污水厂里的计算第二篇--化学除磷

生活污水中的磷随着人们生活水平的提高，越来越成为污水中的污染营养源物质（可回看公众号的《污水中的磷》一文了解磷的危害），随着富营养化在水体中的不断爆发，市政污水处理中，对总磷的去除越来越重要，但是生物除磷由于和生物脱氮相互制约，而生物脱氮是氮的去除最佳的方式，所以在实际运行中往往会优先保证生物脱氮，对于损失的生物除磷会用化学除磷进行补充，在实际运营中，更高效率的投加化学除磷剂就需要对化学药剂进行详细的计算，今天我们就来聊聊化学除磷药剂投加的计算。

首先我们先来简单了解下，污水中的化学除磷的基本原理是通过投加化学试剂与污水中的磷酸根形成不溶性的磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离的方式将生成的磷酸盐沉淀从污水中除去。固液分离可单独进行，也可以与初沉污泥和二沉污泥的排放相结合。按照工艺流程中化学试剂投加点的不间，磷酸盐沉淀工艺可以分成前沉淀、同步沉淀和后沉淀三种类型。前沉淀的药剂投加点是污水没有进入生物池之前进行投加，形成的沉淀物与初沉污泥一起排出。同步沉淀的药剂投加点包括初沉出水、曝气池出水以及二沉池以前的其他点位，形成的沉淀物与二沉池剩余污泥一起排出。后沉淀的药剂投加点在生物处理之后的深度处理单元部分，形成的沉淀物通过深度处理部分的固液分离设施（澄清池或者滤池）进行分离。

可用于化学除磷的金属盐有多种：在污水厂中常用的有铝盐（氯化铝，聚合氯化铝，硫酸铝等）、钙盐和铁盐（三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁和氧化亚铁等）。化学法除磷的原理其实是在污水中进行的化学反应，我们来看这些金属盐类和磷酸根的化学反应。

化学法的特点是磷的去除率髙，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染，但污泥产量大。

在选用化学药剂时，主要应当考虑价格、污泥产生置、安全和装置的维护等。由于石灰法除磷的药剂投加设备费用和运行维护费用相当高，已经较少使用。除磷的这些药剂都具有一定的腐蚀性，但程度不同。铁盐的腐蚀性最强，能够伤害人体，并对钢铁、混凝土材料产生严重的腐蚀。所以从安全角度看，选用铝盐，特别是聚合氯化铝PAC最为安全，腐蚀性弱，没有刺激性气味。但是铁盐的杂质含量低，除磷的效果更加高效，因此在实际运行中，铁盐和铝盐要根据具体情况进行选择。

污水化学除磷需要一些相关设施.包括药剂的储存库房、药剂的溶解与投加系统、药剂加人置控制系统、药剂混合与絮凝单元以及澄清池等部分。只有充分优化相关单元的操作条件，才能达到预期的化学除磷效果。

有关化学除磷的一些基本原理，这一篇就不做详细的介绍了，今后针对污水厂除磷脱氮要做几篇专门的文章进行讨论，今天主要来看实际运行中进行化学药剂的投加的量的计算过程。

化学除磷的计算：

1、铁盐Fe的计算

这个是铁盐去除磷酸根的化学反应式，从反应式来看铁盐Fe和磷P的反应摩尔比是1：1，也就是说每去除1mol（31g）的P至少需要1mol（56g）的Fe，即反应方程至少需要1.8（56/31）倍于P的Fe，就是说去除1gP至少需要1.8g的Fe。

2、铝盐Al的计算

我们再来看看铝盐去除磷酸根的化学反应式，在反应式中可以得到铝盐Al和磷P的摩尔比也是1：1，也就是说去除1mol（31g）的P至少需要1mol（27g）的Al，即至少需要0.9（27/31）倍于P的Al，就是说去除1gP至少需要0.9g的Al。

通过上述的两个化学反应式我们是不是可以说，去除磷就用这么多的铁盐和铝盐就可以了么？但是这两个反应是理想状态下的化学反应，它是基于实验室的理想状态和高纯度的化学药剂进行的反应，但实际的工况远远比实验室要糟糕很多，所以我们在实际应用中，这两个比例关系是不能直接用于计算的。

由于实际反应并不是100% 有效进行的，加之OH- 会与金属离子竞争反应，生成相应的氢氧化物，所以实际化学沉析药剂投加一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水P浓度。

在国外的一些文献的计算中，提出了投加系数β的概念，即：

在实际计算中，为了有效地去除磷，出水保持（P<1mg/L）β 值为1.5，也就是说去除1Kg磷，需要投加：

铁盐：1.5× = 2.7kg Fe

或者铝盐：1.5× = 1.3kgAl。

根据上述的计算，根据进水P的浓度，出水需要消减到达的P浓度，进水量，我们可以计算出需要减少多少P，根据消减的P的量，算出Fe或者Al的用量，然后根据化学品的纯度得出工业化学药剂的投加量，这样最终算出化学品的投加量。

最终的计算公式为：

总磷去除量=进水水量×（进水总磷浓度-需要达到的出水总磷浓度）

需要投加的铝盐：

    铝投加量=1.3×总磷去除量

    铝盐的投加量=铝投加量×铝的分子量之比

    实际的铝盐投加量=铝盐投加量÷聚铝药剂的百分比含量

例如：某厂进水量9000m3/d，进水总磷为4mg/L，出水要求为0.5mg/L，投加的为聚合氯化铝盐，药剂的纯度为29%。计算如下:

总磷去除量：

=9000*（4-0.5）/1000=31.5Kg                  （1）

铝投加量：

=31.5*1.3=40.95kg                                （2）

铝盐投加量：

=40.95÷（54/102）=76.5Kg                 （3）

实际铝盐ＰＡＣ投加量：

=76.5/29%=263.8kg/d                           (4)

 每日消耗PAC    250~300K g                    (5) 

计算过程中，第一步有用到单位的换算，既mg/L换算成Kg/m3，关于这个的单位换算，大家可以翻阅上一篇公众号的文章《单位的换算》的内容进行比对，了解如何得出的这个数值。第三步用到的氯化铝的比例，因为聚合氯化铝的分子式为[Al2(OH)nCl6-n]m，而实际应用中常用Al2O3来进行计算。Al2O3分子量为102，所以54/102是聚合氯化铝中铝所占的比例。第四步要进行药品纯度的换算，工业产品由于制作工艺和成本制约，往往含有大量的杂质，因此我们在实际中要把纯度考虑进去，纯度一般根据厂家的制作工艺和质量各有不同，但往往厂家为了产品推销，一般都会以PAC的国标GB15892-2009的29%的质量分数来说，所以一般就用这个数值来做计算。第五步的计算一般是指PAC固体都是25kg一袋进行包装运输的，在工人的实际配药操作中，不会具体称量到每一公斤，往往一次性加一袋，所以在最后的计算中，就直接换成25Kg的倍数进行统计。

以上我们用PAC进行了化学除磷的实例计算，铁盐的化学除磷的计算与PAC的相同，计算比例参照前面的1.5，主要在铁的比例，铁盐药剂的浓度上有所差别，大家在实际计算中要注意采用合适的数据进行投加量的计算。

这个化学药剂的投加量，只是一个计算的投加量，实际过程中往往受到现场情况的种种制约，除磷的效果会有不同的显现，运行中可以采用这个计算值作为初始加药预算，然后在使用中不断地根据出水水质进行调整，直到找到最佳的加药比例，稳定高效的去除总磷，达到国家出水水质标准。