化学除磷加药量计算

2024-12-18 13:04 宁夏

化学除磷指通过投加化学药剂, 利用其中某些金属阳离子，如铁离子、铝离子、钙离子、镁离子等与磷酸根反应生成难溶性磷酸盐沉淀, 从而达到除磷效果。本文从化学除磷原理出发，给出化学除磷加药量的简捷计算方法，供水处理人士参考。

一、化学除磷原理

常用于化学除磷得药剂包括：熟石灰[Ca(OH)2]、生石灰[CaO]、硫酸铝[Al2(SO4)3·18H2O]、聚合氯化铝[PAC]、铝酸钠[NaAlO2]、三氯化铁[FeCl3]、硫酸铁[Fe2(SO4)3]、硫酸亚铁[FeSO4]、氯化亚铁[FeCl2]、氯化镁[MgCl2]、氧化镁[MgO]。其中，钙盐与磷酸根反应生成羟基磷酸钙（HAP，又称羟基磷灰石）沉淀；铝盐与磷酸根反应生成AlPO4沉淀，同时铝离子水解生成得Al(OH)3对磷进行吸附；铁盐除磷与铝盐类似, 也包括直接反应和絮凝物的吸附，但直接反应占主导作用；镁盐除磷主要是利用镁离子与磷酸根、铵根离子同时发生反应, 生成磷酸铵镁（MAP，又称鸟粪石）。

二、加药量计算

1.钙盐加药量

含磷污水投加石灰后，石灰首先与水中碱度发生反应，生成碳酸钙沉淀，而后过量的钙离子才能与磷酸根反应生成羟基磷酸钙，且只有当pH＞10.5时，才会生成大量的羟基磷酸钙，如下图所示。

所以，石灰除磷不仅药剂投加量大，而且处理后需要加酸回调pH，这种方法经济性不高，石灰加药量可按下式计算，对于回调pH所需加酸量可参照本公众号文章《废水调节pH加药量计算及调节后TDS变化》。

废水调节pH加药量计算及调节后TDS变化
Crazy Designer，公众号：水处理科技学报废水调节pH加药量计算及调节后TDS变化

式中：mCa(OH)2和mCaO分别为采用熟石灰和生石灰除磷时的加药量，g/m³；[TP]为污水中总磷的浓度，mg/L；[HCO3-]为污水中碳酸氢根的浓度，mg/L。

2.铝盐加药量

含磷污水投加铝盐后，铝离子与正磷酸根离子生成。但不同铝盐，对出水水质影响不同，主要表现在pH值上。硫酸铝与正磷酸根反应的同时，还会中和水中的碱度，如下式所示，所以硫酸铝除磷会使污水的pH值下降。

聚合氯化铝与磷发生的反应和硫酸铝相同，但是其不中和水中的碱度，而是自身水解成Al(OH)3，所以污水的pH不会发生变化。铝酸钠与正磷酸根反应过程中产生OH-，如下式所示，所以铝酸钠除磷会导致污水pH值升高。

铝盐除磷加药量为除磷与投铝的摩尔比例为1:0.87，例如污水水量为100 m³/h、TP浓度为5 mg/L，预期投加铝盐后TP浓度降低至1 mg/L，则除磷为0.13 mmol/L，即除磷总量为13 mol，则投加铝盐需要含铝离子11.31 mol，如采用硫酸铝[Al2(SO4)3·18H2O]，1 mol硫酸铝含有2 mol铝离子，那么需要硫酸铝3.77 kg/h。

3.铁盐加药量

铁盐中的铁离子有二价和三价两种，三价铁离子与磷的反应和铝离子与磷的反应相同。二价铁离子需要先被氧化成三价铁离子，所以二价铁离子适合用于在曝气池内投加混凝剂的BC法工艺。铁盐加药量与污水中TP的摩尔比在1.5~3.0之间。例如，污水水量为100 m³/h、TP浓度为5 mg/L，即污水中TP为16.13 mol/h，如采用三氯化铁[FeCl3]除磷，1 mol三氯化铁含1 mol的三价铁离子，则需要三氯化铁3.93~7.86 kg/h。铁盐除磷特别适合在处理钢铁厂废水时使用，因为钢铁厂有酸洗废水，里面含有大量的铁离子，可以实现以废治废的目的。

4.镁盐加药量

镁盐除磷需要污水中存在足够的NH3-N，从另一个角度来看，这也可以实现氮磷的协同去除。镁盐加药量需要控制两项指标：Mg:N=1.1~1.3、P:N=1.0~1.1。

总结

化学除磷存在着化学药剂耗量大、产泥量大的缺点，因此在除磷技术向着更环保、更经济的方向发展，多年来，经国内外学者的研究，出现了结晶法、吸附法、电化学法等新的除磷工艺，这些技术均具有较好的市场前景。

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