摘要：当今，随着工业生产的快速发展，环境污水的现象也变得愈发严重，随着带来的生活污水中含有大量的磷，容易造成水体富营养化现象的发生。除磷技术作为整体污水处理系统中最重要的组成部分，其技术水平和质量将直接影响着整个城市的污水处理状况，可以考虑采取化学除磷或化学辅助除磷。本文在此从除磷技术的现状出发，对化学除磷的工艺及不同化学除磷药剂的应用做了一定的研究。
关键词：污水；除磷工艺；除磷药剂
一、污水除磷技术应用现状
据国际经验，城市污水中磷的含量过高占流入地表总的含磷量的34%。因此降低城市污水中磷的含量是防止水体富营养化加剧的关键。磷的性质与氮、硫不同，因此磷多数以化合物的形式被排放。
化学除磷或化学辅助生物除磷在国外得到了较为广泛的应用。其中，美国五大湖地区对磷的排放有非常严格的要求。污水处理厂在该地区主要采用化学除磷和生物辅助化学除磷，这两种措施在该地区广泛应用，而在丹麦则是以生物除磷为主化学除磷为辅，也有以化学除磷为主的地区，如瑞典。
二、化学除磷技术中的几个影响因子
1、磷浓度
在出水水质要求相同的基础上，污水含磷量与化学药剂的利用是成正比的。污水含磷量增高，其化学药剂的利用率也相对增高。反之，当污水含磷量降低时，其化学药剂利用率也随之降低，两者相互依存。
2、pH值
pH是污水处理技术中重要的影响因素，当pH值在8.0左右，应使用铁盐进行化学沉淀除磷;当pH值处于5.0-8.0之间时，应采用铝盐进行化学沉淀除磷。
3、碱度
碱度对于化学除磷的效果也有着重要影响。在利用石灰进行除磷时，污水碱度直接决定了石灰的使用量。石灰可以同磷酸盐发生化学反应，产生磷酸钙，当磷的含量较低时，碳酸盐的竞争对污水碱度的影响则会增加。这一过程主要在实验室进行，以便于获得相应的资料和数据。
三、化学除磷的工艺原理
磷不同于氮，不能形成氧化体或还原体，向大气放逐，但具有以固体形态和溶解形态相互循环转化的性能。化学凝聚沉淀除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离从污水中去除。
化学沉淀除磷反应可用下列反应式表示，5Ca2++3PO43-+OH-=Ca5（PO4）3OH。（化学式有误）由反应平衡式可知，增加等式左边钙的浓度可使反应向右移动，形成羟基磷灰石沉淀。
其它金属离子，如铁、铝，对于除磷也是很有效的。在化学沉淀除磷的实际应用中，主要用铁盐和铝盐作为沉淀剂。当用正铁离子除磷时，为形成磷酸盐沉淀，理论上所需的Fe3+和PO43-（下同）质量比为1：1；用亚铁离子除磷时，此比值则为3：2。用铁除磷的效率还取决于PH；对于正铁离子，最适宜的PH为4.5～5.0，对于亚铁离子，则为7.0～8.0。
四、化学除磷的几个重要工艺
1、前沉淀
在生产除磷工艺的前端投放化学试剂，并采取相应的除磷措施，一般现有的污水处理厂往往采用这一除磷技术。这一工艺流程和同步以及后置相比具有一定优越性，不仅能够实现除磷的要求，而且能够减少后续的相关操作，更加简便，除此之外，通过该工艺流程可以很好地进行磷酸盐的回收。
作为某些除磷中必不可少的一项操作，前沉淀要求把剩余磷酸盐含量控制在1.5～2.5mg/L之间，只有达到相应的质量指标，才能够进行下一步的相关操作。在该工艺流程中，一般直接向其中的沉砂池、初沉池的文丘里渠内加入相应的化学药剂，然后会直接生成相应的絮凝物或者是沉淀物，进行初淀池的过滤，经过过滤之后进行分离，完成相应操作。
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2、同步化学沉淀
化学沉淀剂往往加在曝气池的进水中，在有些情况下，则投加于曝气池中或回流污泥中；有的则投加于曝气池出水中。化学混凝沉淀除磷与活性污泥法沉淀同时发生于二次沉淀池中，称为同步化学沉淀。这种方法可使用最便宜的沉淀剂硫酸亚铁，除磷效率达85%～90%。
3、后沉淀
这种工艺流程是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物设施相分离的设施中进行，因而也就有二段法工艺的说法。一般将沉析药剂投加到二次沉淀池后的一个混合池（M池）中，并在其后设置絮凝池（F池）和沉淀池（或气浮池）。另外采用气浮池也能比沉淀池更好的去除悬浮物以及总磷，但是需要恒定供应空气因此运转费用比较高。
五、几种不同的化学除磷药剂的应用
1、铝盐
采用铝盐作为药剂添加在化学除磷工艺中，经常使用的有三种，一种是硫酸铝，一种是氯化铝，还有一种是聚合氯化铝，在具体的反应过程中，包含两个主要的反应过程，首先是三价铝离子通过与磷酸根产生反应而出现沉淀，沉淀的化合物为AlPO4。其次是三价铝离子能够出现水解反应，在这一过程中会有正电荷以及单核羟基络合物以及多核羟基络合物的存在，在经过范德华力以及网捕等一系列的作用以后，就能达到比较理想的沉淀效果，这样也就达到了化学除磷的要求。在运用铝盐进行化学除磷的过程中，需要重点控制pH，这样才能达到理想的除磷效果，否则会造成所排放的水体中铝盐超标。
2、铁盐
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。
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。
六、结语
综上，在实际污水处理中，应该根据前方来水磷含量的具体情况使用铁或铝等化学试剂，选择化学除磷的具体方式，降低化学药剂的投加量和减少污泥量，从而促进环境污水工艺的发展。
参考文献：
【1】刘宁，陈小光，崔彦召，柳建设，徐晓雪.化学除磷工艺研究进展[J].化工进展，2012，（7）.
【2】王文超，张 华，张 欣．化学除磷在城市污水处理中的应 用[J]．水科学与工程技术，2008，1(1)：14．17．
论文作者:马国珊
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/18
标签：化学论文; 药剂论文; 污水论文; 磷酸盐论文; 工艺论文; 污水处理论文; 絮凝论文; 《防护工程》2017年第35期论文;