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    工业废水的化学除磷技术

    更新日期:2022-10-26 13:32
    铭盛环境——工业污水,工业废水处理专家,提供污水处理解决方案
     
    磷是一种生物体内十分重要的营养元素,它在生物圈的循环过程较为特殊,与碳和氮的循环过程有较大的不同。在废水中,磷通常以正磷酸盐、聚磷酸盐以及有机磷等形式存在,并且由于废水来源的差异,磷的形式及含量也会有较大的差别。目前,大多数
    工业污水处理厂使用以下2种除磷方法:生物除磷法和化学除磷法。文中着重介绍了废水化学除磷法中化学混凝沉淀法、和吸附法的特点及应用现状。
     
    化学除磷法则是通过向污水中添加一定的化学药剂,使之与磷酸盐发生反应从而达到除磷的目的。
     
    1 化学混凝沉淀法
     
    废水中的磷大部分以溶解性无机磷的形式存在,少部分以有机磷溶解或非溶解状态存在。利用化学混凝法除磷,即通过加入化学药剂,使之与废水中溶解性的磷反应生成悬浮态的磷,并将其滞留。目前用于化学混凝沉淀法除磷的三大除磷剂分别为:钙盐、铝盐及铁盐。而石灰、硫酸铝、聚合氯化铝铁等是最常使用的化学除磷剂。
     
    化学混凝沉淀法通常是将可溶性钙盐、铁盐等配制成溶液的形式,再加入废水中,一方面钙盐和铁盐等会与水中正磷酸盐发生反应形成磷酸盐沉淀,另一方面形成的低聚物具有吸附作用,它可以通过搭桥作用、表面静电作用等对磷的化合物进行吸附,最终通过将泥水进行分离达到除磷的目的。通常使用的化学除磷手段可根据金属盐种类的差异分为以下3种:
     
    1)钙盐除磷:
     
    由于添加钙盐进行除磷,其操作过程简便,除磷效果佳等优点,在实际工业应用中,人们通常选择在含磷废水中加CaCl2,无机磷在pH为11下能被沉淀绝大多数。高伟胜等在加入量n(Ca):n(P)=1。5∶1的条件下,磷初始浓度582mg/L,初始pH=9.5,反应30min,对磷的去除率可高达99.9%。
     
    2)铁盐除磷:
     
    利用铁盐除磷的方法,针对总磷含量为2~4mg/L的生活污水,去除作用较好。王立立等使用三价铁与聚硫酸铁混凝的方法,水中磷的去除可达75%以上。吴昊在总磷含量为158mg/L的淀粉废水中加入氯化钙和氯化铁,在溶液pH=6.92时,总磷去除率可高达97.05%。
     
    3)镁盐除磷:
     
    张教强等使用氯化镁和碳酸氢铵作为沉淀剂,处理磷浓度为6.6mg/L与3.2mg/L废水时发现,在pH为7~12范围内,随pH的增加对磷的去除率增高,水中磷的最大去除率可达到98%以上。
     
    在实际操作中,为强化化学混凝沉淀的除磷效果,可通过加入高分子助凝剂等方法来提高除磷率。
     
    3.2 吸附法
     
    吸附法除磷是通过将具有一定表面活性基团的除磷剂投入废水中,除磷剂的活性基团与磷发生键合作用,从而实现将磷富集的目的,进而达到除磷效果。吸附法具有以下优点:①适用水体广,无论是对工业废水的处理,还是对生活污水或者地表水的处理均适用;②吸附速率快;③吸附剂的使用过程对环境友好;④吸附剂具有可回收的特性。吸附法也具有一定的缺点,例如,其饱和吸附量低,除磷效率会受pH变化的影响,磷在中性条件下很难去除。目前使用的除磷吸附剂最多的是活性炭、生物质、金属氧化物、黏土矿物等。
     
