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污水处理系统中化学除磷效果影响因素分析 (1)


安徽农业科学,Journal

of Anhui

Agri.Sci.2013。41(17):7645—7648

责任编辑宋平责任校对况玲玲

污水处理系统中化学除磷效果影响因素分析 宋丹1,杨肃博2
(1.重庆市环境监测中心,重庆401147;2.重庆忠庆环境丁.程咨询服务有限公司,重庆400016)

摘要[目的]分析污水处理系统中化学除磷效果的影响因素。[方法]在不同反应系统下,研究了投加石灰处理高、低浓度含磷废水的 效果及其限制因素的影响。[结果]石灰沉淀法处理高浓度含磷废水既可以降低化学除磷的成本,又可以在合适的搅拌、沉淀条件下,通 过控制碱度、pH等因素来达到较好的处理效果;处理后的化学污泥的含磷量可达到9%一12%,有较高的可回收利用价值。[结论]石灰
法处理富磷污水比处理低磷污水经济,且对磷的回收利用有很大的潜力。 关键词石灰法;除磷效果;影响因素;污水处理系统 中图分类号¥271 文献标识码A 文章编号0517—66ll(2013)17—07645—04
Study on Innuence Factors of Phosphorous Removal by Chemical Method in Sewage Treatment System SONG Dan et al(Chongqing Center for Environmental Monitoring,Chongqing 401147) Abstract
Method

The research aimed to study innueflce factors of phosphorous removal by chemical method in sewage treatment system. difierent reaction systems,removal effect of the phosphorous in sewage by dosing lime and influence of the constraint factor were studied.[Result]Lime precipitation method treating high—concentration phosphorous wastewater could not only decline cost of phosphorous re—

Objective

In

moval by

chemical method,but also reach better treatment effect under suitable stirring and precipitation conditions by controlling alkalinity and
content

pH.Phosphorous treating

of chemical
was

phosphorous?rich sewage
Lime

more economic than low?phosphorous sewage,and

Lime method sludge after treatment could reach 9%一12%,with higher recyclable value.I Conclusion had very big potential for recycling of phosphorous.

Key words

method:Removal effect of phosphorous;Influenee factor:Sewage treatment system

传统生物除磷系统是利用聚磷菌在好氧条件下超量的
吸磷能力,通过排除好氧富磷污泥的方式来去除污水中磷,

一级标准,一般认为达到5 mg/L即可。该试验将对不同的 处理标准下的石灰投加量以及碱度、搅拌时间、沉淀时间对

其效果直接受污泥龄、污泥浓度、剩余污泥排放量等因素的
限制。尽管其运行费用低,但处理效果往往不尽人意。如何 改进-_[艺,提高除磷的效果仍是目前污水处理领域研究的重

除磷效果的影响分别作试验比较。

点‘1‘。为了使传统水处理系统能长期稳定地达到一级排放
标准,在系统中往往增设了化学除磷的过程,将化学药剂加

在初沉池、二沉池或是曝气池中。但由于污水中磷的含量较 低,而HCO、一碱度却相对较高,因此认为一般条件下化学除 磷的药剂投加量直接受污水碱度的影响,而与磷酸盐浓度关 系不大,这就导致了除磷药剂的有效利用率较低。该研究提
出利用聚磷菌特殊的生物特性来富集污水中的磷酸盐,通过 排出厌氧富磷污水的方式来实现处理系统中磷的有效去除。 排出的富磷污水中,PO。。浓度可以达到进水浓度的10倍。 从化学反应的角度来看,这种高浓度含磷污水的化学处理方
图1

以SBR为处理背景的化学处理流程

式将会较好地提高药剂的利用率。
1试验材料与方法 1.1工艺流程与设备按照污水排放的标准,污水处理系

1.2试验方法用NaH:PO。和Na2CO,配制成特定碱度和
浓度的含磷废水,在120 r/min的快速搅拌情况下投加石灰 乳,然后以45—50 r/rain慢速搅拌一定时间后,静置取上清

