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【幹貨】含(hán)磷廢水(shuǐ)怎麽處理,你知道嗎?

來源:科柏(bǎi)盛環保     發布時間:2020-12-03

       隨著*嚴厲的環保督(dū)查(chá)不斷推進,各地不斷暴(bào)出汙水(shuǐ)排放不達標的企業,其中磷排放不達標也是其中一項重要的問題之(zhī)一。為了提高大家對(duì)含(hán)磷廢水(shuǐ)處理的不斷認識,特推出了含磷廢水的處理方法。

       1.磷的形態

       按照磷在水中的存在形態,可分(fèn)為次磷廢水、正(zhèng)磷廢(fèi)水、 有(yǒu)機磷廢水。

       次磷廢水主要產生於電鍍行業。在化學鍍(dù)鎳過(guò)程中,需要還原劑(jì)提供(gòng)電子給鎳離子,以便鎳(niè)離子還原為鎳(niè)金屬,在大多數的化學鍍液中,多采用次磷酸鈉(nà)為還原劑,這就導致清洗廢水中含有磷,而且磷的狀態多為(wéi)次亞磷。

       我們平常說的廢水中的磷就是說的正磷酸(suān)鹽,正磷酸鹽(yán)是磷的*穩定價態(tài),也是我們*常見的磷(lín)酸鹽,一般的廢水中的TP主要就是正磷酸鹽,磷(lín)酸鹽的來源主要是(shì)生(shēng)活中必(bì)需品(pǐn)、人類排泄物、自然水體、化石能源等。

       但隨著現代工業的發展,有機化合物的生產、合成日益增多。化工(gōng)、造紙、橡(xiàng)膠(jiāo)、染料和紡織印染、農藥、焦化、石油化工、發酵、醫藥與醫療及食品等行業排放的廢水常含有(yǒu)有機磷(lín)化(huà)合物,造(zào)成了(le)環(huán)境汙染、地麵水體惡化,威脅著人類健康,有機磷化合物汙染日益受到人們的關注。

       2.含磷廢水的主要來源(yuán)

       2.1根據來源分類

       主要來自於各種洗(xǐ)滌劑、工業原料、農業肥料的生產過程以及人(rén)體的排泄等;

       2.2根據磷的存在形態

       可分為無機磷廢水(磷酸鹽、聚磷酸鹽)和有機磷廢水(含磷有機化合物(wù)混(hún)於水)。

       含磷洗衣(yī)粉是含磷廢水(shuǐ)的主要來源之一。20世(shì)紀60年代中期日本的(de)“琵琶湖事件”引起人們對磷的富營養化的關注,於是洗滌劑的無磷化問題便成為研(yán)究的熱點。人(rén)們(men)通(tōng)過重組產品配方和使用4A沸石替代磷酸鹽作為主要助劑來合成無磷洗衣粉取(qǔ)代原來的含(hán)磷洗衣粉取得了不錯的效果;對於農業肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被土壤吸附,還有一(yī)部分隨水土流失,所以在使用肥料時應考慮到盡量減少土(tǔ)壤流失,可以通(tōng)過綠化荒山荒漠、因地製宜科學種田(tián)、建立農田防護林以及在江河湖(hú)泊(bó)流域建立綠化帶等手段*大限度地降低水土流失,這也(yě)是降低(dī)廢水含磷量的一個重要方麵;對於人體的排泄,可以對其進行特殊處理後用(yòng)於農(nóng)業肥料(liào)。

       3.含磷廢水(shuǐ)的處理方法

       目前,國內外汙水除磷(lín)技術主要有生物法、化學法兩大類。生物法如A/O、A2/O、UCT工藝,主要適合處理低濃度及(jí)有機態含磷廢水。化學法主要有混凝沉澱法、結晶法、離子交換吸附法、電滲(shèn)析、反滲透等工藝,主要適合處理無(wú)機態含磷廢水,其中混凝(níng)沉澱與結晶綜合處理技術可以處(chù)理高濃度含磷廢水,除磷率較高,是一種可靠的高含磷廢水處理方法(fǎ)。

       3.1生(shēng)物法

       20世紀70年代美(měi)國(guó)的Spector發現,微生物在好(hǎo)氧狀態下能攝取磷(lín),而在有機物(wù)存在的厭氧狀(zhuàng)態(tài)下放出磷。含磷廢水的生物處理方法便是在此基礎上逐步形(xíng)成和完善起來的。目前,國外常(cháng)用的生物脫磷技術主要有3種:   
 
       *,向(xiàng)曝氣貯水池中(zhōng)添加混凝(níng)劑脫磷;

