化学药剂除磷试验初探

净水技术 2 0 1 5， 3 4 ( 1 ) ： 2 5 2 8 Wa t e r P u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y 化学药剂除磷试验初探 周斌 ， 王桂玉 ， 占国将 ( 常州友邦净水材料有限公司， 江苏常州2 1 3 0 0 0 ) 摘要研究了常用铝盐、 铁盐、 钙盐的除磷效果， 并确定 了铝盐、 铁盐、 钙盐的最佳反应时间、 最佳反应 p H和最佳投加量。 结果表明实验室化学药剂除磷的最佳反应时间为 1 5 2 0 mi n ； 铝盐和铁盐除磷的最佳 p H为 6左右， 钙盐除磷的最佳 p H为 9 左右； 铝盐和铁盐的除磷效果相当， 两者均优于钙盐。 关键词除磷p H 反应时间投加量 中图分类号 ： X 7 0 3 文献标识码 ： B 文章编号：1 0 0 9 0 1 7 7 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 2 5 0 4 P r e l i mi n a r y Ex p l o r a t i o n o f Ex p e r i me n t f o r Ch e mi c a l P h o s p h o r u s Re mo v a l Z h o u B i n， Wa n g Gl I i y u 。 Z h a n Gu o j i a n g ( Y o u b a n g Wa t e r Ma t e r i a l s C o ， L t d ，C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t T h e e f f e c t o f c o mmo n l y u s e d a l u mi n u m s alt ，i r o n s alt a n d c a l c i u m s alt O i l p h o s p h o r u s r e mo v a l wa s s t u d i e d i n t h i s p a p e r T h e o p t i ma l r e a c t i o n t i me ，t h e o p t i ma l r e a c t i o n p H v alu e a n d t h e o p t i ma l d o s a g e o f alu mi n u m s alt ，i r o n s alt a n d c alc i u m s a l t w e r e d e t e r mi ne d Th e res u l t s s h o w t h a t i n l a bo r a t o r y t h e op t i mu m r e a c t i o n t i me f o r c h e mi c a l ph o s ph o r u s r e mo v al i s 1 5 2 0 mi n：t h e o p t i mu m p H v alu e o f alu mi n u m s a l t a n d i ron s alt f o r p h o s p h o r u s r e mo v a l i s a b o u t 6，a n d t h e o p t i ma l p H v alu e o f c a l c i u m s alt i s a b o u t 9；t he e ffe c t s o f a l u mi n u m s alt a nd i r o n s alt o n p ho s p ho r u s r e mo v al a r e e q ui v ale nt ，wh i c h a r e bo t h b e t t e r t h a n t ha t o f c alc i u m Ke y wo r d s p h o s p h o r u s r e mo v al p H v alu e r e a c t i o n t i me c h e mi c al d o s a g e 引起富营养化的主要元素是氮、 磷 ， 其中磷对水 体富营养化更具有特殊的作用 。