统出水的磷含量应达到一级排放标准。但是,由于化学沉淀
除磷是生物除磷的一个后续的辅助处理过程,所以在化学处 理后,对出水中磷的浓度要求也就有了它自身的特点。2。4。。 由图1可知,厌氧池中的污泥为了实现有效的释磷,必 须投加外加碳源。因此,采用絮凝沉淀的方式,向厌氧池释 磷污水中投加化学药剂,仅是为了去除污水中的磷,而外加 碳源即COD和原水中的氨氮并没有被去除,故而化学除磷 池出水不能直接排放。一般将其回流至主反应器中,接受进 一步的处理。所以,对化学除磷的出水含磷要求可以不按照
作者简介宋丹(1981一),女,四川资阳人,工程师,硕士,从事水环境 保护研究.E-mail:27402520@qq.C001。 收稿日期2013-05-23

液,测定其PO。3。的含量。分别研究石灰投加量、反应时间、 沉淀时间、PO。“浓度等因素对化学絮凝系统处理效果的
影响。 1.3分析方法PO。”:抗坏血酸一钼酸铵分光光度法;碱

度:酸碱滴定法。主要设备:混凝搅拌仪、72型分光光度计、
ORP.43型PH计。 2结果与分析 石灰投加入含磷污水中后,可以和污水中的HPO。2。和 HCO,一反应,相应反应式: (1)主反应: 5Ca2++40H一+3HPO。2一_+ca(OH)(P04)3 l+H20
(1)

万方数据

7646

安徽农业科学

2013生

3Ca2++2P04

3一--}Ca3(P04)2

(2)

城市污水或二级处理出水去除单位浓度(mg/L)的磷需投加 的石灰量为i0.55 rng。可见,去除等量P0。卜,以富磷污水的
方式可以节约药剂量8.05
表1 标准) 原水浓度

(2)副反应:

ca“+HC03一---CaC03』+H+

(3)

mg/I.。

这是两个相互竞争的反应,降低HCO,一浓度,可以降低
副反应的竞争能力,提高药剂的除磷效率。研究发现相对于

石灰投加量与出水PO。”、污泥含磷量l以出水浓度0.5 r,,.g/L为

反应(2)来说,反应(3)具有更快的反应速度。在城市污水
含磷浓度的范围内,无论是热力学还是动力学反应过程,反

竺芝兰
91.25

出水∥m∥L
Ca0/AP

竺!j二至]互j[堑互
一. 石灰投加量∥g/m3
2.31 1.15 22.40 17.20 0.66 2.65 8.22 0.60 4.76 12.50 0.59 4.77 0.42 3.30 8.00 0.58 5.95 10.10 0.60 5.95 0.87 1,62 14.05 9.20 2.87 19.4 8.80 2.84 1.80 10.14 2.90 3.33 14.70 2.30 3.29 2.22 8.50 0.94 4.00 13.40 1.12 4.00 19.20 1.89 15.40 1.68

应(3)都更容易进行。研究还表明,尽管生成Ca3(PO。):的 过程和其他的反应过程相比存在较慢的反应速度,但是其反
应速度受污水中HCO,一和PO。”浓度的影响较为明显¨1。 该反应速率可用下式表示,即: dc/dt=一(4.1/cr,C03 2一)xC2


污泥含磷量∥%14.80
51.00

出水#mg/L
CaO/2LP

污泥含磷量∥%19.30
37.oo

出水#mg/L
CaO/△P

(4)
原水浓度
m∥L
8.10

这一速率方程式对微碱性pH条件下Ca3(PO;):的沉淀

冱渥盒鲢量应丝!§:3Q!§:四!±:≥Q!≥:箜13:艘!Q:≥Q
一。 … 出水//mg/L
CaO/AP

作用有着重要的指导意义。由(4)式可知,ca,(P0。):的沉 淀速率和程度除了是碱度的反函数以外,浓度指数2.7表 明,反应速率对磷的浓度极为敏感。由此可以预测,提高 PO。”浓度可以显著地提高化学混凝速度。 2.1石灰投加量对除磷效果的影响在试验过程中,向6
个1
000