       第二,利(lì)用土壤處理,正(zhèng)磷(lín)酸(suān)根離(lí)子會與土壤中(zhōng)的Fe和Al的氧化物反(fǎn)應或與粘土中的OH-或SiO22-進行置換,生成難(nán)溶性磷酸化合物;

       第(dì)三種方法是活性汙泥法(fǎ),這是目前國內外應用*為(wéi)廣泛的一類生物脫磷技術。

       生(shēng)物除磷法具有良好的處理效果,沒有(yǒu)化學沉澱法(fǎ)汙(wū)泥難處理的缺點,且不需投加沉澱劑。對於二級活性汙泥法工藝,不需增加(jiā)大量設備(bèi),隻需改變運轉流程即可達到生物除磷的效果。但(dàn)要求管理較嚴格,為了形(xíng)成VFA,要保(bǎo)證(zhèng)厭(yàn)氧階段的厭氧條件。

       叢廣治等主(zhǔ)持(chí)的大連開發(fā)區汙水廠A/O改造實踐表(biǎo)明,係統(tǒng)在下列參數下(xià)可取得較好的淨化效果:BOD5負荷為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭氧(yǎng)段容積(jī)∶好氧段容積=1∶2,厭氧段DO<0.6mg/L,好氧段DO為3~3.5mg/L,水溫12℃。出水含磷量穩定在10mg/L以下。厭氧(yǎng)好氧活性汙泥除磷工藝在不增加標準活(huó)性汙泥法基建投資和(hé)維護費用條件下,可以(yǐ)較(jiào)徹底地除磷,且(qiě)運行穩定。這一工藝不但繼承了傳統的標準活性汙(wū)泥法的優點,又增加(jiā)了生物除磷功能。

       黃理輝等主持(chí)的倒置(zhì)A2/O工藝克服了A2/O工藝比較複雜(zá)以及在吸磷動力利用方麵存在明顯不足(zú)的缺點(diǎn),將厭氧(yǎng)、缺氧環境倒(dǎo)置,隻利用一套汙泥回流係統(tǒng)來取代原來的幾套回流係統。
試驗結果表明,對於工業廢水占2/3的城市汙水而言,倒置A2/O工藝在生產運行中具(jù)有較高的去(qù)除有(yǒu)機物和脫氮除(chú)磷能力(lì)。整個工藝具有流程(chéng)簡潔、能耗低、運(yùn)行(háng)穩定(dìng)、抗(kàng)衝擊(jī)力強的特點,適於老廠的(de)改造。

       3.2 化學沉澱法

       通過投加化學沉澱劑(jì)與廢水中(zhōng)的磷酸(suān)鹽生成難溶沉澱物,可(kě)把磷分離出去,同時形成(chéng)的絮凝體對磷也有吸(xī)附去除作用。常用的混凝沉澱劑(jì)有石灰、明礬、氯化鐵,石灰與氯化鐵(tiě)的混合物等。影響(xiǎng)此類反應的主要因素是pH、濃度比、反應時間等。

       為了降(jiàng)低廢水的處(chù)理成(chéng)本,提高處(chù)理效果,學者們在研製開發(fā)新型廉價高效化(huà)學沉澱(diàn)劑方麵做了大量工作。王(wáng)光輝發現,原水含磷10mg/L時,投加300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷(lín)70%左右,而在初沉時加入過量石灰,一般總磷可去除80%左右。他根據化學凝聚能增加可沉澱物質的(de)沉降(jiàng)速度(dù),投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效(xiào)果達80%~85%,很好地解決了生產用水(shuǐ)的PO43-汙染問題。混凝沉澱法是一種傳統的除磷方法,具有簡便易行,處理效果好的優點。

       但是長(zhǎng)期的運行結果表明,化學沉澱劑的投加會引起廢水pH值上升,在(zài)池子及(jí)水管中形成堅硬的垢(gòu)片,還會產生一定量的汙泥。另外,研究表明(míng):除磷效率對應沉澱劑劑量的曲線是指數型的,當(dāng)化學沉澱劑超出一定量,曲線即達到停滯期。所以,試圖用沉澱法將廢水中磷的質量濃(nóng)度降到0.1mg/L以下(xià),是不太經濟的。

       3.3生物(wù)強化除磷

       生物強化除磷(lín)中的聚磷(lín)菌利用比較普遍,目前也是生物除磷的主要研究方向。

       聚磷菌也叫做攝磷菌、除磷菌,是傳統活性汙泥工藝中一類特殊的細菌,在好氧狀態下能超量地將汙水中的磷吸入體內,使體內的含磷量超過一般(bān)細菌體內的含磷量的數倍,這類細菌被廣泛地用於生物除磷。

