磷门一脚（中）--污水厂实战篇
这一周，我们接着上一期的内容继续来谈污水厂的除磷，在上周我们进行了污水厂的生物除磷的了解之后，这一周我们再来聊聊化学除磷，化学除磷也是在各个污水厂现阶段采用的最常用的手段之一，化学除磷的前因后果究竟是怎样的呢？今天我们就详细的展开来说说污水厂磷门一脚的化学除磷。
化学除磷，顾名思义，可以理解是通过化学方法对污水中的磷去除的方式。由于磷在化合态下可以生成稳定的磷酸盐沉淀，因此化学方法去除水中的磷，就是在污水中投加相应的盐类，使之和水中的磷酸根发生化学反应，生成磷酸盐沉淀，从而去除水中的磷。化学法去除磷正是基于这种机理，选择化学盐类，投加到污水中，生成化学沉淀污泥，通过泥水分离，污泥进行脱水外运，最终达到除去污水中磷的作用。
化学法除磷，选择的盐类主要有Ca2+，Al3+，Fe3+等金属盐类。我们分别来看看这三种盐类是如何和水中的磷发生作用的。
一、钙盐Ca2+
钙盐的投加通常以以Ca(OH)2的形式加入。它在中性的污水中主要与含有碱性（主要是碳酸氢根HCO3-）的废水生成碳酸钙，碳酸钙在沉淀过程中，形成的沉淀体增强了水中SS去除。
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2→2CaCO3↓+ 2H2O.
当污水中的pH值上升达到10左右时，过量的钙离子将与磷酸盐反应，形成了羟基磷灰石的沉淀：
10Ca2++6PO43-+2OH-→Ca10(PO4)6(OH)2↓
由于反应需要达到10左右的PH值，一般而言，需要投加过量的石灰来提升水体的PH值，因此所需的量与磷酸盐的量相比，远远高于磷酸盐的量。因此石灰的投加主要取决于污废水的PH条件，一般在高PH值的工业废水中可以采用投加石灰的方式。所需的石灰的剂量可以近似为碳酸钙碱度的1.5倍。但是在后续处理或者排放之前是需要对水体进行中和以降低pH。一般用二氧化碳（CO2）对水体进行碳酸化来降低pH值。
二、铝盐，Al3+
铝盐或聚合铝盐是广泛用于污水厂的化学除磷药剂，在污水中生成磷酸盐沉淀，既磷酸铝（AlPO4）。基本的反应是：
Al3++HnPO43-n→AlPO4↓+nH+
铝盐在投加过程中所需的剂量是根据污水中所要的去除磷的量来计算的。但是会随着污水中磷浓度的降低，凝聚和去除效率会出现一个下降的趋势。在实践中，在铝盐的投加的剂量率在50和200mg / l之间时可以达到达到污水中总磷的80-90％去除率。如果通过计算，很低的总磷含量需要过低的铝盐投加量的时候，去除率会明显下降。
三、铁盐Fe3+
三氯化铁、硫酸盐和硫酸亚铁都广泛用于去除磷，尽管实际反应尚未完全了解。根据铁盐可以推定的基本反应是：
Fe3++HnPO43-n→FePO4↓+nH+
铁离子会和水中的磷酸根结合形成磷酸铁。但是铁盐呈酸性，在污水进行反应的时候，方程式右边的H＋会阻止反应向右进行，导致总磷去除率下降所以如果加入一些助凝剂，如石灰等，提高pH，提供反应中生成H＋的消耗，可以使反应加速进行，并增强凝聚能力，提高总磷的去除效果。
通过了解这三种药剂，可以看到钙盐对PH的要求很高，需要进行过量投加，同时对出水的PH影响较大，需要进行调酸。铝盐的要求最少，铁盐需要辅助药剂。同时钙盐石灰呈碱性，铝盐呈中性，铁盐呈酸性，对运输储存来说，铝盐的成本很低。因此从运行维护管理成本来说，铝盐是最经济的一种化学除磷药剂。