石灰投加量∥g/m3
16 2.65 2.94 32 1.48 4.82 48 0.63 6.50 64 0.63 8.67 80 0.52 10.55 100 0.31 12.84

适逞盒琏量碰丝!i:!Q!!:!Q§:婴≥:箜堡:翌≥:鲤
表2石灰投加量与出水PO.“、污泥含磷量{以出水浓度5.0mg/L为 标准) 原水浓度
mg/L 38.55

ml烧杯平行样中投加不同量的石灰乳,经过凝聚、

混凝、沉淀后,测定上清液出水中P04”浓度,来检验投加量
和除磷效果之间的关系。以出水浓度0.5 mg/L为标准检验 石灰投加量的结果见表1,以出水浓度5.0 mg/I.为标准检验 石灰投加量的结果见表2。

项目



互壅塑塑量丛型查
60 7.85 1.95 70 6.33 2.17 13.20 / / / 80 4.85 2.37 12.10 120 2.38 3.31 12.10 130 / / / 4.60 2.85 12.70 140 / / /



150 / / /

出水∥mg/L
CaO/△P

污泥含磷量∥%13.90
50.10

从表1和表2可知,①污水中的含磷量随着石灰投加量 的增加而减少,去除单位浓度的磷所需要投加的石灰量也在 逐步增加。②污泥中的含磷量随着石灰投加量的增加逐渐 降低。高浓度的原水,在出水浓度为0.5 mg/I。时,污泥的含
磷量在10%左右,当出水浓度为5.0 mg/T.时,污泥的含磷量

出水//me/I.
Ca0/△P

21.80 2.12

/8.90 / / 2.91 13.00

3.53 2.52 3.04 3.15 12.9012.40

污泥含磷量∥%13.60

2.2

混凝时间对处理效果的影响混凝分为胶体脱稳过程

和脱稳胶体的粘结过程。水力条件是混凝物形成的一大影 响因素,在实际应用中与搅拌时间和搅拌速度有关。在该试 验中,加入石灰以后,快速混合10 s,然后以45—50 r/min的 转速搅拌,通过测定出水P0。”浓度来确定搅拌时间,具体结
果见图2。

增加到13%左右。而处理低浓度原水产生的污泥含磷量在 3.5%~4.O%之间,较之处理高浓度原水时明显地降低。③
在城市污水处理系统中,碱度一般在100 mg/I.左右,要使出

水P0。”浓度达到要求(以5.0 mg/L为准),则富磷污水去 除单位浓度(rag/L)磷时需投加的石灰量约为2.50rag,

d罾f』—q矮蛰鼙妥书
6 9 12 15 18

1/君lⅡ『』醇矮弱目#肾嬖#F
9 12

15

18

搅拌时问#min 图2高浓度(a)、低浓度(b)原水搅拌试验

搅拌时间ⅣNn

由图2可知,低浓度原水的搅拌时间应不小于15

min;

凝体遭到破坏,影响沉淀效果,以至于影响最终的出水。

高浓度原水的搅拌时间一般应控制在15 min以内。同时还 可以看出,随着搅拌时间的增加(15—18 min),出水的磷酸
盐的浓度反而增加,这是因为过长的搅拌时间会使形成的絮

2.3沉淀时间的确定混凝搅拌以后,形成的混凝体完成
沉淀需要一定的时间。足够而恰当的沉淀时间是出水达到 排放要求的保证,也是影响调节池尺寸的一个重要的因素。

万方数据

41卷17期

宋丹等污水处理系统中化学除磷效果影响因素分析

7647

通过试验得到沉淀时间与出水中磷含量的关系见图3。

1/a1 {《 矧留甓篙书

1/盆Ⅱ『』赵《嫱搿黪婆书

沉淀时间ⅣNn 图3沉淀时间对高浓度(a)、低浓度(b)原水的影晌

沉淀时间Ⅳmin

由图3可知,在沉淀过程中,最开始5 IIlin的沉降速率较

快,在图3中体现为曲线斜率较大;随着时间的增加,沉降速 率逐渐降低。所以,要达到排放标准,必须保证足够的沉淀 时间。结合该次试验结果,认为沉淀时间不应小于30
rain。