       其原理為:在(zài)厭氧(yǎng)條件下,除磷菌能分解體內的聚磷酸鹽而產生ATP,並利用ATP將廢水中的有機物(wù)攝入細(xì)胞內,以聚b-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存於細胞內,同(tóng)時還將(jiāng)分解聚磷酸鹽所產生的磷酸排出體外(wài)。而好氧條件下,除磷菌利用廢水中的BOD5或體內貯存的聚b-羥(qiǎng)基丁(dīng)酸的氧化分解所釋(shì)放的能量來攝取廢水中的磷,一部分磷被用來合成ATP,另外絕大部分的(de)磷則被合成為聚磷酸鹽(yán)而貯存在細胞(bāo)體內。

       3.4吸(xī)附法

       20世紀80年代,多孔隙物質作為吸附(fù)劑和離(lí)子交(jiāo)換劑就已應用在水的淨化和控製汙染(rǎn)方麵。黃巍等人以粉煤灰作為吸附劑,對含(hán)磷50~120mg/L模擬廢(fèi)水脫磷(lín)的規律特征進行了研(yán)究。研究表明粉煤灰(huī)中含有較多的活性氧化鋁和氧化矽等,具有相當大的吸附作用,粉煤灰對無機磷酸根不是單純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可(kě)以和磷酸根生(shēng)成不溶(róng)或直溶性沉澱現(xiàn)象,因而在廢水處理方麵(miàn)具有廣闊的應用前景。

       試驗結果表明,粉煤(méi)灰是一種有效的吸附劑,在含P質量濃度為50~120mg/L,粉煤灰用量每50mg為2~2.5g,粒徑範圍140~160目,pH中性的(de)實驗條件下,磷的去除率*高可達99%以上。丁文明、黃霞等合成的鐵鈰複合除磷劑(jì)除磷效(xiào)果也比較好。它是通過鐵鹽與鈰鹽的混(hún)合溶液與堿液反應合成的(de),對水溶(róng)液中的(de)磷酸鹽具有高效吸附作用。經正交試(shì)驗發現,鹽溶液中鐵、鈰離子的含量(liàng)是影響除磷效果的*重要因素,此外合(hé)成溫度、幹燥溫度也(yě)對吸附性能有一定影響。各種測試證明,結晶破碎是複(fù)合除磷劑比表麵積增大的主要原(yuán)因,而(ér)比表麵積增大又是高效吸附除磷的主要原因。預計以後會(huì)出現更多吸附除磷的吸附劑。

       3.5其他的(de)除磷方法

       鄒偉國等研究(jiū)的新型雙汙泥脫氮除磷工(gōng)藝係統處理生活汙水取得成功。傳統的脫氮(dàn)除磷工藝多采用單汙泥係統,因此存在著硝化和除磷(lín)泥齡之間的矛盾,將(jiāng)活性汙泥法(fǎ)與生物膜法相結合,可解決這個問題。

       實驗結果表明,該工藝對PO43-的去除率達(dá)到了90%,處理效(xiào)果穩定,對水質的適應能力很(hěn)強。

       陳瀅等進(jìn)行了低溶解氧SBR除磷工藝的研究。

       該方法要注意的是汙(wū)泥(ní)負荷對COD去(qù)除(chú)率和除磷效(xiào)果的影響較(jiào)大,因此要選擇合適(shì)的汙泥(ní)負荷。汙泥負荷過高時會導致非絲菌汙泥膨脹。

       方茜等利用SBR法處理低碳(tàn)城市汙(wū)水取得進展,解決了處理碳、氮、磷比例失調(碳量偏低)城市汙水(shuǐ)如何保證(zhèng)氮磷(lín)高效去除的難點。

       結果表明,利用此法處理廣州地區低碳城市汙水,出(chū)水有機物、氨氮及總磷均達標,且磷的釋放量越大則出水磷總濃度就(jiù)越低。實踐證明,SBR法(fǎ)具(jù)有流程簡單,不(bú)需要汙泥回流,脫氮除磷效果好(hǎo)的特點。

       3.6 國內外常用的含有機磷化合物(wù)廢水處理的方法

       3.6.1氧化法

       (1)臭氧氧化法

       臭氧氧化法適(shì)於處理濃度較低、難被生物降(jiàng)解或對生物有毒(dú)的農藥廢水,如馬拉硫磷、伏殺磷等。一般生成疑基化合物,*後生成CO2和H2O,無二次汙染,在分解有機物的同時,還具有脫色(sè)、脫臭和殺菌作用。臭氧氧化的缺點是臭氧發(fā)生(shēng)器耗電量較高,故在電量供應充足的條件下才適合。

