除磷工艺比较与选择

污水除磷工艺比较与选择1.化学除磷1.1化学除磷原理化学除磷主要是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类（如磷酸盐）反应生成颗粒状、非溶解性的物质。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅是沉析反应，同时还发生着化学絮凝作用，即形成的细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的絮凝体。污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。1.2化学除磷药剂为了生成非溶解性的磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙。许多高价金属离子药剂投加到污水中后都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物，但出于经济原因考虑，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+盐、Fe2+盐和Al3+盐，这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。除金属盐药剂外，氢氧化钙也用作沉析药剂，反应生成不溶于水的磷酸钙。表1污水净化常用药剂类型名称分子式状态铝盐硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O固体Al2(SO4)3·14H2O液体nAl2(SO4)3·xH2O+mFe2(SO4)3·yH2O固体氯化铝AlCl3液体AlCl3+FeCl3液体聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m液体二价铁盐硫酸亚铁FeSO4·7H2O固体FeSO4液体三价铁盐氯化硫酸铁FeClSO4液体（约40%）氯化铁FeCl3液体（约40%）熟石灰氢氧化钙Ca(OH)2约40%的乳液铝盐的混凝沉淀Al2(SO4)3+6H2O----2Al(OH)3+3SO42-+6CO2Al2(SO4)3+2PO4----2AlPO4+3SO42-在pH为6.0—6.5的条件下，每1mol的磷需要加铝1.5-3.0mol。如果水显碱性，在加铝之前应先降低pH以减少Al(OH)3沉淀。铁盐的混凝沉淀Fe2(SO4)3+3HCO3----Fe(OH)3+2SO42-+3CO2Fe3++PO43----FePO4↓pH=5～5.5每1mol磷需要加铁（Fe3+)1.5—3mol，最佳pH为5.0。对磷含量为5mg/l左右的二级处理水，通过投加100－200mg/l的氯化铁（FeCl3.6H2O)就可以得到90％以上的磷去除率。金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉析去除是次要的，但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程。沉析效果是受PH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受PH的影响。对于铁盐最佳PH值范围为5.0～5.5，对于铝盐为6.0～7.0，因为在以上PH值范围内FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金属盐药剂会给污水和污泥处理还会带来益处，比如会降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。由于金属盐药剂的投加会使污水处理厂出水中的Cl-或SO2-4离子含量增加。如果沉析药剂溶液中另外含有酸的话，则需特别加以注意。投加金属盐药剂后相应会降低污水的碱度，这也许会对净化产生不利影响。当在同步沉析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者铁负荷对农业的影响。石灰的混凝沉淀5Ca2++4OH-+3HPO42----Ca5OH(PO4)3+3H2O为使磷的去除率达到90％以上，需要把pH值调到10.5-11.0以上。Ca/P的重量比为2.2:1以上。沉折过程中，对于不溶解性的磷酸钙的形成起主要作用的不是Ca2+，而是OH-离子，因为随着pH值的提高，磷酸钙的溶解性降低，采用Ca(OH)2除磷要求的pH值为8.5以上。但在pH值为8.5到10.5的范围内除了会产生磷酸钙沉析外，还会产生碳酸钙，这也许会导致在池壁或渠、管壁上结垢。其反应式Ca2++CO32-→CaCO3与钙进行磷酸盐沉析的反应除了受到PH值的影响，另外还受到碳酸氢根浓度(碱度)的影响。在一定的PH值惰况下，钙的投加量是与碱度成正比的。