十分鐘搞定！化學除磷劑的投加！
所有的污水除磷方法都包含有兩個必要的過程，首先將溶解性磷（磷酸鹽）物質轉化為不溶性懸浮（顆粒）性狀態，然后通過固液分離將磷從污水中除去。
一、除磷劑的分類
除磷劑是向污水中投加化學藥劑，使水中磷酸根離子生成難溶性鹽，形成絮凝體后與水分離，從而去除水中所含的磷。從而將處理后水中的磷含量降至界限值以下，不需要改變原水處理流程，不需要增設大型水處理構筑物，簡便易行，經濟實用，可獲得顯著的社會和經濟效益。根據化學除磷法的原理介紹，除磷劑主要分為四類：
1 、鋁鹽化學除磷藥劑
采用鋁鹽作為藥劑添加在化學除磷工藝中，經常使用的有三種，一種是硫酸鋁，一種是氯化鋁，還有一種是聚合氯化鋁，在具體的反應過程中，包含兩個主要的反應過程，首先是三價鋁離子通過與磷酸根產生反應而出現沉淀，沉淀的化合物為AlPO4 。
其次是三價鋁離子能夠出現水解反應，在這一過程中會有正電荷以及單核羥基絡合物以及多核羥基絡合物的存在，在經過范德華力以及網捕等一系列的作用以后，就能達到比較理想的沉淀效果，這樣也就達到了化學除磷的要求。在運用鋁鹽進行化學除磷的過程中，需要重點控制 pH，這樣才能達到理想的除磷效果，否則會造成所排放的水體中鋁鹽超標。
2 、鐵鹽化學除磷藥劑
鐵鹽除磷藥劑主要有硫酸亞鐵、聚合氯化硫酸鐵、氯化鐵及聚合氯化鐵等。
鐵鹽與鋁鹽除磷反應機理類似，之外還會發生強烈水解并同時發生各種聚合反應吸附水中的磷。Fe2+除磷效率與pH相關，但有關 Fe2+除磷最佳PH存在爭議：有人認為PH=8時，Fe2+除磷效果最好，但研究表明PH=7.5～8.5時不易生成沉淀，從而降低了除磷效率。Fe2+除磷需要較高PH值，而環境污水廠處理中PH值往往低于 7.5。
另外，在水中 Fe3（PO4）2 沒有FePO4穩定，這些都限制了二價鐵鹽在廢水除磷中的應用，實際過程中可利用好氧池曝氣的特點將Fe2+氧化成 Fe3+來提高化學除磷效率。鐵鹽與磷酸鹽反應形成沉淀物相對于鋁鹽更加穩定，而具有沉降速度快的優點，因此實際應用比較多，但是具有出水濁度與色度高、對出水PH影響大、運輸和貯存麻煩、對設備腐蝕大等缺點，同時鐵也是刺激藻類生長和引發湖泊水華的一個重要因素，這些缺點限制其使用范圍。
3 、鈣系除磷藥劑
向含磷污水中加入氫氧化鈣，污水的pH上升，同時污水中磷與鈣反應生成 Ca5（OH）(PO4)3， 反應式如下：
隨著pH的升高，污水中Ca5（OH）(PO4)3的溶解度降低，為使磷的去除率達到 90%以上，需要把 H調至10.5-11范圍內，在此pH范圍內，污水中的磷含量可降低至0.5mg/L以下。
由于需要較高的 pH，對水體生物的正常生長有一定的影響，同時鈣鹽除磷藥劑還會引起池壁或渠、管壁上結垢及曝氣管堵塞等，因此鈣鹽除磷藥劑在河道治理和城市環境污水處理廠中應用的比較少。
4 、復合新型除磷藥劑
復合新型除磷藥劑種類多樣，其中主要有聚氯化鋁鐵（PAFC）、聚氯化鋁
（PAC）、聚氯化鐵（PFC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚亞鐵、聚氯硫酸鐵（PFCS）、聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）、聚合硫酸鋁（PFAS）、改性硅藻土以及上述幾種除磷藥劑和PAM、二氧化錳等形成的混合物等。這些新型除磷藥劑基本上都有良好的電荷中和與吸附架橋功能，凝聚性能良好，絮凝體生成迅速，密集度高且質量大，沉降性能優越，沉降的污泥脫水 性能好，無二次污染，適用水體 pH值范圍廣，具有較強的去除效果，而且藥劑生產工藝簡單，原料易得，生產成本低。其中 PAFC 在環境污水廠中應用的比較多，原因在于 PAFC 結合了鋁鹽和鐵鹽的雙重優點，化學反應速度快、形成絮體大且重、沉降快和過濾性好等優點。