       (2)濕式氧(yǎng)化法

       是一種在空氣存在下,將廢(fèi)水加熱、加壓,使(shǐ)其COD、BOD、懸浮物都大幅度降低的方法。該方(fāng)法適於處理濃度較大、毒性高,生物難降解的物質,該法對COD去除效率較低。用濕式(shì)氧化法處理廢水,有機(jī)磷去除(chú)率達80%左右。反應(yīng)以水解為主,有機磷轉化為水解產物H3PO4、HCl、CH3OH等,*後磷以Ca3(PO4)2的形式回收。

       (3)氯氧化(huà)法

       含(hán)氯氧化劑(jì)有Cl2、ClO2、次氯酸鹽等。在pH<3時,氧化對硫酸(suān)效(xiào)果*好。氯氣氧化法處理馬(mǎ)拉硫磷廢水,用燒堿中和(hé)至pH為7,通C2至PH2~3,分去底層油狀物,再投燒堿(占廢水量的2%),在40℃下攪拌4Pu6h,毒性磷含量降至7~12mg/L。

       3.6.2 生化處(chù)理法

       (1)活性汙泥法

       生化處理是將均化後的廢(fèi)水與含有馴化的耐有(yǒu)機磷的細菌的活性汙泥混合(hé),並進行(háng)曝氣。曝(pù)氣後進入沉澱池,經沉澱池處理後再進行二次曝氣。曝氣(qì)生化處理可使BOD下降至13mg/L,有機磷中的磷可作為(wéi)生物營養物質被回收利用。生化處理法應用廣(guǎng)泛,效(xiào)果較好。

       (2)藻類處理(lǐ)法

       有機磷殺蟲劑可(kě)用綠藻有效去(qù)除,但用藻(zǎo)類處理時(shí),有時會形成極(jí)毒且穩定的中間產物,藻類處理對硫磷時,得到更毒的中間產物(wù)。處理某些有機磷廢水在20℃用ChlorellValgaris處理2~30d,可有90%~98%的去除率。

       (3)酶法

       在酶法處理含酚(fēn)、甲(jiǎ)酚、二甲酚及磷酸(suān)三久酯廢水時,可用辣根過氧化酶處理,能取得較(jiào)好的效(xiào)果。

       3.6.3吸附法

       有機磷吸(xī)附效果更好,也可經堿解後(hòu)再(zài)用活性炭,活性炭可用蒸汽(qì)再生,如對硫磷、EPN等。廢水中的磷酸三丁酯可用飛灰及粘土作吸附劑去除,但在酸性介質中加硝酸可提高去除率(lǜ)。聚乙烯用醇或酮處理後可用來吸(xī)附水中微量的有機磷化合物。

       3.6.4水解法

       (1)酸解法

       酸解能使有機磷分子的堿性基斷裂,生成正磷酸。水解法的(de)缺點是(shì)要求設備耐(nài)腐蝕,在高溫高壓處理對(duì)磷酸廢水,pH3~4,壓力40~50atm,200~250℃,可使有機磷的無機化率達(dá)到(dào)90%~100%。

       (2)堿解(jiě)法

       堿解常用堿解或石灰乳。在堿性條件下,有機磷分子中酸酐易斷裂,因此堿解有較好的去除效果,但有有(yǒu)機磷產生,*終回收困難,殘渣難處理 。

       4.化學除磷劑的作用機理及其優缺點

       隨著環保要求越來(lái)越高,化學除磷應用越來越廣泛(fàn),目前化學除磷(lín)目前常用的(de)有鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽三種類型的除磷劑。

       4.1鋁鹽除磷劑

       原理(lǐ):鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁鹽分散(sàn)於水體時,一方麵 Al離子與 磷酸根反(fǎn)應,另一方麵,Al離子(zǐ) *先水解生成單核絡合物Al(OH)2+、 Al(OH)2+及 AlO2ˉ等,單核絡合物通過碰撞進一(yī)步縮合,進而(ér)形成一係列多核絡合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),這些鋁的多(duō)核絡合物往往具有較高的(de)正(zhèng)電荷和比表麵積,能迅速吸附(fù)水體中帶(dài)負電(diàn)荷的雜質,中和膠(jiāo)體電荷,壓(yā)縮雙電層及降低膠體 ξ 電位,促進(jìn)了膠體(tǐ)和懸浮物等快速脫穩、凝聚和沉澱(diàn),表現出良好的除磷效(xiào)果。

       藥劑:常用鋁(lǚ)鹽有聚合氯化鋁和硫酸(suān)鋁,盡管(guǎn)投加大量的藥劑之後,硫酸鋁有相對較好的除磷效果,但(dàn)要使出水含磷量達到0.5mg/L,PAC和Al2(SO4)3的加藥量分別為(wéi)1.35mg/L和(hé)6mg/L,從經濟性方麵看,聚合(hé)氯化鋁(lǚ)(PAC)相對更經濟一些。

