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【純水設(shè)備http://】化學(xué)除磷的原理

    上回說道，化學(xué)除磷藥劑有三類，分別是石灰，鋁鹽和鐵鹽等。

    由于石灰對(duì)生物處理的pH影響較大，加之容易引起管道堵塞問題，所以以生物除磷為主的污水廠很少使用。工業(yè)純水設(shè)備

    國內(nèi)較常用的是鐵鹽或鋁鹽，它們與磷的化學(xué)反應(yīng)如式(1)?(2)?

    Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

    Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

    與沉淀反應(yīng)相競(jìng)爭的反應(yīng)是金屬離子與OH-的反應(yīng)，反應(yīng)式如式(3)?(4)?

    Al3++3OH-→Al(OH)3↓(3)

    Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(4)

    金屬氫氧化物會(huì)形成大塊的絮凝體，這對(duì)于沉淀產(chǎn)物的絮凝是有利的，同時(shí)還會(huì)吸附膠體狀的物質(zhì)?細(xì)微懸浮顆粒?

    二、除磷藥劑投加位置的選擇

    除磷藥劑的投加位置有以下三種。

    1、預(yù)沉淀除磷：在初沉池前投加化學(xué)藥劑，通過排除初沉池的污泥達(dá)到除磷的目的?但是這種方法會(huì)大量增加污泥產(chǎn)量，并且對(duì)后續(xù)反硝化反應(yīng)造成影響，一般不推薦使用。

    2、同步沉淀除磷：在生化反應(yīng)池中投加化學(xué)藥劑，通過排除二沉池的剩余污泥除磷?

    同步沉淀除磷一般是在生化反應(yīng)池曝氣區(qū)尾部投加除磷藥劑，結(jié)合生物除磷過程，將絕大部分的磷在生物處理段內(nèi)予以去除?這種方法除磷效率高，節(jié)省投藥量，而且可以改善活性污泥在二沉池中的沉降性能，提高回流污泥濃度?工業(yè)純水設(shè)備

    3、后沉淀除磷：即在二沉池后投加化學(xué)藥劑，通過混合?絮凝及分離設(shè)施將殘余在出水中的磷去除?

    后沉淀除磷一般須設(shè)混凝反應(yīng)池及終沉池，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。

    綜上，輔助化學(xué)除磷的最佳投藥位置宜設(shè)在生化反應(yīng)池曝氣區(qū)尾部?同時(shí)，預(yù)留二沉池后除磷藥劑投加點(diǎn)，以備應(yīng)急情況下投入使用，確保最終出水。

    三、除磷藥劑投加量的計(jì)算

    由式(1)和式(2)可知去除1mol的磷酸鹽，需要1mol的鐵離子或鋁離子?

    由于在實(shí)際工程中，反應(yīng)并不是100%有效進(jìn)行的，加之OH-會(huì)參與競(jìng)爭，與金屬離子反應(yīng)，生成相應(yīng)的氫氧化物，如式(3)和式(4)，所以實(shí)際化學(xué)沉淀藥劑一般需要超量投加，以保證達(dá)到所需要的出水P濃度?純水設(shè)備

    《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5冊(cè)和德國設(shè)計(jì)規(guī)范中都提到了同步沉淀化學(xué)除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽(或鐵鹽)來考慮?

    為了計(jì)算方便，實(shí)際計(jì)算中將摩爾換算成質(zhì)量單位?

    如：1molFe=56gFe，1molAl=27gAl，1molP=31gP；

    也就是說去除1kg磷，當(dāng)采用鐵鹽時(shí)需要投加:1.5×(56/31)=2.7kgFe/kgP；

    當(dāng)采用鋁鹽時(shí)需投加:1.5×(27/31)=1.3kgAl/kgP?

    四、需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量計(jì)算工業(yè)純水設(shè)備

    同步沉淀化學(xué)除磷系統(tǒng)中，想要計(jì)算出除磷藥劑的投加量，關(guān)鍵是先求得需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量?對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的污水處理廠及設(shè)計(jì)中的污水處理廠其算法有所不同?

