浅谈污水处理应用化学除磷药剂

张晓涛 董胜南

摘 要：明确了城市污水处理中除磷的重要性和迫切性，而在普遍采用的生物除磷技术不能满足出水磷的排放标准时可考虑采用化学除磷技术。本文分析了化学除磷的原理及药剂的选择。

关键词：污水处理；化学除磷；药剂

一、引言

随着人们生活水平的不断提高和工业生产的快速发展。大量含磷生活污水、工业废水排入江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，从而引起水体中藻类与水生植物异常繁殖，即水体的富营养化。研究表明。多数水体富营养化的限制因素是磷。因此控制水体中磷的浓度尤为重要。

目前，污水除磷脱氮工艺中的除磷技术主要分为生物除磷和化学除磷两大类。与化学法除磷相比。尽管生物法具有无需投加药剂、运行费用省、污泥产量小的优点。但在实际运行过程中。生物除磷技术也存在着缺点――对废水组分的过度依赖（主要取决于可获得的有机碳化合物的数量和质量）；稳定性和灵活性较差：污泥处理工艺中存在磷的释放造成二次污染，这导致了生物出水很难达到国家污水排放标准的要求。因此需要增加化学除磷。

二、化学除磷的反应机理

化学除磷的反应机理是在污水处理工艺中投加金属盐类等，除磷药剂形成不可溶性的磷酸盐或多聚磷酸盐沉淀产物，然后再通过沉淀分离或过滤分离等方法从污水中去除磷酸盐。药剂投加后，首先，金属离子与磷酸盐快速结合会形成低溶解度、极细小晶状体的磷酸盐化合物；然后，在流速梯度或混合扩散过程作用下互相接触生成大颗粒絮凝体；最后，絮凝体通过沉淀分离或过滤分离等方法将水体分开，得到净化的废水和化学污泥，从而实现化学除磷的目的。因此，化学除磷过程包括沉析、凝聚、絮凝以及固液分离四个步骤，其本质就是磷酸盐从液相转移到固相的过程。在这个过程中沉析和凝聚反应发生的非常快，被认为是同时发生的，凝聚时形成的主粒子，在絮凝过程中相互结合形成更大的粒子――絮体，以利于沉淀或者固液分离，由上述分析 可知，化学除磷效率与沉析和絮凝过程直接相关，沉析、凝聚与磷酸盐化合物种类与化学除磷药剂的种类及pH等因素有关，絮凝过程与除磷工艺形式有关，因此，要提高化学除磷效率必须从化学除磷药剂的种类、反应环境的pH及除磷工艺等因素考虑。

三、化学除磷药剂的种类

目前用于污水化学辅助除磷的药剂主要可分为铝盐、铁盐、钙盐、改性硅藻土及复合絮凝剂等。

3.1铝盐化学除磷药剂

铝盐化学除磷药剂主要有硫酸铝、氯化铝和聚合氯化铝等。三价铝盐药剂除磷的反应包括两个反应过程：

1）三价铝离子与污水中的磷酸根发生沉淀反应，生成沉淀化合物AlPO4；

2）三价铝离子发生水解反应，生成具有较高的正电荷和较大的比表面积的单核羟基络合物A1（OH）2+，A1（OH）21+ 和多核羟基络合物 AI（OH）m（3n-m）+（n>1，m≤3n），然后，多核羟基络合物之间发生范德华力、吸附架桥和网捕等作用获得较好的沉淀效果，从而实现化学除磷。Al3+水解反应和金属磷酸盐的溶解性均受到pH的影响，同时金属离子也会与OH―发生反应，从而与PO43+形成竞争反应不利于除磷，由此可见，铝盐化学除磷过程中控制合适的pH是非常重要的。铝盐除磷理想的pH=5.8～6.9。值得注意的是经用铝盐除磷药剂处理后出水中的铝含量大幅度增加，可能会造成排放水体中铝盐超标，引起微生物铝中毒，因此需要控制投加量。