对于软或中硬的污水，采用钙沉析时，为了达到所要求的PH值所需要的钙量是很少的，具有强缓冲能力的污水相反则要求较大的钙投加量。1.3化学除磷工艺化学除磷工艺可按化学药剂的投加地点来分类，实际中常采用的有：前置除磷、同步除磷和后置除磷。前置除磷工艺的特点是化学药剂投加在沉砂池中、初沉池的进水渠（管）中、或者文丘里渠（利用涡流）中。其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要。相应产生的沉析产物（大块状的絮凝体）在初沉池中通过沉淀被分离。如果生物段采用的是生物滤池，则不允许使用铁盐药剂，以防止对填料产生危害（产生黄锈）。前置除磷工艺由于仅在现有工艺前端增加化学除磷措施，比较适合于现有污水处理厂的改建，通过这一工艺步骤不仅可以除磷，而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的化学药剂主要是石灰和金属盐药剂。前置除磷后控制剩余磷酸盐的含量为1.5-2.5mg/L，完全能满足后续生物处理对磷的需要。同步除磷是目前使用最广泛的化学除磷工艺，在国外约占所有化学除磷工艺的50%。其工艺是将化学药剂投加在曝气池出水或二沉池进水中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠（管）中。目前已确定对于活性污泥法工艺和生物转盘工艺可采用同步化学除磷方法，但对于生物滤池工艺能否将药剂投加在二次沉淀池进水中尚值得探讨。后置除磷是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物处理相分离的设施中进行，因此也叫二段法工艺。一般将化学药剂投加到二沉池后的一个混合池中，并在其后设置絮凝池和沉淀池（或气浮池）。对于要求不严的受纳水体，在后置除磷工艺中可采用石灰乳液药剂，但必须对出水pH值加以控制，如可采用CO2进行中和。采用气浮池可以比沉淀池更好地去除悬浮物和总磷，但因为需要恒定供应空气因而运行费用较高。表2各种化学除磷工艺比较工艺类型优点缺点前置除磷工艺1）能降低生物处理构筑物负荷，平衡负荷的波动变化，从而降低能耗；2）与同步除磷相比，活性污泥中有机成分不会增加；3）现有污水厂易于实施改造。1）总污泥产量增加；2）影响反硝化反应（底物分解过多）；3）对改善污泥指数不利。同步除磷工艺1）通过污泥回流可以充分利用除磷药剂；2）如果将药剂投加到曝气池中，可采用价格较便宜的二价铁盐药剂；3）金属盐药剂会使活性污泥重量增加，从而可以避免污泥膨胀；4）同步除磷设施的工程量较小。1）采用同步除磷工艺会增加污泥产量；2）采用酸性金属盐药剂会使pH值下降到最佳范围以下，对硝化反应不利；3）硝酸盐污泥和剩余污泥混合在一起，回收磷酸盐较为困难，此外在厌氧状态下污泥中磷会再释放；4）回流泵会破坏絮体，但可通过投加高分子絮凝助凝剂减轻这种危害。后置除磷工艺1）硝酸盐的沉淀与生物处理过程相分离，互不影响；2）药剂投加可以按磷负荷的变化进行控制；3）产生的磷酸盐污泥可以单独排放，并可以加以利用。后置除磷工艺所需投资大、运行费用高，但当新建污水处理厂时，采用后置除磷工艺可以减小生物处理二沉池的尺寸。2.生物法除磷生物法除磷的原理是某些细菌交替地处于厌氧与好氧条件下,在厌氧时,细菌吸收低分子的有机物并以聚β2羟基丁酸(PHB)等形式在体内储存起来,同时将细胞原生质中聚合磷酸盐以正磷酸盐的方式释放出来,此时污水中磷的含量升高,BOD的含量降低。然后在好氧条件下,细菌将吸收的有机物(PHB)氧化分解,并提供能源,同时从污水中吸收大量的磷,以聚磷酸盐的形式储存起来,其吸收的量大于其释放的量,这时污水中的磷含量大大降低,通过把剩余污泥排出系统,同时将细菌摄入的磷排走从而达到除磷的目的。常见的生物除磷主要工艺：A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺等。A/O工艺，这是目前最为简单的一种生物除磷方法，原污水或初沉池出水与回流污泥在厌氧池中进行混合，这种工艺要求没有硝化反应。一般来说，当厌氧区和好氧区的水力停留时间分别为0.5～1h和1～3h时，便可获得较好的去除磷和去除有机物的效果。由于生物除磷系统主要通过排除剩余污泥去除磷，因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱氮效果。一般污泥龄较短的系统产生较多的剩余污泥，可以取得较高的除磷效果。有报道，泥龄为30天时的除磷率为40％；年龄为17天时除磷率为50％；年龄为5天时的除磷率可提高到87％。总结化学沉淀法除磷工艺虽除磷效率相对较高,但消耗化学药剂并产生大量的化学污泥,处理成本相对昂贵;而传统的生物处理工艺操作简单,但磷去除效率较低,难以满足出水要求。综上所述及惠尔康污水厂的情况，建议使用化学沉淀同步除磷工艺。