化学除磷原理与计算

1.磷与富营养化

磷是生命活动的必需元素，也是一种稀有的不可再生资源。由于含磷洗涤剂的广泛使用，我国城市污水中普遍含有5-10mg/L的磷。如果不加处理就进入湖泊、河口、海湾等扩散能力差的缓流水体，会引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖。

2.总磷的测定

污水中的含磷化合物主要分为无机磷和有机磷两类。

无机磷主要是各种磷酸盐，包括正磷酸盐、偏磷酸盐，焦磷酸盐、以及三聚磷酸盐等聚合磷酸盐。

 

正磷酸盐是由磷酸与钠、钾、钙、镁等形成的盐类，它的主要结构是由1个磷原子和4个氧原子组成的正磷酸根，是自然界中最常见的磷酸盐。

有机磷的来源大多是有机磷农药。

当前市面上使用的含磷农药有丙溴磷、马拉硫磷等，以不溶于水的胶体和颗粒态存在，易溶于有机溶剂。可溶性有机磷包括葡萄糖-6-磷酸、磷肌酸等。总磷是反映污水中磷含量水平的指标。

氧化：中性条件下利用过硫酸钾的强氧化性，在120℃以上加热消解30min，把水样中的有机磷、无机磷、颗粒态磷氧化成正磷酸盐。

还原：然后在酸性介质和锑盐存在的情况下，正磷酸盐与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸，再被抗坏血酸还原成蓝色络合物。

测定：之后测定其在700nm波长下的吸光度，根据校准曲线就可以得到对应的磷含量。

3.磷元素的去除（去除方式）

污水中磷的去除有生物法和化学沉淀两种方式。

 

生物法利用的是聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的代谢特性，在好氧阶段将污水中的正磷酸盐转化成聚合磷酸盐（PHB）储存在细胞内，以剩余污泥的形式从系统中排出去。

 

 

由于生物除磷工艺还无法保证出水总磷稳定达到0.5mg/L的一级A标准。所以经常需要辅助以化学除磷。

化学除磷是利用可溶性磷很容易与Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺等结合，分别生成羟基磷灰石〔Ca₅(OH)(PO₄)₃〕、磷酸铝（AlPO₄）、磷酸铁（FePO₄）等难溶物质的特性，将其转化为不溶于水的无机磷颗粒，通过沉淀和絮凝作用从污水中去除。

使用较多的除磷药剂有铝盐、铁盐、亚铁盐、熟石灰、铁铝聚合物等。

4.除磷剂投加量计算

接下来我们以聚合氯化铝（PAC）为例，讲解一下除磷剂投加量的计算。

 

根据反应式可知，去除一个正磷酸根，需要“喂给”它一个铝离子来生成磷酸铝沉淀。

由于铝的分子量为27，磷的分子量为31，两者的质量比是0.87，所以去除1kg磷至少需要0.87kg的铝。

 

在实际中这个反应并不是100%有效进行，并且污水中的OH^-也会跟磷酸根“竞争”铝离子生成不溶于水的氢氧化铝。

所以PAC一般需要超量投加，才能保证达到所要求的出水磷浓度。

为了计算PAC的实际投加量，引入了“投加系数”这个概念。

在投加地点适宜、混合良好的理想条件下，投加系数取值为1；而在非最佳条件下，投加系数一般取2到3。在实际使用时，要结合小试试验来确定。

 

当投加系数取2.5时，为了去除1kg磷，实际需要的铝量为2.5×（27／31）=2.18 kg。

比如一个处理水量2000m?/d的系统，进水总磷浓度10mg/L，经过生物系统处理后总磷浓度降到了2.5mg/L，而出水总磷浓度要求0.5mg/L，那么通过投加PAC来去除的总磷浓度就是2mg/L，再乘以每天需要处理的水量：2000m?/d*2g/m?=4000g=4kg，那么每天需要通过化学除磷去除的磷量就是4kg。

现场购买的PAC固体中Al₂O₃的有效含量一般为28%，而Al₂O₃中铝元素的质量百分比为52.9%，那么算下来PAC固体中有效铝含量就是14.8%。所以为了去除这4kg磷实际需要投加的PAC质量为：4kg*2.18/14.8%=58.9kg。

 

最后给大家总结一下本期的知识点：

1、污水中的含磷化合物主要分为有机磷与无机磷两类；

2、溶解性磷酸盐可以通过投加除磷药剂去除；

3、在计算PAC投加量时，要选取合适的投加系数，它的值需要结合小试试验来确定。