3.2铁盐除磷药剂

铁盐除磷药剂主要有硫酸亚铁、氯化硫酸铁、氯化铁及聚合氯化铁等。铁盐与铝盐除磷反应机理类似，之外还会发生强烈水解并同时发生各种聚合反应吸附水中的磷。Fe2+除磷效率与pH相关，但有关Fe2+除磷最佳pH存在争议：有人认为 pH=8时，Fe2+除磷效果最好，但王文超等认为pH=7.5～8.5时不易生成沉淀，从而降低了除磷效率。Fe2+除磷需要较高pH 值，而污水厂处理中pH值往往低于7.5，另外，在水中Fe 3（PO4）2没有FePO4稳定，这些都限制了二价铁盐在废水除磷中的应用，实际过程中可利用好氧池曝气的特点将Fe2+氧化成Fe3+来提高化学除磷效率。铁盐与磷酸盐反应形成沉淀物相对于铝盐更加稳定，而具有沉降速度快的优点，因此实际应用比较多，但是具有出水浊度与色度高、对出水pH影响大、运输和贮存麻烦、对设备腐蚀大等缺点，同时铁也是刺激藻类生长和引发湖泊水华的一个重要因素，这些缺点限制其使用范围。

由于需要较高的pH，同时钙盐除磷药剂还会引起池壁或渠、管壁上结垢及曝气管堵塞等，因此钙盐除磷药剂在城市污水处理厂中应用的比较少。磷酸氨镁法是近几年国际上非常流行的废水除磷方法，但我国还未出现相关的报道。

3.3复合新型除磷药剂

复合新型除磷药剂主要有聚氯化铝铁（FAFC）、聚氯化铝（PAC）、聚氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚亚铁、聚氯硫酸铁（PFCS）、聚合硫酸氯化铝铁（PAFCS）、聚合硫酸铝铁（PFAS）以及改性硅藻土等。这些新型除磷药剂基本上都有良好的电荷中和与吸附架桥功能，凝聚性能良好，絮凝体生成迅速，密集度高且质量大，沉降性能优越，沉降的污泥脱水性能好，无二次污染，适用水体pH值范围广，具有较强的去除效果，而且药剂生产工艺简单，原料易得，生产成本低。其中PAFC在污水厂中应用的比较多，原因在于PAFC结合了铝盐和铁盐的双重优点，化学反应速度快、形成絮体大且重、沉降快和过滤性好等优点。因此，PAFC既能克服铝盐絮体生成慢、絮体轻、沉降慢的不足，同时又能克服铁盐除磷的出水浑浊、色度高的缺点。

改性硅藻土是最近新使用的化学除磷药剂，其组成包括硅藻土、PAC和石灰等，其中的PAC和石灰可与PO43+反应生成A1PO4和Ca5（PO4）3OH等沉淀物，同时硅藻土具有吸附、混凝、过滤、共沉等作用，能充分接触并除去水中的PO43+。因此除磷效果较稳定，出水TP变化较小。

由上述的分析可知，复合新型除磷药剂，如聚氯化铝铁结合传统铁盐铝盐除磷药剂的优点，适用范围和条件较广，除磷效果好，而且对污水处理系统中微生物影响较小，具有良好的发展前景。

结束语

对于一般城市污水仅仅采用单纯的生物除磷，特别目前普遍采用的单级生物脱氮与除磷相结合的工艺，难以满足目前国家污水综合排放标准的要求。因此，有必要考虑采取化学除磷或化學辅助除磷。今后，化学除磷的研究方向应是将化学法和生物法结合起来。降低化学药剂的投加量和减少污泥量，为在生产上应用创造条件。

参考文献

[1]陈媛 A2/O工艺化学除磷优化实验及应用[J]-环境 2010

[2]汪秀丽.中国城市污水处理与再生利用.《水利电力科技》，2005.

[3]苏敬志.城市污水处理与再生利用的探讨.《中国新技术新产品》，2010.

（作者单位：东明石化集团）