2.4碱度对污水处理效果的影响原污水中的碱度多以 HCO,一的形式存在,HCO,一又是加入石灰以后副反应的主要 反应物。因此,磷酸盐和总碱度的比值就决定了单位石灰投
加量下P0。”的去除率。反应初期,P04”/T的值较低,投加

罨 善




如∞∞如∞们加0
3 6 8 10 12 15

少量的石灰几乎全部与污水中的碳酸盐反应,故而PO。”的 去除率较低;随着碱度的消耗,P0。卜/T的比值上升,继续投 加进去的石灰大部分和PO.”反应生成羟基磷灰石,P0。” 的去除率也就逐渐升高。 2.4.1碱度随石灰投加量的变化。该试验以高浓度含磷污
水(51.00 mg/L)为试验条件,分析污水中碱度随石灰投加量 而发生的变化。由图4可知,HC03一碱度随石灰的投加迅速下 降到零,副反应的影响逐渐减小至没有。总碱度随石灰的投加 先下降,然后趋于稳定。这是因为石灰投加在带来OH一碱度 增加的同时,引入的Ca2+和C0,。碱度反应形成沉淀。

石灰投加量Ⅱ珀g/L 图4碱度与石灰投加量关系

2.4.2碱度对含磷污水处理效果的影响。在原水的磷酸盐 浓度不变的情况下,检验碱度对处理效果的影响,分别对不 同出水浓度标准下,出水受碱度的影响进行试验分析。 (1)高浓度含磷废水处理效果。以PO。”浓度为56.50
m∥L的含磷污水为试验对象,在特定的石灰投加量条件下, 测定出水达到5.0和0.5 m#L的标准时,碱度对出水影响, 具体结果见图5a。


餐 稍


1/aⅡ『』划苌谢留咎芸书


原水域虔II mg caD/L 图5碱度对高浓度(a)、低浓度(b)含磷污水处理影响

原水稿度Ⅳmg

Ca0/L


(2)低浓度含磷废水处理效果。以PO。”浓度为8.50

说,碱度的影响就显得很明显。随着碱度的升高,出水的 P0。”浓度明显升高。在出水浓度标准为5.0 mg/L的情况 下,碱度对高浓度原水的影响也相当的明显。这是由于在投 加的石灰量不足的情况下,石灰倾向于和水中HCO,一碱度优 先反应。碱度越高,消耗的石灰越多,进而影响了Ca“和

m∥L的含磷污水为试验对象,在特定的石灰投加量条件下,
测定出水达到0.5 mg/L的标准时,碱度对出水的影响,具体 结果见图5b。

由图5可知,在出水浓度标准为0.5 m∥L的情况下,碱 度对高浓度原水的处理效果影响不大,而对于低浓度原水来

P0。”的结合,从而造成出水PO。3。浓度的升高。

万方数据

安徽农业科学

2013年

P0。3‘的去除。因此,pH控制在10.5左右即可,此时磷的去
除率可达90%~94%。 3结论

(1)利用石灰法处理高磷污水比处理低磷污水经济,每
方污水可节约大约8.05 g的石灰投加量,比低磷污水的投加 量节省了54%。
1/磐≈嘲镁爿篷然饕书

(2)在试验中确定了处理不同浓度含磷污水时合适的石 灰投加量、搅拌时间、沉淀时间以及pH,并分析了碱度对化 学除磷的影响,对实际工程的应用有一定的指导意义。 (3)富磷污水生成的沉淀中的含磷率可达到9%~
图6

pH对处理效果的影响

12%,而低磷污水生成的沉淀中的含磷率只有3%-4%。相
对而言,处理富磷污水对磷的回收利用有很大的潜能。 参考文献
[1]国家城市给排水工程技术研究中心译.污水生物处理与化学处理技术 [M].北京:中国建筑工业出版社,2000. [2]吉芳英,罗固源,杨琴,等.活『生污泥外循环SBR系统的生物除磷能力 [J].中国给水排水,2002,19(5):1—5. [3]方建章,黄少斌.化学沉淀法去除水中氨氮的试验研究[J].环境科学 与技术,2002,9(5):34—35. [4]CHOL E,PARK H,RHU D.Phosphorus removal from SBR with controlled
denitrification for weak