    3.2.1 活性炭
     
    活性炭的形成过程如下:含碳原材料制备→碳化→活化加工而成。原材料一般使用木材、石油焦和果核等材料。活性炭具有很大的比表面积,其在水处理中的应用十分广泛,但活性炭的选择性吸附能力并不强,因此,为了能够将其应用于对特定物质的吸附,需要对其进行改性。研究表明,在活性炭上负载Fe可以较大程度地提高对磷的吸附效果,该过程首先使用一定浓度的硝酸对活性炭进行氧化,目的是使活性炭能搭载更多Fe,进而可以促使活性炭表面形成大量的活性位点,显著提高活性炭对磷的吸收速率及效率。Zhou等在污水磷去除实验研究中,首先利用液相凝胶法制备纳米氧化铁,再将其负载于活性炭上,发现,经过改性后的活性炭相比于未改性的活性炭对磷的吸附量提高较大,最大吸附量为12.86mg/g。利用化学法将活性炭进行改性的研究也很多,例如,杨晶等使用硫酸亚铁溶液对活性炭纤维进行改性,实验表明,改性后活性炭纤维对磷的吸附能力大大提高,对磷的去除率高达99%,在同等实验条件下,改性前对磷的去除率仅为48%。童婧等利用锆、铁改性活性炭纤维对磷进行吸附试验,研究发现改性后的活性炭纤维对磷的吸附量可达27.03mg/g,吸附量增加2.5倍。由此可见,通过将活性炭在一定条件下进行改性,可对废水中的磷进行有效去除或者回收利用。
     
    3.2.2 生物质
     
    在吸附工程中,通常会使用生物质或者其废弃物作为吸附材料,这部分的生物质称为生物质吸附剂。生物质制备吸附剂是近些年来的研究热点。Chen等利用牡蛎壳吸附初始浓度为10mg/L的磷时发现,升高反应温度和降低壳粒径都能增大牡蛎壳的吸附容量,提高对磷的去除效率;具有丰富吸附位点的牡蛎壳是一种既环保又高效的除磷剂。Kose等在利用吸附法除磷的实验研究中,使用蛋壳制作生物质吸附剂,研究发现用焙烧的废蛋壳对磷进行吸附,在pH为2~10时,去除效率都能大于99%,pH对废蛋壳吸附磷的去除率高低无明显影响。
     
    3.2.3 金属氧化物
     
    近年来,对于金属氧化物类吸附材料研究较多,金属氧化物具有常见吸附材料的特点,同时它具有众多羟基团以及很高的选择吸附性。研究较多的金属氧化物吸附材料主要有铁氧化物及水滑石。氧化铁对磷的吸附不仅通过球表面静电吸附的物理作用,而且还通过球内络合的化学作用对磷产生吸附效果。Philip等利用3种不同的氧化铁基吸附介质样品对某渔业中心的养殖废水进行除磷处理,研究发现,磷的去除率可达50%~60%。在使用金属氧化物类的吸附性材料时,pH对吸附效果的影响较大,有研究证明,在磷的初始浓度为2~20mg/L、磁性氧化铁投加浓度为0.6g/L、反应24h,磷的吸附量达到最大值,而在pH升高到11时,吸附容量急剧下降。杨思亮等通过焙烧制得Zn-Al水滑石,研究发现在低温300℃、焙烧6h制成的水滑石对磷的吸附量最大,最大吸附量高达197.24mg/g。
     
    3.2.4 黏土矿物
     
    黏土矿物是一些含镁、铝等为主的硅酸盐矿物,它是一种层状结构并且含水的矿物。吸附工程中常用的黏土矿物有以下几种:膨润土、蛭石、高岭土、凹凸棒土等。
     
    江旭等通过焙烧、添加酸碱药剂、盐类以及其组合工艺改性膨润土,研究其对磷的去除效率,实验结果表明各种改性方式都能增加膨润土对磷的吸附量,从而增大去除效果。郑易安等通过酸、碱、盐及有机化等处理方式对蛭石进行改性,通过改性的蛭石在960℃下进行处理后,对磷的吸附量可达6.4mg/g。翟由涛等利用高岭土对磷进行吸附实验,研究发现,经过盐酸改性的高岭土,对磷的去除率可达81.8%,这归因于经体积分数为9%盐酸改性的高岭土中Al、Si等活性位点大量暴露使得对磷的吸附能力明显增强;经500℃高温煅烧改性的高岭土,磷的去除率高达99.5%,这与此煅烧温度下Al元素能达到较好的活化状态有关。