□文/申素芳 魏 彬

污水处理厂化学除磷加药量确定方法的研究

□文/申素芳 魏 彬

由于国家对污水处理厂出水总磷标准的提高，加药除磷已经成为高标准污水处理厂必备的处理工艺，通过精细化控制合理控制加药量在保证总磷达标的同时适当降低加药量对于降低污水处理厂的运行成本具有非常重要的意义。文章研究了对于特定污水处理厂水质条件下的加药量和除磷量数值关系的确定方法并给出了应用实例，方便污水处理厂在运行管理中确定加药除磷的最佳投药量。

化学除磷；污水处理；加药量

1 研究背景

随着国家对污水处理厂出水水质标准要求越来越高，对于加强总氮、总磷的去除量要求也逐渐提高，目前总氮的达标主要依靠生物法投加碳源，总磷的达标则在依靠生物法的同时需要辅助以化学除磷，由于出水总磷标准的提高，除磷加药成本占污水处理厂运行成本的比例也在不断提高，如何实现经济高效的加药除磷是污水处理厂面临的实际问题，也是业界研究的热点。目前研究较多的加药除磷方法主要包括钙盐除磷、铁盐除磷和铝盐除磷，这3种类型除磷药剂的主要反应原理都是金属离子和磷酸根反应生成难溶性的磷酸盐沉淀。

1.1 钙盐除磷

污水加石灰除磷时，主要有以下反应

高碱度废水要求投加大量石灰将pH调节至10～11，在此氢离子浓度下，磷的沉淀是有效的。只有在碱度非常低的废水中，所用的石灰才主要消耗在磷沉淀反应中。因此，钙盐除磷所要求的pH值较高，而一般的城市污水处理厂处理过程中水的pH值一般都在6～9，投加药剂调节pH，在处理后进行排放时还要将pH值调回6～9，将导致处理成本大幅度提高，显然，钙盐除磷在一般情况下不可行。

1.2 铁盐和铝盐除磷

铁盐与铝盐经常作为除磷沉淀剂，就沉淀而言，其行为特点是一样的，因此在下面的讨论中可以表示为Me3+。在反应过程中这些金属离子既可以生成磷酸盐沉淀也可以生成金属氢氧化物沉淀，相应的反应方程式如下

主反应Me3++H2PO4-→MePO4↓+2H+

副反应Me3++H2PO4-→Me（OH）3↓

反应过程中OH-主要来源于污水中游离OH-以及CO32-或HCO3-形式存在的碱度，相应的反应过程可用下式表示

而在pH近于中性的情况下，碱度主要以HCO3-形式存在，所以金属氢氧化物沉淀生成过程可用下式表示

就磷酸铁和磷酸铝而言，其最小溶解度对应的pH值范围分别为5～5.5和6～7，如果低于这一pH值则磷酸铁和磷酸铝沉淀会再次溶解于水中，导致水中的磷浓度升高，不利于磷的去除。因此，铁盐和铝盐除磷时应控制污水的碱度，既不宜过高也不宜过低。

根据除磷反应的原理，在不考虑金属氢氧化物沉淀的情况下，金属离子和磷酸根的物质的量之比为1∶1，如果适当调节污水的pH，实际能获得与此理论关系相近的结果。在实践中，在不便进行过滤和调节pH值的场合，必须投加过量金属盐，以利于除磷。

2 除磷加药量的确定方法

2.1 加药量确定方法

对已经建成的水厂而言，pH值、温度、搅拌强度及沉淀时间等参数不便进行调控，对除磷效果影响最大，最方便调整的参数为投药量。一般污水处理厂出水pH处于中性，因此铝盐实际上是应用最广泛的除磷药剂，下面以铝盐絮凝剂中的硫酸铝和聚合氯化铝（PAC）为例，讨论对于特定污水处理厂确定除磷加药量的方法。

由于除磷加药过程是金属离子与磷酸根离子发生沉淀反应的过程，若不考虑悬浮态磷，加药量与除磷量应线性相关，悬浮态磷的去除主要靠絮凝反应沉淀来完成，对于污水处理厂的出水，一般悬浮物较低，不足10 mg/L，悬浮态磷对于总磷的贡献较低，因此可以通过绘制加药量-除磷量关系曲线来获得不同除磷量需求下的加药量。

1）称取10 g除磷药剂溶于1 000 mL水中，配制浓度为10 000 mg/L的母液。

2）取10个水样各1 000 mL，编号水样1，水样2……水样10。在水样中加入母液，加药量分别为0、1、3、5、7、10、15、20、30、50 mg/L。

3）对每个水样加药后立即进行搅拌，首先以400 r/min的速度快速搅拌1 min，再以50 r/min的速度慢速搅拌5 min，搅拌后分别沉淀1 h，取上清液测定TP含量分别为c1、c2……c10。

4）2～10号试样中对磷的去除量分别为c1-c2；c1-c3……c1-c10。

5）根据加药量及TP的去除量绘制加药量和TP去除量的关系曲线，根据加药除磷的原理，曲线方程近似为y=Kx+B。

6）根据除磷关系曲线，得出TP达标排放所需的单位体积加药量。生产性试验可以此加药量为参考，根据现场情况适当调整加药量。

7）连续多次测定除磷关系曲线，充分掌握加药量与TP去除量关系的规律，最终得到所需的药剂用量。

8）对多种除磷药剂的除磷关系曲线进行比较，可以得到最适合本厂的药剂类型。

2.2 某污水厂试验实例

对于某污水处理厂的出水，采用硫酸铝和PAC两种药剂按照上述方法分别测得关系曲线，见图1。

图1 PAC、硫酸铝投加量和TP去除量关系曲线

根据加药除磷的原理，磷酸根与金属离子反应产生不溶性的沉淀物，从而达到除磷的目的。因此TP的去除量与金属离子的投加量近似呈正比。根据小试试验结果

PAC除磷效率曲线y=0.016 4x+0.168 6，R2=0.917 4

硫酸铝除磷效率曲线y=0.0252x+0.1448，R2=0.973 3

对悬浮态的磷的去除量与药剂的絮凝性能成正比，PAC的絮凝性能与投加量的关系接近于正弦曲线，小试曲线中有一定的体现，但是絮凝除磷作用相对较弱，可不作考虑。

3 结论与建议

对于特定污水处理厂的出水加药除磷，可以采用绘制线性曲线的方法获得加药量-除磷量的关系公式，从而确定何种药剂除磷效率更高，投药成本更低，获得合理的针对性加药量。如果辅助高效的总磷在线仪表和自动控制程序也可实现全自动控制。

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[2]吴 燕，安树林.废水除磷方法的现状与展望[J].天津工业大学学报，2001，20（1）：20-21.

[3]侯红娟，周 琪.城市污水除磷技术发展[J].四川环境，2004，23（6）：41-45.

□魏 彬/天津创业环保集团股份有限公司。

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1008-3197（2015）06-60-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.021

2015-10-08

申素芳/女，1981年出生，工程师，硕士，江苏省城市规划设计研究院，从事给排水工程规划设计。