磷是水生植物生长 必需 的营养元素 ， 在促进水生植物正常生长 、 维持水 体生态平衡等方面发挥着不可替代的作用。但水体 中磷过度积累会使水体 富营养化 ， 其 主要危害是刺 激藻类和光合水生物 的生长 ， 从而使藻类繁盛 ， 夺走 水中的溶解氧。当植物死亡腐烂继续夺走水 中的溶 解氧时， 就会出现富营养化现象。尤其当水中的含 磷量超过 0 3 m g L时， 则 藻类 生 长 繁殖 将 明显 加快 。 目前城市污水厂除磷主要 采用生物 除磷 、 化学 除磷技术。生物 除磷是利用生物细胞合成 ， 将磷超 量吸收到活性污泥细胞中， 通过排放剩余污泥去除， 但该法稳定性差 ， 处理 后难 以达到 城镇污水 处理 厂污染物排放标准 ( G B 1 8 9 1 8 -2 0 0 2 ) 一级 A标准 ( O 5 ms L ) j 。化 学除磷技术是将 污水 中的可 收稿日期 2 0 1 4 0 7 3 1 作者简介 周斌 ( 1 9 9 0 一) ， 男 ， 助理工程师 ， 学士 ， 研究 方向为工 业水处理技术 。电话 ： 1 5 9 6 1 1 6 3 5 1 0； E ma i l ： 6 3 2 6 4 2 5 4 2 q q C O IT I 。 溶性磷转化为不溶性 的磷酸盐沉淀 ， 通过化学沉淀 除磷 ， 常作为一种辅助除磷技术 ， 其无论是在除磷量 还是在除磷效果方 面都具有明显优势 ， 应用前景十 分广阔。本试验通过研究不同反应时间、 不同 p H 和不同投加量下铝盐 、 铁盐 、 钙盐混凝剂 的除磷差 异 ， 为污水深度除磷提供技术参考。 1 试验机理 铝盐、 铁盐、 钙盐除磷的反应方程式如下所示。 A l +H P O ： 一 一=A 1 P O 4 J r+n H ( 1 ) F e 十 H P O J 一 一=F e P O 4 J ， 十 n H ( 2 ) 5 C a 4 - 3 P O 一+O H一=C a 5 ( P 0 4 ) 3 OH ( 3 ) 化学沉淀法的基本机理是通过投加化学药剂形 成不溶性磷酸盐沉淀 ， 然后通过 固液分离将磷从污 水中去除。一般认为磷酸盐沉淀是配对基参与竞争 的电性中和沉淀， 即通过 P O i 一 与 A l 、 F e 或 c a 等的化学沉淀作用加以去除。由于磷酸盐沉淀中化 学药剂的水解产物可与磷酸盐发生吸附并进行络合 反应形成络合物共同沉淀 ， 因此在某些条件下 ， 磷酸 一 2 5 周斌 ， 王桂玉 ， 占国将 化学药剂除磷试验初探 V o 1 3 4 ， N o 1 ， 2 0 1 5 盐沉淀可能是化学络合起主要作用， 而不是以电性 中和为主。同时 ， 如果磷 以聚磷酸盐的形式存在于 水体 中， 则磷的去除依靠沉淀和吸附两种作用。一 方面， 聚磷酸盐通过水解反应生成正磷酸盐 ， 其中的 磷酸根与化学药剂反应生成沉淀 ； 另一方面 ， 由于生 成的沉淀呈絮状 ， 又能吸附聚磷酸盐而去除一部分 磷。因此 ， 化 学 除 磷 法 并 非 是 简单 的 化 学 反 应 过程 引。 2试验材料与方法 2 1 试验材料 试验 水 样 采用 K H P O ， 配 制磷 浓 度 为 1 O 1 5 mg L的模拟含磷废水 。 仪器 ： P H S 一3 C p H计 、 晶玻 J J 一 6 A B六联搅拌 器 、 7 2 2分光光度计 、 5 0 0 mL烧杯若干。 试 剂 ： A 1 C 1 3。 6 H 2 0、A 1 2 ( S O 4 ) 3 1 8 H 2 0、 F e C 1 3 6 H 2 O、 F e 2 ( S O 4 ) 3 9 H 2 O、 F e S O 4 7 H2 O和 C a C 1 22 H 2 O， 以上均 为分 析 纯 ； 1 0 N a O H、 ( 1+ 1 )HC 1 。 2 2总磷的分析方法 总磷的分析方法依照 水质总磷 的测定钼酸铵 分光光度法 ( G B 1 1 8 9 3 8 9 ) 进行测定。 