因此，PAFC既能克服鋁鹽絮體生成慢、絮體輕、沉降慢的不足，同時又能克服鐵鹽除磷的出水渾濁、色度高的缺點。改性硅藻土是最近新使用的化學除磷藥劑，其組成包括硅藻土PAC和石灰等，其中的PAC和石灰可與 PO43- 反應生成 AlPO4和Ca5（PO4）3OH 等沉淀物，同時硅藻土具有吸附、混凝、過濾、共沉等作用，能充分接觸并除去水中的 PO43- 。因此除磷效果較穩定，出水TP變化較小。
二、除磷劑使用方法
1 、投加量的確定
除磷劑投加量的確定依據有一下幾種因素：原水中磷含量的大小、原水磷含量的種類、設計出水磷含量的大小（出水含磷國家標準）和設計除磷效率（除磷劑投加之后的含磷量）。最終投加量的確定要經過小試和中試的實驗確定，或是根據同類相似工程的經驗值確定后進行中試驗證，確保出水達到相關法規要求。
2 、直接投加法
即固體或粉末狀的除磷劑不經過稀釋而直接投加到水體中的方法，但是這種方法的使用有一定的限制因素：第一要求所加水體的 pH 為酸性環境，第二所加的水體中有攪拌裝置，否則除磷效果非常有限，因為除磷劑沒有充分與水體接觸，就不會充分的與磷發生相關的化學反應。因此這種方法更多的適用于污水處理廠。
3 、稀釋之后投加法
將固體或粉末狀除磷劑經過一定的稀釋比例稀釋之后直接投加到目標水體中，這種方法使用的范圍更廣。具體操作流程如下：
有以下注意事項：
1、投加量：需經過科學計算和相關實驗確定。
2、稀釋過程中的攪拌：充分攪拌。
3、投加點的選擇：最好在水流湍急、河道狹窄處進行稀釋液的投加。
3、除磷劑投加位置
化學除磷根據投加地點不同分為：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物處理之后加絮凝過濾。
(1)前沉析
前沉析工藝的特點是沉析藥劑投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的進水渠(管)中，或者文丘里渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應產生的沉析產物(大塊狀的絮凝體)則在一次沉淀池中通過沉淀而被分離。如果生物段采用的是生物濾池，則不允許使Fe2+藥劑，以防止對填料產生危害(產生黃銹)。
前沉析工藝(如圖2所示)特別適合于現有污水處理廠的改建(增加化學除磷措施)，因為通過這一工藝步驟不僅可以去除磷，而且可以減少生物處理設施的負荷。常用的沉析藥劑主要是生灰和金屬鹽藥劑。經前沉析后剩余磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/1，完全能滿足后續生物處理對磷的需要。
(2)同步沉析
同步沉析是使用最廣泛的化學除磷工藝，在國外約占所有化學除磷工藝的50%。其工藝是將沉析藥劑投加在曝氣池出水或二次沉淀池進水中，個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進水或回流污泥渠(管)中。
圖3是采用同步沉析的活性污泥法工藝簡圖。當采用生物轉盤工藝時，情況和活性污泥法類似，但對于生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉淀池進水中尚值得探討。
(3)后沉析
后沉析是將沉析、絮凝以及被絮凝物質的分離在一個與生物設施相分離的設施中進行，因而也就有二段法工藝的說法。一般將沉析藥劑投加到二次沉淀池后的一個混合池(M池)中，并在其后設置絮凝池(F池)和沉淀池(或氣浮池)。
