除磷药剂如何投加效果最好？投加量如何计算？

一、化学除磷的原理

化学除磷药剂有三类，分别是 石灰，铝盐和铁盐等。

由于石灰对生物处理的pH影响较大，加之容易引起管道堵塞问题，所以以生物除磷为主的污水厂很少使用。

国内较常用的是铁盐或铝盐，它们与磷的化学反应如式(1)?(2)?

Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

与沉淀反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应，反应式如式(3)?(4)?

Al3++3OH-→Al(OH)3↓(3)

Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(4)

金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉淀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?

二、除磷药剂投加位置的选择

除磷药剂的投加位置有以下三种。

1、预沉淀除磷： 在初沉池前投加化学药剂，通过排除初沉池的污泥达到除磷的目的?但是这种方法会大量增加污泥产量，并且对后续反硝化反应造成影响，一般不推荐使用。

2、同步沉淀除磷： 在生化反应池中投加化学药剂，通过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应池曝气区尾部投加除磷药剂，结合生物除磷过程，将绝大部分的磷在生物处理段内予以去除? 这种方法除磷效率高，节省投药量，而且可以改善活性污泥在二沉池中的沉降性能，提高回流污泥浓度?

3、后沉淀除磷： 即在二沉池后投加化学药剂，通过混合?絮凝及分离设施将残余在出水中的磷去除?

后沉淀除磷一般须设混凝反应池及终沉池，投资大，运行费用高。

综上，辅助化学除磷的最佳投药位置宜设在生化反应池曝气区尾部?同时，预留二沉池后除磷药剂投加点，以备应急情况下投入使用，确保最终出水。

三、除磷药剂投加量的计算

由式 (1) 和式 (2) 可知去除 1mol 的磷酸盐，需要 1mol 的铁离子或铝离子?

由于在实际工程中，反应并不是 100% 有效进行的，加之 OH ^- 会参与竞争，与金属离子反应，生成相应的氢氧化物，如式 (3) 和式 (4) ，所以实际化学沉淀药剂一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水 P 浓度?

《给水排水设计手册》第 5 册和德国设计规范中都提到了同步沉淀化学除磷可按 1mol 磷需投加 1.5mol 的铝盐 ( 或铁盐 ) 来考虑?

为了计算方便，实际计算中将摩尔换算成质量单位?

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

也就是说去除 1kg 磷，当采用铁盐时需要投加 :1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP ；

当采用铝盐时需投加 :1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP ?

四、需要辅助化学除磷去除的磷量计算

同步沉淀化学除磷系统中，想要计算出除磷药剂的投加量，关键是先求得需要辅助化学除磷去除的磷量?对于已经运行的污水处理厂及设计中的污水处理厂其算法有所不同?

1、 已经运行的污水处理厂 PPrec=PEST-PER 

(5) 式中 PPrec——— 需要辅助化学除磷去除的磷量， mg/L ；
PEST——— 二沉池出水总磷实测浓度， mg/L ；
PER——— 污水处理厂出水允许总磷浓度， mg/L ?  

2、 设计中的污水处理厂

根据磷的物料平衡可得 : PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP 

(6) 式中 PIAT——— 生化系统进水中总磷设计浓度， mg/L ；  
PBM ——— 通过生物合成去除的磷量， PBM= 0.01CBOD ， IAT ， mg/L ； CBOD ， IAT——— 生化系统进水中 BOD5 实测浓度， mg/L ；  
PBioP——— 通过生物过量吸附去除的磷量， mg/L ?

PBioP 值与多种因素有关，德国 ATV-A131 标准中推荐 PBioP 的取值可根据如下几种情况进行估算 ：

(1) 当生化系统中设有前置厌氧池时 :PBioP 可按 (0.01~0.015)CBOD ， IAT 进行估算?  

(2) 当水温较低?出水中硝态氮浓度≥ 15mg/L ，即使设有前置厌氧池，生物除磷的效果也将受到一定的影响， PBioP 可按 (0.005~0.01)CBOD ， IAT 进行估算?  

(3) 当生化系统中设有前置反硝化或多级反硝化池，但未设厌氧池时， PBioP 可按≤ 0.005CBOD ， IAT 进行估算?

(4) 当水温较低，回流至反硝化区的内回流混合液部分回流至厌氧池时 ( 此时为改善反硝化效果将厌氧池作为缺氧池使用 ) ， PBioP 可按≤ 0.005CBOD ， IAT 进行估算?  

五、计算案例

eg1 ： 已建污水处理厂 某城镇污水处理厂规模为 2 万 m3/d ，已建成稳定运行，二沉池出水排放标准总磷 PER ≤ 1.0mg/L ，运行数据表明二沉池出水实测总磷浓度 PEST = 2.5mg/L ，欲采用液体三氯化铁 (FeCl3) 作为同步化学除磷药剂，其有效成分为 40% (400gFeCl3/kg FeCl3 溶液 ) ，密度为 1.42kg/L ，求所需除磷药剂量?

解 : 按式 (5) 进行计算 PPrec=2.5-1.0=1.5mgP/L ；

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

折算成每天需要有效成分为 40% 的 FeCl3 溶液体积量为 :V =81/[40% ×56/(56+35.5×3)× 1.42]=0.42m3FeCl3/d ?  

eg 2 ： 设计中的污水处理厂 某城镇污水处理厂设计水量为 4 万 m3/d ，采用 A2/O 生物脱氮除磷工艺，厌氧池进水水质为 : BOD5(CBOD ， IAT)=200 mg/L ， TP(PIAT )=6 mg/L ，设计水温 12 ℃ ，冬季运行时为保证脱氮效果，需将部分厌氧区作为缺氧区使用?

二沉池出水 BOD5 排放标准 CBOD ， EST ≤ 10 mg/L ，出水总磷排放标准 PEST ≤ 0.5mg/L ?设计采用固体聚氯化铝 (PAC) 作为辅助化学除磷的药剂，其有效成分为 30%(300 gAl2O3/kgPAC) ?

为同步沉淀除磷，计算该污水处理厂冬季运行时所需的除磷药剂量?

解 ： 通过生物合成去除的磷为 ：

PBM =0.01CBOD ， IAT = 0.01×200=2mgP/L ；

通过生物过量吸附去除的磷为 ：

PBioP ≤ 0.005CBOD ， IAT=0.005×200=1mgP/L ?