，所以会生成沉淀。此外，在化学除磷的过程中还有着一些重要的步骤，如沉淀、絮凝、混凝和固液混凝。最终目标是将磷酸盐的性质从液相转变为固相。在这个过程中，缩合和沉淀反应非常快，甚至可以认为是同时发生的。当冷凝发生时，将产生主要颗粒，而虚拟链将形成更大的颗粒，即传统颗粒，这有利于固液分离。由上可见，化学除磷的效果与絮凝、沉淀直接相关，同样也离不开化学药剂的酸碱度和药剂种类，除磷过程对絮凝过程也有巨大的影响。综上所述，想使化学除磷效果达到最大化，就要注意除磷工艺的选择、除硫剂的应用以及环境酸碱度的影响，并充分做好控制工作。

3 废水除磷工艺的分类和特点概述

废水除磷过程可分为两种形式：生物除磷和化学除磷。生物除磷不需要投入任何化学药剂，降低了成本消耗和污泥产量，降低了化学污染的可能性，但是过度依赖废水成分限制了生物除磷工艺的效果，使得除磷的稳定性和灵活性明显不足，因此容易造成废水的二次污染，难以达到我国的废水排放标准。而化学除磷工艺应用广泛，效果明显，是目前我国污水处理的主要方法。

4 化学除磷的反应机理以及反应特性

4.1 反应机理

化学除磷的反应机理是在污水处理过程中加入金属盐等除磷剂，形成不溶性磷酸盐或多磷酸盐沉淀产物，然后通过沉淀分离或过滤分离去除污水中的磷酸盐。添加药物后，首先金属离子和磷酸盐的快速结合将形成低溶解度的磷酸盐化合物；然后在流速梯度或混合扩散过程的作用下相互融合，生成大颗粒絮体；最后，絮体通过沉淀分离或过滤分离将水体分离成净化后的废水和化学污泥，从而进行化学除磷。因此，化学除磷过程包括四个步骤：沉淀、混凝、絮凝和固液分离。在这个过程中，沉淀和凝结具有较快的反应，其发生也极其迅速，同时凝结过程中形成了主要颗粒，它们相互结合形成较大的絮凝物颗粒，用于沉淀或固液分离。从以上分析可以看出，化学除磷效率与沉淀和絮凝直接相关，沉淀、混凝与磷酸盐化合物、化学除磷剂、酸碱度等因素相关，絮凝过程与除磷工艺也有一定的关系。想要化学除磷得到更好的利用，有必要使用化学除磷剂、并去除反应环境的酸碱度。

4.2 反应特性

根据以往化学处理剂的数据，废水处理是基于酸碱度和含磷化合物的影响，大多数化学处理会选择金属盐类试剂进行反应，使含磷化合物能够被有效取代，成为沉淀物，与水资源隔离，同时，水体的酸碱度可以得到适当的调节，以保证水资源的质量。絮凝可以将沉积物与水分离，降低含磷化合物和置换金属随水流进入外部环境的概率，从而达到化学除磷的基本目的。在分析化学除磷剂的反应特性的过程中，可分为以下步骤：首先，在将化学品投入污水资源的过程中，沉淀和凝结反应会同时发生，从而使化学颗粒在短时间内发生反应，含磷化合物和金属颗粒会迅速沉淀并凝结成大颗粒。其次，在絮凝过程中，可以通过将水质环境结合成絮体结构来阻挡大颗粒，从而避免污水中的掺杂物被排放到外部生态环境中。最后，利用含磷化合物和金属元素质量特性，实现固液分离的要求，使污染物在坑内积累，使污水排放后，污染物能够得到独立、更有效的净化。

5 脱氧除磷工艺

城市污水包括氮、磷、化学需氧量、生化需氧量和其他物质。污水处理的具体过程也分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理主要是预处理阶段，二级处理是物理和化学处理方法，也就是脱氧和除磷技术，这是污水处理不可缺少的部分。三级处理是对有毒有害无机物的处理。活性污泥是城市废水生物处理中使用次数较多的技术。活性污泥和废水在相互作用下，可以让废水中的有机物在曝气的作用下进行分解，从而使生物固体分离，大部分废水可以流回曝气池，最终实现活性污泥的吸附、维持和凝聚，去除废水中的污染物。曝气池和回流供氧系统二沉池是活性污泥脱氧脱磷工艺处理装置必不可少的部分，其可以对曝气池中活性污泥的浓度进行很好的控制。采用活性污泥法处理，需要设置缺氧池和厌氧池，即脱硝处理，以保证除磷的正常有效开展，节约成本，提高效率。