       4.2鐵(tiě)鹽除磷劑

       原理:溶於(yú)水中後(hòu),Fe3+一方麵與磷酸(suān)根生成難(nán)溶鹽,一方麵通過溶解和吸水可發生強烈水解,並在水解的同時發生各種聚合反應,生成具有較長線性結構的多(duō)核羥基絡合(hé)物,如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。這些(xiē)含鐵的羥基絡合物能有效降(jiàng)低或消除水體中膠體的 ξ 電位(wèi),通過電中和,吸附架橋及絮體(tǐ)的卷(juàn)掃作用使膠體凝(níng)聚,再通過沉澱分離將磷去除。

       藥劑:目前常用鐵鹽有低分子無機鐵鹽(硫酸亞鐵,氯化鐵等)和高分子(zǐ)無機鐵鹽(聚合硫酸(suān)鐵、聚合硫酸氯鐵)。

       在(zài)絮凝劑投加量為1500 mg/L的情況下,氯化鐵和聚合硫酸鐵對總磷的去(qù)除率分別為92.12%和78.65%,氯(lǜ)化鐵的作用效果*佳,聚合硫酸鐵次之。

       當總磷濃度降到0.5mg/L以下,FeSO4和FeCl3的加藥量分別為7.5mg/L的Fe2+和9mg/L的Fe3+。但是通過沉澱觀察發現,FeSO4・7H2O作混凝劑時,水樣較渾濁,並沒有形成很明顯的絮狀(zhuàng)沉澱,去除效果較差,也沒有出現FeCl3大量投加後出現的很明顯的固液分(fèn)離界麵,隻是生成很細(xì)小的(de)固體狀顆粒。原因是二價鐵離子與磷酸根反應較差,氧化為三價鐵離子後,可望取得更好的除磷效果。

       雖然從投藥量上看FeCl3・6H2O明顯多(duō)於FeSO4・7H2O,但前者析出物(wù)沉降性能更好,所以綜合來說氯化鐵比硫酸亞鐵除磷效率更高!

       4.3鈣鹽(yán)除磷(lín)劑

       原理:汙水(shuǐ)中的磷與石灰(huī)中的鈣產生反應。形成[Ca5(OH)(PO4)3](羥磷灰(huī)石),其反(fǎn)應式如下:5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十(shí)3H2O在堿性條件下羥磷灰石沉澱,從而去(qù)除了磷酸根。

       藥劑:鈣鹽除磷一般常用的有石灰和(hé)氯化鈣。

       通過試驗發現加入無水氯化鈣之後,對原水中總磷的去除效(xiào)果較差,故直接棄用無水氯化鈣。由圖8可以(yǐ)看出,要使出水中總磷(lín)濃度降到0.5mg/L以下,需加(jiā)入80mg/LCa2+。從去除效果(guǒ)看,Ca(OH)2的去除效果明顯好(hǎo)於CaCl2的去除效果,但是用(yòng)Ca(OH)2除磷,加藥量很大。

       總之,鋁鹽和鐵鹽的(de)除磷效果明顯,絮凝物沉降性能好,但是鋁鹽因(yīn)為需要過量投加(jiā)除磷(lín),會導致水(shuǐ)中鋁離(lí)子過(guò)高,而鋁離子對人(rén)體毒性比較(jiào)大,*常聽說的是會(huì)殺死(sǐ)神經元,使人的記憶力減退或喪失,引(yǐn)發早老性癡呆症等疾病。而鐵離子的(de)過量會導致出水顏色變深,鐵離子對設備也(yě)會加速腐蝕!鈣鹽生成的Ca5(OH)(PO4)3沉澱性比較差,反應要求在堿性條件下進行,pH值偏(piān)高(gāo),且出水硬度大,但是石灰成本很低(dī)。

       如(rú)果(guǒ)從成本、效(xiào)果和操作複雜性綜合考慮,鐵鹽較鋁鹽,鈣鹽除磷效果更(gèng)好,鐵鹽是*佳的除磷藥劑。

       5.化學除磷藥(yào)劑投加的方式及優缺點(diǎn)

       化學(xué)除磷工藝可按(àn)化學藥劑的投(tóu)加地點來分類,實際中常采用的有:前置除磷、同步除磷和後置除磷。

       5.1前置除磷

       前置除磷工藝的(de)特(tè)點是化學藥劑投加在沉砂(shā)池中、初沉池的(de)進水(shuǐ)渠(管)中、或(huò)者文丘裏渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦(wō)流的裝置或者(zhě)供(gòng)給(gěi)能量以滿足混合的需要。 相應產生的沉析產物(大塊狀的(de)絮凝體)在初沉池中通(tōng)過沉澱被分離。如果生物段采用的是生物濾池,則不允許使用(yòng)鐵鹽藥劑,以防止對填(tián)料產生(shēng)危害(產(chǎn)生黃鏽)。