    1、已經(jīng)運(yùn)行的污水處理廠PPrec=PEST-PER

    (5)式中PPrec———需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量，mg/L；

    PEST———二沉池出水總磷實(shí)測(cè)濃度，mg/L；

    PER———污水處理廠出水允許總磷濃度，mg/L?

    2、設(shè)計(jì)中的污水處理廠

    根據(jù)磷的物料平衡可得:PPrec=PIAT-PER-PBM-PBioP

    (6)式中PIAT———生化系統(tǒng)進(jìn)水中總磷設(shè)計(jì)濃度，mg/L；

    PBM———通過生物合成去除的磷量，PBM=0.01CBOD，IAT，mg/L；CBOD，IAT———生化系統(tǒng)進(jìn)水中BOD5實(shí)測(cè)濃度，mg/L；

    PBioP———通過生物過量吸附去除的磷量，mg/L?

    PBioP值與多種因素有關(guān)，德國ATV-A131標(biāo)準(zhǔn)中推薦PBioP的取值可根據(jù)如下幾種情況進(jìn)行估算：純水設(shè)備

    (1)當(dāng)生化系統(tǒng)中設(shè)有前置厭氧池時(shí):PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT進(jìn)行估算?

    (2)當(dāng)水溫較低?出水中硝態(tài)氮濃度≥15mg/L，即使設(shè)有前置厭氧池，生物除磷的效果也將受到一定的影響，PBioP可按(0.005~0.01)CBOD，IAT進(jìn)行估算?

    (3)當(dāng)生化系統(tǒng)中設(shè)有前置反硝化或多級(jí)反硝化池，但未設(shè)厭氧池時(shí)，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?工業(yè)純水設(shè)備

    (4)當(dāng)水溫較低，回流至反硝化區(qū)的內(nèi)回流混合液部分回流至厭氧池時(shí)(此時(shí)為改善反硝化效果將厭氧池作為缺氧池使用)，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?

    五、計(jì)算案例

    eg1：已建污水處理廠某城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模為2萬m3/d，已建成穩(wěn)定運(yùn)行，二沉池出水排放標(biāo)準(zhǔn)總磷PER≤1.0mg/L，運(yùn)行數(shù)據(jù)表明二沉池出水實(shí)測(cè)總磷濃度PEST=2.5mg/L，欲采用液體三氯化鐵(FeCl3)作為同步化學(xué)除磷藥劑，其有效成分為40%(400gFeCl3/kgFeCl3溶液)，密度為1.42kg/L，求所需除磷藥劑量?純水設(shè)備

    解:按式(5)進(jìn)行計(jì)算PPrec=2.5-1.0=1.5mgP/L；

    所需Fe的投加量至少為2.7×1.5×20000×10-3=81kgFe/d；

    折算成每天需要有效成分為40%的FeCl3溶液體積量為:V=81/[40%×56/(56+35.5×3)×1.42]=0.42m3FeCl3/d?

    eg2：設(shè)計(jì)中的污水處理廠某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)水量為4萬m3/d，采用A2/O生物脫氮除磷工藝，厭氧池進(jìn)水水質(zhì)為:BOD5(CBOD，IAT)=200mg/L，TP(PIAT)=6mg/L，設(shè)計(jì)水溫12℃，冬季運(yùn)行時(shí)為保證脫氮效果，需將部分厭氧區(qū)作為缺氧區(qū)使用?

    二沉池出水BOD5排放標(biāo)準(zhǔn)CBOD，EST≤10mg/L，出水總磷排放標(biāo)準(zhǔn)PEST≤0.5mg/L?設(shè)計(jì)采用固體聚氯化鋁(PAC)作為輔助化學(xué)除磷的藥劑，其有效成分為30%(300gAl2O3/kgPAC)?工業(yè)純水設(shè)備

    為同步沉淀除磷，計(jì)算該污水處理廠冬季運(yùn)行時(shí)所需的除磷藥劑量?

    解：通過生物合成去除的磷為：

    PBM=0.01CBOD，IAT=0.01×200=2mgP/L；

    通過生物過量吸附去除的磷為：

PBioP≤0.005CBOD，IAT=0.005×200=1mgP/L?

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