在了解了这三种药剂的化学反应机理以后，我们需要了解化学药剂在污水厂的投加点。污水处理厂从生物处理阶段来说，一般分为一级物理处理，二级生物处理，三级深度处理。而化学药剂的投加点也就分别在这三处，根据与生物处理的位置不同，分为前投加，同步投加，后投加，全投加四种，对应于下图中的a、b、c、d四种模式。
１、前投加：
一般投加地点在初沉池进水处，发生化学反应后，产生的化学污泥利用初沉池的沉淀作用，沉淀到初沉池内，通过初沉排泥进入污泥脱水。投加在初沉池的特点有：
ａ、可以增加初沉池的BOD和SS的去除
ｂ、由于污水中的成分复杂，除磷药剂的针对性作用发挥最低，所以必须添加过量的的除磷药剂才能达到预计目标。
ｃ、生成的化学污泥难以脱水。
ｄ、初沉池中的污泥产量一般会增加50％到100％，而污水厂总体的污泥会增加60-70％。
２、同步投加
一般投加地点在生物池出口，二沉池入口处，在发生化学反应以后，产生的化学污泥与生物污泥，通过剩余污泥排入到污泥脱水车间进行脱水。同步投加的特点有：
ａ、由于石灰的投加会造成高pH值，对微生物产生不利影响，因此不能使用价格低廉的石灰作为除磷药剂。
ｂ、过量的投加铝盐或铁盐，都可能导致生物反应池内的低pH值和生物毒性，造成活性污泥系统的紊乱和异常。
ｃ、投加除磷药剂之后，生物段的污泥产量会增加35％—45％，整个污水厂的污泥产量增加10 - 25％。
ｄ、这些投加的化学药剂也会对污泥车间的污泥脱水性产生影响。
３、后投加
一般的地点在深度处理阶段，在二沉池后，深度处理进水口处。在与水中的磷酸根发生反应之后，产生的化学污泥排入到污泥脱水车间进行脱水。后投加的特点有：
ａ、投资成本很高，需要建设深度处理设施才能实现后投加。
ｂ、化学药剂最有效发挥作用，由于前端完成了生物除磷，后期的化学药剂的使用量会大大减少，使用最少量的化学品并产生最少量的污泥。
ｃ、最终出水中磷含量可控性强。
ｄ、由于流程的关系，投加的化学药剂不和污水厂的生物处理段发生反应，可以单独的进行化学反应，对活性污泥的影响是最小的。
4、全投加
全投加是指在各个地点进行投加，特点综合上述，但是由于投加地点多，投加量大，运行管理复杂，一般很少采用。
在污水厂的设计和建设中，把除磷药剂的投加地点放置在深度处理是比较常见的，但是由于除磷药剂，特别是聚合铝盐有一定的絮凝作用，在同步投加时，会对活性污泥的沉降性能的改善起到一定的促进作用，从运行的角度来说，大部分污水厂喜欢进行同步投加的方式进行化学除磷，但是受到化学药剂的影响，同步投加的污水厂的活性污泥微生物的管理会有更大的风险和困难。
化学除磷药剂的投加量如何确定，在公众号前面的污水厂内的计算系列中有过介绍，大家可以点击《污水厂里的计算第二篇--化学除磷 》回看。
在污水厂投加化学除磷药剂以后，一定是需要监测除磷效果的，并通过除磷效果的监测，来调整化学药剂的投加，从而达到成本的控制目的。一般在污水厂内会采用几种方式进行监测。一种是在各个地点进行现场投加化学药剂的沉降性能实验，这是使用简单的方法来确定污水特征和投加的化学药剂的数量的现场的测试方法。第二种是通过中控室的在线数据的历史趋势：如果历史数据可以表现出每小时，每天或每月磷负荷变化曲线，就可以通过SCADA系统使用这些趋势，来控制化学除磷药剂的投加比例。第三是实验室分析数据：这个数据具有权威性和可靠性，是可以用于向上级汇报的数据。这个数据是可以用于调整除磷药剂的投加量的，但化验过程带来的时间的滞后性是制约加药量控制的关键问题，而且如果有多个样品地点，增加分析频次，也会带了分析成本大大上升。因此每个污水厂在进行化学加药除磷以后，要根据各自水厂的实际情况，进行合理的选择监测手段，提高化学除磷药剂的投加控制力度，从而达到投加成本有效控制。