       前置除磷工藝由於僅在現有工藝前端增加化學除磷措施,比較適合於現有汙水處理廠的改建,通(tōng)過這一工藝(yì)步驟(zhòu)不僅可以除磷(lín),而且可以減少生物 處理設施(shī)的負荷。常用的化學藥劑主要是石灰(huī)和金屬鹽藥劑(jì)。前置除磷後控製剩餘磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/L,完全能滿足後續生物處理對磷的需要。

       5.2同步除磷

       同步除磷是目前使用(yòng)*廣泛(fàn)的化學除磷工藝,在國外約占所有化學除(chú)磷工藝的50%。其(qí)工(gōng)藝(yì)是將化學除磷劑(jì)投加在曝氣池出水或二沉池(chí)進(jìn)水中,個(gè)別情況(kuàng)也有將藥劑投加(jiā)在曝氣池進水或回流汙泥(ní)渠(管)中。目前已確定對於活性(xìng)汙泥法工藝和生物轉盤工藝可采用同步化學除磷方法,但(dàn)對(duì)於生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次(cì)沉澱池(chí)進水中尚值(zhí)得探討。

       5.3後(hòu)置除磷

       後置除磷是將沉析(xī)、絮凝以及被絮凝物質的分離在一個與生物(wù)處理相分離的設施中(zhōng)進行,因此也叫二段法工藝。一般將化(huà)學藥劑投加到(dào)二沉池後的一個混合池中,並在(zài)其後設置絮凝池和(hé)沉澱池(chí)(或氣浮池)。

       對於要(yào)求不嚴(yán)的受納水體,在後置除磷工藝中可采(cǎi)用石灰乳液藥劑,但必須對出水pH值加以控製,如可采用CO2進(jìn)行中和。采用(yòng)氣浮池(chí)可以比沉澱池更好地去除懸浮物和總磷,但因為需要恒定供應空氣因而運行費用較高。

       6.吸附法除磷技術

       吸附法以其(qí)容量大、耗(hào)能少、汙染(rǎn)小、去除快和可循環等優點,在除磷方麵得到了廣泛的應用。用單一材料直接吸附磷(lín)的研究已經成熟,現在的主要研究方向已(yǐ)經轉為對材料進行改性後用(yòng)於磷的吸附(fù)研究,改性材料的吸附研究方興未艾。

       6.1 活性炭

       近年來對活性炭用(yòng)於吸附的研(yán)究,大多以改性的方式出現(xiàn),通過增強活性炭的化學吸附能力來提高除磷效(xiào)果。

        含鐵活性炭有很好的吸附磷效果,Zhengfang Wang等(děng)〔2〕對比含鐵活性炭(AC-Fe)和含鐵氧化活性炭(AC/O-Fe)後發現,通過硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭載更多的(de)Fe,從而在活(huó)性炭表麵形成大量的活性位(wèi)點(diǎn),得到了比AC-Fe更高的磷吸附效果。其中AC/N-FeⅡ和AC/N-FeⅢ的吸附過程主(zhǔ)要以表麵吸附和顆粒內擴散為主,且AC/N-FeⅡ較AC/N-FeⅢ顆粒內擴(kuò)散能力強,活化能更高,因此綜合研究表明:AC/N-FeⅡ對(duì)磷吸附效果優於(yú)AC/N-FeⅢ〔3〕。

       ACF-La的吸附磷能力會因溶液中存在NO3-、SO42-、CO32-而變差〔4〕。ACF-LaOH吸附磷的主要機理是配體交換(huàn)、靜電作用和Lewis酸堿反(fǎn)應。pH增加會減(jiǎn)弱配體交換和靜電(diàn)作用的能力,而增強Lewis酸堿反應的能力,致使綜合吸附量減少〔5〕。Jianyong Liu等〔6〕研究ACF-LaFe吸附磷發現,ACF-LaFe帶有大(dà)量淨(jìng)正電荷,使得其*大吸附容量高於ACF-LaOH,室溫下*大吸(xī)附容量(liàng)可達29.44 mg/g,共存陰離子對吸附磷有不利影響(xiǎng),順序(xù)為:F->SO42->NO3- >Cl-。

       6.2 生物質

       生物質主要指自然界中一切有生命的可以生長的有機物質。用於(yú)吸附工程的有機物質及其廢棄物就是生物質吸附劑。生物(wù)質吸附劑具備以下(xià)優點(diǎn)〔7〕:材料成本低、分布廣(guǎng);孔隙率高,表麵積大;表層含有較多羥基,改性簡(jiǎn)單,與磷酸(suān)根離子反應的活性較高;在水中不(bú)溶解,易(yì)分離。近年來(lái)研究的生物質吸附劑有軟體動物殼、蛋(dàn)殼、甘蔗渣等。