2 3试验设计与步骤 ( 1 )用 K H ： P O 配制磷 的浓度为 1 0 2 9 m g L的 模拟含磷废水 ， 除磷用的絮凝剂有三种 ( 铝盐 、 铁盐 和钙盐) ； ( 2 )试验使用的混凝设备 为六联搅拌器 ， 每次试验取模拟废水 3 0 0 mL于烧杯 内， 快速搅拌转 速控制在 1 2 0 r m i n ， 慢速搅拌转速控制在 6 0 r mi n ， 搅拌完成后静沉时间为 2 h； ( 3 )考察反应时间对絮 凝剂除磷影 响试验研究 时， 控制 p H=7 ， 药剂量按 2 4： 1 ( 物质 的量 比) 投加 ( A 1 ： P( 或 F e ： P或 C a ： P )=2 4： 1 ) ； ( 4 )考察 p H对絮凝剂 除磷影响试验 研究时 ， 控制各药剂最佳反应时间不变 ， 药剂量按物 质的量比2 4 ： 1 投加； ( 5 )考察药剂投加量对絮凝 剂除磷试验影响研究时， 控制各药剂最佳反应 时间 和最佳反应 p H不变 ， 改变药剂投加量 。 3 结果分析与讨论 3 1 反应时间对除磷效果的影响 控制反应 p H= 7和药剂投加量 ( 物质 的量 比为 2 4 ： 1 ) 不变 ， 改变反应时间 ， 各药剂反应 时间对 除 磷效果试验结果如 图 1所示。 由图 1可知控制反应 p H=7和药剂投加量不 一 2 6 一 f b0 g 蓝 糕 藻 图 1 反应时间与除磷效 果的关 系 Fi g 1 Re l a t i o n b e t we e n Re a c t i o n Ti me a n d Ef f e c t o f P h o s p h o r u s Re mo v a l 变， A 1 C 1 、 F e C 1 。 和 F e ( S O ) 的最 佳 反应 时 间为 1 5 ra i n ， A 1 2 ( S O 4 ) 、 F e S O 和 C a C 1 的最佳反应时 间 为 2 0 ra i n 。 3 2反应 p H对 除磷效果 的影 响 控制各药剂最佳反应时间和药剂投加量 ( 物质 的量 比为 2 4 ： 1 ) 不变 ， 改变加药后 p H， 各药剂加药 后 p H对除磷效果试验结果如表 1所示。 表 1 p H 对除磷效 果的影响 Ta b 1 Ef f e e t o f pH Va l ue o n Ph o s ph o r u s Re mo v a l 项目 ra 帅 i n 一 1 0 2 9 无絮体浑浊 0 1 3 1 5 0 6 8 无 絮体浑浊 无 絮体浑浊 无 絮体浑浊 O 1 5 2 0 0 6 O 无 絮体浑 浊 无 絮体浑浊 无絮体浑浊 0 6 2 1 5 3 3 8 无絮体浑 浊 无絮体浑浊 1 2 2 O O 8 1 5 O 1 8 4 0 o6 4 、 | j 8 64 2 8， O 4 8 6 42 O 1 j j3 j 2 22 Z l O O OO 一 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 5 6 7 吣 一 岫 一 吣 一 净水技术 W ATER PURI FI CATI ON T ECHN0L0GY Vo 1 3 4， No 1， 2 01 5 F e b r u a r y 2 5 t h，2 0 1 5 续表 项目 ra 咖 in 无絮体浑浊 无 絮体浑浊 无 絮体浑浊 O 1 5 2 O 0 2 O 无絮体浑浊 无 絮体浑浊 无 絮体浑浊 7 6 4 2 0 1 2 8 0 4 3 0 3 8 由表 1可知控制各药剂最佳反应时间和药剂投 加量 ( 物质的量 比为 2 4 ： 1 ) 不变 ， A 1 C 1 ， 、 A 1 2 ( S O 4 ) 3 、 F e C 1 ， 、F e ( S O ) 和 F e S O 的最佳反应 p H为 6 ， 而 C a C 1 的最佳反 应 p H为 9 。这是 因为在合 适的 p H ( 6 0 7 0 ) 条件下 ， 当铝 盐和铁盐分散于水 体时 ， 一 方面A l 、 F e 与P O ； 一 反应； 另一方面 A l 、 F e 水解成 A 1 ( O H) 、 F e ( O H) 等单核络合物 ， 并进一 步碰撞缩合成一系列 多核络合物 ， 这些多核 聚合物 往往具有很高的正电荷 和比表面积 ， 能够迅速 吸附 水中带负电荷的物质， 中和胶体电荷， 降低胶体 z e ta 电位 ， 促进胶体脱稳 ， 凝聚和沉 淀 ， 从而表现 出较好 的除磷效 果。