后沉析工藝簡圖如圖4所示。對于要求不嚴的受納水體，在后沉析工藝中可采用石灰乳液藥劑，但必須對出水PH值加以控制，比如采用沼氣中的CO2進行中和。
采用氣浮池可以比沉淀池更好地去除懸浮物和總磷，但因為需恒定供應空氣而運轉費用較高。
三種投加位置的優缺點
4、除磷劑投加量的計算
去除一分子的磷酸鹽，需要一分子的鐵鹽或者鋁鹽。為了計算方便，實際計算采用克分子(mol)或者克原子量。
在化學沉析除磷時，去除lmol(31g)P至少需要lmol(56g)Fe，或者至少需要1.8(56/31)倍的Fe，或者O.9(27/31)倍的Al。也就是說去除lgP至少需要1.8g的Fe，或者0.9g的Al。
由于在實際中，反應中并不是100%有效進行的，加之OH-會與金屬離子競爭反應，生成相應的氫氧化，所以實際化學沉析藥劑投加一般需要超量投加，以保證達到所需要的出水P濃度。德國在計算時，提出了投加系數β的概念，即：
β=(molFe,molAl)／molP
投加系數β是受多種因素影響的，如投加地點、混合條件等，實際投加時建議通過投加試驗確定，圖5是投加系數和磷減少量的關系。在最佳條件下(適宜的投加、良好的混合和絮凝體的形成條件)β=1；在非最佳條件下，β=2到3或更高。過量投加藥劑不僅會使藥劑費增加，而且因氫氧化物的大量形成也會使污泥量大大增加，這種污泥體積大、難脫水。
德國在實際計算中，為了有效地去除磷(出水保持＜1mgP/1)，β值為1.5，也就是說去除1kg磷，需要投加：
1.5×（56／31）=2.7 kg Fe
或者，
1.5×（27／31）=1.3 kg Al
若用石灰作為化學沉析藥劑，則不能采用這種計算方法，因為其要求投加的pH值大于8.5，而且投加量受污水堿度(緩沖能力)的影響，所以其投加量必須針對各自的污水通過試驗確定。
從嚴格意義上講，投加系數β值的概念只適用于后沉析，對于前沉析和同步沉析在計算時還應考慮：1、回流污泥中含有未反應的藥劑；2、在初次沉淀池中和生物過程去除的磷。
計算舉例
例1：污水處理廠設計水量為10000m3/d，進水中的P濃度為14mg/1，出水P濃度要求達到1mg/l。設計采用沉析藥劑三氯化鋁AlCl3，其有效成分為6%(60g/kgAlCl3)，密度為1.3kg/l。為同步沉析，試計算所需要的藥劑量。
解：
經過初次沉淀地沉淀處理后去除的磷為2mg/l，則生物處理設施進水的P濃度為11mg/l，經過生物同化作用去除的P為1mg/l。則需經沉析去除的 ：
P負荷=10000m3/d·(0.011-0.001)kg/m3=100kg/d
設計采用投加系數β值為1.5，
設計Al的投加量為：1.5×（27／31）×100=130kgAl/d
折算需要藥劑量為：130×1000(g/d)/60(g/kg)=2167kg/dAlCl3
折算需要體積量為：2167(kg/d)/1.3(kg/l)=16671/dAlCl3
例2：設計采用藥劑硫酸亞鐵FeSO4，有效成分為180gFe/kgFeSO4，在10℃時的飽和溶解度為400gFeSO4/l，其它設計參數同例1。
解：
設計采用投加系數β值為1.5，
設計Fe的投加量為：1.5×5631×100=270kg Fe/d
折算需要藥劑量為：270×1000(g/d)/180(g/kg)=1500kg/dFeSO4
飽和溶液中的有效成分為：180(g/kg)·0.4(kg/l)=72gFe/l FeSO4
折算需要體積量為：1500·1000(g/d)/72(g/l)=20833l/dFeSO4
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