       Wanting Chen等〔8〕在研究用牡蠣(lì)殼吸附初(chū)始質量濃(nóng)度(dù)為(wéi)10 mg/L的磷時發現,反應溫度從20 ℃升到30 ℃和殼粒徑從590 μm降到(dào)180 μm,都會增大牡蠣殼(ké)的吸附(fù)容(róng)量,牡蠣殼有豐富的吸附位點,並且比(bǐ)大多數吸附劑更環(huán)保。

       T. Köse等〔9〕用焙(bèi)燒廢蛋殼(CWE)吸附磷時發現,CWE對磷(lín)的吸附去除率在pH 為2~10時都能(néng)大於99%,並得到吸附劑(jì)的*佳投加質量濃度(dù)為2 g/L;其他陰離子(zǐ)的存(cún)在對CWE吸附磷(lín)的影響不大,吸附磷(lín)後(hòu)的CWE由於含有大量鈣、鎂(měi)和磷,可用作肥料和土壤改良劑;附著氫氧化(huà)鐵的廢蛋殼吸(xī)附磷的速(sù)率很快。

       W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗渣吸附磷的效果發(fā)現,附著Fe2+的甘蔗渣(zhā)(0.06 mol/g)比不附著 Fe2+的甘蔗渣在吸附磷的效率方麵(miàn)提高了45%,羧甲基改性(xìng)的甘蔗渣附著Fe2+的濃度比未改性的甘蔗渣提高了80%,隻需要對原(yuán)材料做稍微的化學改性,磷吸附性能就能得到大大的優化。

       6.3 金屬(氫(qīng))氧化物

       金屬氧化物具有表麵積大、羥基團眾多和選擇吸附性高的(de)優(yōu)點。

       氧化鐵吸附磷主要通過球麵(miàn)的靜電吸附和球內絡合的化學吸附〔11〕。磁性氧化鐵納米(mǐ)粒子在磷的初(chū)始質量濃度(dù)為2~20 mg/L、吸附劑投加質(zhì)量濃度為0.6 g/L、反應時間為24 h時,得到磷*大吸附容(róng)量為5.03 mg/g,在pH=11.1時,吸附容量則急劇下降到0.33 mg/g〔12〕。

       L. Rodrigues等〔13〕研究水合氧化鋯吸附磷時發現,溫度由25 ℃升至65 ℃時,吸附容量則由53 mg/g升至67 mg/g,且在12 h達到吸附平衡,在pH=12時能(néng)解吸約74%的磷(lín)。氧化鋯納米粒子吸附磷的(de)速率很快,在(zài)pH=6.2時可達(dá)*大吸附容量為99.01 mg/g,是吸附容量*高的吸附劑之一,高濃(nóng)度(dù)的共存陰離子對磷的吸附影響很小,吸附(fù)的*適pH 為2~6,吸附(fù)容量在pH超過7時急劇下降〔14〕。

       水滑石

       黃中子等〔15〕在研究MgAl-CO3水滑石吸(xī)附磷(lín)時發現,當磷的初始質量濃度在25~100 mg/L時,30 min內即可達到吸附平衡,磷(lín)的去除率超過99%。MgAlZr-CO3水(shuǐ)滑石對磷的選擇吸附性很高,吸附溶液(yè)中離子的排序為HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,這是由於磷酸根離子直接與層間Zr(Ⅳ)離子發生了絡合反應〔16〕。孫德智等(děng)〔17〕研究ZnAl-2-300水滑石吸附磷的效果發現,汙(wū)泥脫水液的溫度從25 ℃升到30 ℃時,水滑石的磷吸附容(róng)量明顯增加,水溫繼(jì)續升至50 ℃時,水滑石吸附容量又降至25 ℃時的水平。焙燒ZnAl水滑石會增大表麵積和增加孔隙率,焙燒溫度為(wéi)300 ℃時(shí)除磷效(xiào)果(guǒ)*佳,600 ℃時變成尖晶石從而減小了表麵積〔18〕。

       膠(jiāo)體水(shuǐ)滑石納米片在pH為4.5~11內的除磷效果較好,吸附(fù)磷後的吸附劑可用作普通海(hǎi)藻石蓴的生長肥(féi)料〔19〕。

       6.4矽基介孔(kǒng)分(fèn)子篩

       Dandan Li等〔20〕研究粉(fěn)煤灰一鍋法製備MCM-41吸附磷發現,在pH=10時MCM-41-CFA-10有*大的空隙體積0.98 cm3/g、*高的比表麵積1 020 m2/g和*低的n(Si)∶n(Al),並在(zài)25 ℃時有64.2 mg/g的吸附容量(liàng),比SBA-15的(de)53.5 mg/g、MCM-41的31.1 mg/g和矽藻土的62.7 mg/g都要大。Jianda Zhang等〔21〕在研究載鑭二(èr)氨(ān)基改性的MCM-41吸附磷(lín)時發(fā)現,該吸附劑的吸附速率(lǜ)和吸附容量都很高,*大吸附容量為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為吸附反應*適的pH,溶(róng)液中Cl-和NO3-的存在對除磷影響很(hěn)小,而F-和(hé)SO42-的存在則影響明顯(xiǎn)。