磷 酸盐 的存 在形式 与 p H 有很 大关 系， p H升高 ， P O 一 所 占比例 增 大 ， 所 以 当 p H 为 9 时， c a “易与 P O i 一 反应形成 c a ( P O ) O H沉淀。 3 3 药剂投加量对除磷效果的影响 控制各药剂 的最佳反应 p H和最佳反应 时间不 变 ， 改变各药剂的投加量 ， 各药剂投加量对除磷效果 试验结果如图2所示 。 由图2可知在控制反应 p H、 反应时间不变的前 提下 ， 改变药剂 投加量 ， 铝盐 和铁 盐 的除磷 效果相 当， 两者均优于钙盐 ， 其 中效果最好 的是 A 1 ： ( S O ) 和 F e 2 ( S O ) 。 3 4药剂成本分析 常见药剂的市场价格如表 2所示 。 表 2常见药剂 市场价格 Ta b 2 Ma r k e t P r i c e s o f Ch e mi c a l s 药剂名称 市场价格 ( 元 t I 1) 工业级氯化铝 工业级硫酸铝 2 5 0 o l O 0 o ， g 蔗 盆 嚣 0 8 I 2 1 6 2 2 4 2 8 3 2 物质的量 比 图2药剂投加量与除磷效果的关系 F i g 2 Re l a t i o n b e t we e n Do s a g e a n d Ef f e c t o f Ph o s p h o r u s Re mo v a l 续表 药剂名称 市场价格 ( 元 t I 1 ) 工业级三氯化铁 工业级硫酸铁 工业级硫酸亚铁 工业级氯化钙 40 0 0 1 5 0 0 3 0 o 1 5 o o 由表 2可知 F e S O 来源广泛 ， 方便易得 ， 市场价 每吨 只需 3 0 0元 ， 其 往 往 是 首 选 药 剂 ， 而 C a C 1 、 A 1 C 1 3 、 A 1 2 ( S O 4 ) 3 、 F e C 1 3 和 F e 2 ( S O 4 ) 3 的市场价卖到 每吨上千元甚至几千元， 所以从处理成本上考虑， 上 述五种药剂不适宜应用在 日常污水 除磷体系中。 3 5污泥的处理与处置 通过烧杯试验观察发现， 铝盐药剂 除磷后沉淀 物最少 ， 污泥体积约 占 1 0 ， 钙盐和铁盐药剂除磷 后沉淀物较多 ， 污泥体积约 占 1 5 。 投加化学药剂 除磷势必会产生较多 的沉淀物 ， 随之而来的便是污泥的处理与处置 问题 。现在大部 分污水处理厂均采用“ 剩余污泥一污泥浓缩一厌氧 消化污泥脱水” 的工艺对剩余污泥进行处理， 脱 水后的污泥可采用污泥填埋 、 堆肥化 、 焚烧及干燥 造粒的处置方式 J 。 4 结语 ( 1 )铝盐和铁盐絮凝的最佳 p H为 6左右， 钙 一 2 7 7 5 季 44 4 1 j1j ，乏，。 7 i n n 8 9 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 周斌 ， 王桂玉， 占国将 化学药剂除磷试验初探 V o 1 3 4 ， N o 1 ， 2 0 1 5 盐絮凝的最佳 p H为 9左右 ； ( 2 )对常见的铝盐、 铁盐和钙盐絮凝剂而言 ， 化 学除磷反应的搅拌时间在 1 52 O m i n能获得最佳 的除磷效果 ； ( 3 ) 通过烧杯试验 ， 在控制各药剂最佳反应 条件 的前提 下 ， 铝 盐 和铁 盐 除磷效 果 相 当， 两 者 均优于钙盐 ， 其 中效果 最好 的是 A l ( S O ) ， 和 F e 2 ( S O 4 ) 3 ； ( 4 ) 从经济性角度分析， F e S O 的市场价格远远 低于其他药剂 ， 性价比高 ， 最适合应用在 E t 常污水除 磷体系中。 