6 影响化学除磷过程的要素

6.1 磷浓度

在同等出水水质要求的基础上，污水中的磷含量与化学药剂的利用率具有一定的比例关系。随着污水中磷含量的增加，化学药剂的利用率也会得到最大限度地提高。相反，当污水中的磷含量降低时，化学药剂的利用率也降低，两者相互依赖。

6.2 酸碱度

酸碱度是污水处理技术中的一个重要因素。当酸碱度约为8.0时，应使用铁盐进行化学沉淀去除磷；当酸碱度在5.0～8.0时，应使用铝盐通过化学沉淀去除磷。

6.3 碱度

碱度是化学除磷中一个重要影响要素。在除磷过程中采用了石灰，污水的碱度对石灰的用量具有重大的影响。当磷含量较低时，碳酸盐竞争会对污水碱度产生不良影响，使其碱度增加。该过程主要在实验室中进行，以便获得相应的一氧化碳信息和数据。

7 化学除磷剂在污水处理过程中的应用

7.1 铝盐化学除磷剂

聚合氯化铝、硫酸铝、氯化铝等是重要的铝盐化学除磷剂。三价铝盐在处理过程中主要用于两个方面：第一，三价铝离子的水解反应将产生具有较大比表面积和较高正电荷的单核羟基络合物；第二，三价铝离子与污水中的磷酸根反应生成沉淀，最终生成沉淀化合物。实际反应和金属磷酸盐的溶解度都容易受到酸碱度的影响，最佳酸碱度为5.8～6.9。需要注意的是，在处理污水的过程中采用铝盐处理剂，将会导致污水中的铝含量增多，这可能会使水中的铝盐不符合要求，因此对于铝盐的加入量要合理使用。

7.2 铁盐化学除磷剂

硫酸亚铁、氯化铁、氯化铁和聚合氯化铁都是主要的铁盐除磷剂。铁盐和铝盐除磷反应的机理相同，除此之外，铁盐和铝盐将经历剧烈的水解和各种聚合反应以吸附水中的磷。铁盐除磷需要较高的酸碱度，而污水处理厂的酸碱度通常低于7.5。此外，Fe3（PO4）2在水中远远不如FePO4稳定，从而导致亚铁盐在废水除磷中无法更好的发挥效用。铁盐与磷酸盐反应可生成沉淀，然而，其具有出水、浊度和色度高、对出水的酸碱度影响大、运输和储存困难等缺点。此外，铁对藻类生长具有重大的影响，这导致其无法得到更好运用。

7.3 复合新型除磷剂

复合新型除磷剂主要有聚合氯化铝铁（PAFC）、聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合硫酸铁（PFCS）、聚合硫酸铝铁（PAFCS）、聚合硫酸铝铁（PFAS）和改性硅藻土。良好的电荷中和和吸附架桥作用是这些新型除磷剂差不多都具备的。复合新型除磷剂的混凝性能好，絮体形成快，密度高，质量好，沉降性能优异，沉降后的污泥具有良好的脱水性，不会再一次产生污染，能更好地应用于较宽的水体酸碱度范围。其生产工艺不复杂而且原料更容易寻找，其生产成本相对低。其中，PAFC 因结合了铝盐和铁盐的优点，如化学反应速度快、有大量絮体生成、沉降速度快、过滤性好，在污水处理厂得到广泛应用。因此，PAFC 可以克服铝盐絮体形成缓慢、轻絮体、沉淀缓慢，铁盐除磷的缺点，其同样也具有缺点，比如出水浊度、色度高。改性硅藻土是在现阶段得到了广泛应用的化学除磷剂，其成分包括硅藻土、PAC 和石灰，其中PAC 和石灰能与PO 反应生成AIPO4和CaS（PO4）3OH 等沉淀物。同时，硅藻土具有吸附、混凝、过滤、共沉淀等优势。并能充分接触和去除水中的PO2，因此除磷效果更稳定，且出水TP 变化较小。

从以上分析可以看出，聚合氯化铝铁与以上系列铁盐、铝盐脱磷剂组合的复合新型脱磷剂具有优势，其应用范围广阔，脱磷的技术和效果好，对污水处理系统影响不大，在其日后的发展中具有良好的发展前景。

8 结语

污水处理在我国发展中至关重要。近年来，工业生产的速度一直在加快，工业生产过程中有大量的污水无法避免，而且污水中含有大量的磷，如果不把污水处理好就排到河流中，会对河流中的水体造成不可避免的污染，并导致水中藻类的异常繁殖。因此，要减少污水中磷的浓度，把我国的污水处理事业推向一个新的水平，从而提高人民的生活水平与环境，促进我国可持续发展。