2.5 15

pH对除磷效果的影响

在含磷废水保持进水浓度为

mg/L不变的情况下,分析pH的变化对处理效果的影响,

具体见图6。由图6可知,当pH升高时,磷的去除率随之提 高。这是因为Ca(OH):的加入使OH一、Ca2+浓度增大,易造 成Ca,。(OH):(PO。)。晶体析出,出水P0。卜下降的很快,除 磷率也随之升高。当pH在10左右时,随着pH增加,P0。” 下降变得很缓慢,其原因可能是原水中碱度尚未完全消除,
当pH>10时,Ca“与CO,。反应易生成CaCO,,从而影响了

sewage[J].Water

Science and Technology,2001,

43(3):159—165.

?-4--??—-一”—卜-—}w—卜-+-—F一+一+一+”+一十*+一+-+一+-+“+--4-??+一十”+“+一+一+一+--+一+“+-+一+??+一+”+一+一+一+一+一+*+一+一+。+-+..+.+-+.

(上接第7613页)

较大,年平均降水量范围为513~l
一24.63

983

ITlln,气候倾向率为

象学报,2005b,63(6):942—956. [10]侯艺玲,李冻梁,施雅风,等.50 a来我国东北及邻近地区年降水量的 年代际异常变化[J].冰川冻土,2005,27(6):838—845.

mm/10a,稍大于西安市近54年来降水量的气候倾

向率(一20.52 mm/10a)。1“,远大于关中平原地区气候倾向
率(一1.2 mm/10a)¨…。此外,四季年降水量变化趋势不同, 表现为春季(一13.68 mm/lOa)和秋季(一18.98 mm/10a)呈 下降趋势,而夏季(5.95 mm/10a)和冬季(2.07 mm/10a)有 所上升。

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phenology under climate my of

(3)41年来秦岭西部年13照时数气候倾向率为一40.57 h/10a,远小于西安市的气候倾向率(一82.32


lOa)。17 o。年

日照时数和年相对湿度呈下降趋势,但变化趋势不显著,平
均年日照时数为1
864

h;年蒸发量呈增加趋势,但变化趋势

不显著。此外,从地域差异上看,秦岭西部年平均气温、年降 水量和年相对湿度都呈现由南部向北部地区递减的趋势,年
13照时数和年蒸发量则呈现由南部向北部地区递增的趋势。 参考文献 [1]】401奇,吕晓丹,朱宇,等1951—2005年鞍山气候变化特征分析[J].气
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万方数据

污水处理系统中化学除磷效果影响因素分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 宋丹, 杨肃博 宋丹(重庆市环境监测中心,重庆,401147), 杨肃博(重庆忠庆环境工程咨询服务有限公司,重庆,400016) 安徽农业科学 Journal of Anhui Agricultural Sciences 2013(17)

参考文献(4条) 1.国家城市给排水工程技术研究中心 污水生物处理与化学处理技术 2000 2.吉芳英;罗固源;杨琴 活性污泥外循环SBR系统的生物除磷能力[期刊论文]-{H}中国给水排水 2002(05) 3.方建章;黄少斌 化学沉淀法去除水中氨氮的试验研究[期刊论文]-{H}环境科学与技术 2002(05) 4.CHOL E;PARK H;RHU D Phosphorus removal from SBR with controlled denitrification for weak sewage 2001(03)

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污水处理生物除磷工艺(一) 缺氧好氧活性污泥法 (A...条件影响小,工艺操作灵活,脱氮除磷效果好且稳定。 ...(2)回流设施宜分别按生物处理工艺系统中的最大污泥...
论污水含磷的处理
摘要在现有的除磷方法中,主要有化学法与生物法两种...本论文针对水污染的主要因素的磷, 研究了含铝...即污水处理 系统在厌氧条件下,聚磷菌 PAO 受到抑制...
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