参考文献 1孟 顺龙 ， 裘丽 萍 ， 陈 家长 ， 等 污 水化 学沉淀 法除 磷研 究进 展 J 中国农学通报， 2 0 1 2 ， 2 8 ( 3 5 ) ： 2 6 4 2 6 8 2中国环境保护总局， 水和废水监测分析方法 编委会 水和废 水监测 分 析 方 法 M 第 4版 北 京 ：中 国 环境 科 学 出 版 社 ， 2 0 0 2 3邓 晓文 混凝沉淀法处理含磷废水 的试验研究 J 安徽建筑工 业学院学报 ， 2 0 0 4， 1 2 ( 5) ： 2 1 2 2 4张亮平 城市污水处理厂污泥协同处置模式讨论 J 净水技 术 ， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 5 )： 6 97 1 【 5顾 士 贞 改 性 污泥 的稳 定 化 J 净 水 技 术 ， 2 0 1 2， 3 1( 1 ) ： 5 96 3 ( 上接第 1 3页) 2 3 杜良梅， 张丽 ， 和丽萍， 等 利用人工湿地处理云南高原湖泊人湖河 水的净化效果分析 J 环境科学导刊， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 6 ) ： 4 4 4 7 2 4 杨洋 人 工湿地去 除污染河 水有机物 的研 究 D 西安 ：西安 建筑科技大学 ， 2 0 1 3 2 5 姜新佩 ， 张欢， 张春霞 复合人工湿地对滏阳河河水净化的试验 研究 J 水利水 电技术 ， 2 0 1 4 ， 4 5 ( 4) ： 3 94 3 2 6 Y u c o n g Z h e n g ，X i a o c h a n g Wa n g ，J i a q i n g Xi o n g ，e t a 1 H y b r id c o n s t r u c t e d w e t l an d s f o r h i g h l y p o l l u t e d r i v e r wa t e r t r e a t me n t an d c o mp a r i s o n o f s u r f a c e and s u b s u r f a c e fl o w c e l l s J J o u ma l o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s ， 2 0 1 4 ，2 6 ( 4 ) ： 7 4 97 5 6 2 7 蒋白懿， 刘丹， 颜秀勤， 等 生物浮岛技术对八干渠水质净化研 究 J 沈 阳建 筑 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) ， 2 0 1 3 ， 2 9( 3) ： 5 4 45 4 8 2 8 高红杰 ， 彭剑峰 ， 宋永会 ， 等 多层组合 生物浮 岛对城市 河水 的 净化效果 J 环境工程技术学报 ， 2 0 1 1 ， 1 ( 4) ： 3 3 4 3 3 8 2 9 李威， 司马小峰， 陈晓国， 等 人工浮床对汾江河水质净化的研 究 J 环境工程学报 ， 2 0 1 2， 6 ( 1 1 ) ： 4 0 4 1 4 0 4 6 3 O侯俊 ， 王超 ， 王沛芳 ， 等 卵砾石生 态河床对 河流水质净 化和生 态修复 的效果 J 水利水 电科技进展 ， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 6 ) ： 4 6 4 9 3 1 潘静赞 ， 李正魁 生物填料一 沉水植 物联用在河道水强化处理 中 的应用研究 J 环境工程学报， 2 0 1 2 ， 6 ( 9 ) ： 2 9 6 3 2 9 6 8 ( 上接第 l 7页) 2 1 C o r y R M，M c K n i ght D M F l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p y r e v e a l s u b i q u i t o u s p r e s e n c e o f o x i d i z e d an d red u c e d q u i n o n e s in d i s s o l v e d o r g a n i c m a t t e r J E n v i r o n m e n t al s c i e n c et e c h