污水处理中聚合氯化铝的设计应用

虞祥芬　应莉雅　程荣伟

【摘  要】污水处理中，化学除磷法应用广泛。聚合氯化铝（PAC）作为一种常见的化学除磷药剂，常被用于各污水处理厂。本文对其除磷原理、用量计算进行了探讨，并以温州西片污水处理厂为例，对实际应用中，PAC 的最佳使用量进行了研究。

【关键词】化学除磷;聚合氯化铝;应用

前言

自 2015 年 4 月国务院发布实施《水污染防治行动计划》以来，全国水环境质量得到了持续的改善，但我国水污染防治形势依然严峻。排放到湖中的污水使得藻类过渡繁殖，水中含氧量迅速降低，致使鱼类无法生存甚至灭绝。这是水体富营养化造成的结果，而磷确是引起水体富营养化的关键营养物质。污水中的磷主要来源于粪便、化肥、生活污水、工业废水等。随着城市的发展，含磷洗涤剂的使用、各行业废水的排放、工业废水的增多，给水治理带来了不小压力，更高效的除磷刻不容缓。

一、化学除磷

目前，城镇污水除磷方法包括生物除磷法、化学除磷法以及生物-化学相结合的处理方法。生物除磷工艺是一种相对经济的方式，但由于脱氮和除磷过程存在着泥龄、碳源等方面的矛盾，因此出水TP浓度比较不稳定甚至达不到国家排放标准，故当生物除磷不能满足排放标准时常采用化学药剂强化除磷。化学除磷主要是通过向污水中加入无机金属盐药剂，使其与污水中的溶解性盐类（如磷酸盐）反应，生成颗粒状、非溶解性的物质。常见的化学除磷药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙。出于经济考虑，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe盐、Fe盐和 Al盐，本文以聚合氯化铝（PAC）作为研究对象，探讨其在污水处理中的使用。

二、聚合氯化铝在污水处理中的使用

1.背景

温州西片污水处理厂，全厂废水处理总规模25万m³/d。一期工程提标改造废水处理工艺为“CAST-MBBR +磁沉淀池+纤维转盘滤池”;二期扩建工程废水处理工艺为“多级 A/O（改良A2/O）生物池+矩形周进周出二沉池+磁沉淀池+纤维转盘滤池”。工程项目废水处理外加碳源为乙酸钠，助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），絮凝剂为聚合氯化铝（PAC），消毒使用次氯酸钠，污泥使用带式浓缩脱水一体机处理，废水处理期间全流程除臭。

2.聚合氯化铝除磷原理

聚合氯化铝在含磷废水中投加后，在废水中水解生成三价铝金属离子，三价铝离子能够与废水中的可溶性磷酸盐结合反应转变成非溶解性的磷酸盐沉淀，从而达到对废水中磷酸根离子的去除作用，如式（1）。这是沉析的过程，而一 般除磷药剂都具有一定的絮凝功能，所以在除磷过程中，沉析与絮凝往往是同时发生的。聚合氯化铝的混凝作用能够在废水中分解后通过对磷酸根离子表面的电荷层进行压缩，进行吸附架桥使得废水中磷酸根与其它有机污染物迅速混凝成团，粘结成絮体沉淀。与沉析反应相竞争的反应是金属离子与 OH的反应，如式（2），所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量。金属氢 氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。

AlCl+ KPO → AlPO↓ + 3KCl         （1）

Al + 3OH → Al（OH）↓（2）

3.聚合氯化铝用量的计算

以温州西片污水处理厂为例，全厂废水处理总规模250000m³/d，进水TP浓度为 1.5mg/L，根据城镇污水一级A排放标准，出水TP浓度应低于0.5mg/L。PAC药剂经化验室检测，其 Al含量为 5.32%。PAC药剂密度为1.12kg/ L。

在化学沉析除磷时，1mol铝消耗1mol磷，也就是说去除1g 的磷需 0.87g 的铝。而实际中，反应并不是 100%进行的，如金属离子与 OH会发生竞争反应生成氢氧化物，所以实际投加药量时需要超量投加，以保证出水浓度达标。

德国在计算时，提出了投加系数β的概念，投加系数受多种因素影响，在最佳条件下，β=1;在非最佳条件下，β=2到3或更高，实际投加时通过投加试验确定。

P负荷=250000m/d×（0.0015-0.0005）kg/m=250kg/d 投加系数β以2.5为例

所需Al的投加量为：2.5×（27/31）×250 kg/d=543.75kg/d

折算PAC投加量：543.75 kg/d÷5.32%≈10220kg/d

折算PAC体积：10220kg/d÷1.12kg/L=9125L/d

4.实际使用中聚合氯化铝的最佳用量

根据污水处理厂实际情况，做以下小试实验。取1mLPAC 试剂于100mL容量瓶中進行稀释。取6个 500mL的烧杯，分别加入500mL进水，并测进水TP。在各个烧杯中加入40mg磁粉及0.15%浓度的PAM0.3mL。通过计算，算出不同投加系数下，所应投加的PAC稀释液体积。在各烧杯中加入相应稀释液并搅拌，沉降后分别取上清液测出水TP。具体数值如表1所示

由表1可看出，当投加系数β=5时，出水总磷基本达到一级 A 出水标准，出水浓度为0.5mg/L。由于该厂除磷工艺为生物除磷与化学除磷相结合，进水在生物除磷过程中，聚磷微生物在厌氧条件下释磷，好氧条件下吸磷，再由污

泥排出的过程后，已达到部分除磷的效果。故PAC的投加系数β=5 时，可以稳定达到出水要求。相应的PAC加药量约为21t/d。

三、总结

PAC 对总磷的去除有显著的效果，该污水处理厂投加系数为5时，可以达到所需出水标准，所用PAC 投加量为21t/d。由于总磷的去除率受相应的进水影响，当进水总磷浓度过高时，可以此小试实验为基础适当调整投加系数，以达到出水排放标准。

参考文献：

[1]谢芳.城镇污水处理厂化学除磷研究[J].城市建设理论研究（电子版）.

（作者单位：温州市创源水务有限公司）