       J. Choi等〔22〕對比純的(de)、氨(ān)基官能化的和共縮合的SBA-15發現,它們的*大(dà)吸(xī)附容量分別為(wéi)2.018、59.890、69.970 mg/g,內孔表麵附著的氨基帶來的強化學親和力是較純SBA-15吸附容量更高的原(yuán)因。

       6.5 黏土礦物

       黏土(tǔ)礦物是組成黏土岩和土(tǔ)壤(rǎng)的主要礦物。它們(men)是一些含鋁、鎂等為主的含水(shuǐ)矽(guī)酸鹽礦物,是各類土壤和沉積物(wù)的主要成分,其結構特征是一種含水的層狀結構。常(cháng)用於吸附工程中的黏土(tǔ)礦(kuàng)物有高嶺石、膨潤土、蛭石、凹凸棒土和鹿沼(zhǎo)土等(děng)。

       翟由濤等〔23〕研究(jiū)經鹽酸和煆燒改性的高嶺土對磷的吸附效果發現,鹽酸改性(xìng)的高嶺土表麵積會增(zēng)大,從而大量的Al、Si等活性(xìng)點位暴(bào)露,吸附磷能力變強(qiáng),質量分數為9%的酸改性的高嶺土在磷的初始(shǐ)質量濃度為20 mg/L的25 mL溶液中時吸附磷效果*佳,去除率為81.8%,500 ℃煆(duàn)燒改性(xìng)的高嶺土中Al元素表現出*佳的活化狀態,對溶液中磷的去(qù)除率可達99.5%。S. Gupta等(děng)〔24〕對比未改性、煆燒改性和酸改性的高嶺石發現,酸改性(xìng)的高嶺石是這其中吸附磷容量*大(dà)的,投加少量的高嶺土能大(dà)量減(jiǎn)少溶液中的磷酸(suān)鹽。

       K. Reitzel等〔25〕用鑭改性的膨潤土吸附淡水和鹹(xián)水中的磷發現,pH超過8.1時,該膨潤土和磷的結合能力受到較大影響,由於硬水中CO32-溶度較高,這種影響(xiǎng)在硬水中表現得更為明顯。王峰等〔26〕用鹽酸和煆燒法改性膨潤土吸附磷的(de)研究發現,改性膨潤土(tǔ)的除磷效果隨(suí)酸濃度(dù)的增加而增加,500 ℃煆燒改性的膨潤土在磷初始質量濃(nóng)度為10 mg/L、pH=9時對磷的去除率可達92.77%,0.47 mg/L的剩餘磷質量濃度已達到廢水綜合排放的一(yī)級A標準。

       Weiya Huang等〔27〕研(yán)究用La(OH)3改(gǎi)性的剝離蛭石吸附磷時發現,蛭石在25 ℃時(shí)有*大吸附容量(liàng),為79.6 mg/g,用該改(gǎi)性蛭石對2 mg/L低濃度磷酸鹽的二級(jí)出水進行處理,10 min即可達到(dào)97.9%的除(chú)磷率,使磷的質量濃度降到了50 μg/L以下,溶液中F-、Cl-、NO3-、SO42-的存在對(duì)除磷影響可以忽略不計,但0.1 mol/L的CO32-存在會使磷的去除率下降到(dào)54.3%。J. Xie等(děng)〔28〕研究煆(duàn)燒(shāo)溫度(dù)對凹凸棒土吸附磷的(de)影(yǐng)響時發現,在200~900 ℃的煆燒溫度中(zhōng),700 ℃煆(duàn)燒的凹凸棒土有*大吸附(fù)容量,為5.2 mg/g。Shengjiong Yang等〔29〕研究鹿沼土對(duì)磷(lín)的吸附實驗發現,吸附過程中前110 min進行快反應,110 min之後到超過24 h為慢反應,*大吸(xī)附容量為2.13 mg/g,由於吸附(fù)的*佳pH=6,則鹿沼土對廢水中磷的吸附一般無需(xū)調(diào)節pH。

       6.6 其他

       除了上述幾類吸附劑外,鐵礦(kuàng)、石墨烯和凝膠等也(yě)可以作為除磷的吸附劑。M. Mallet等〔30〕研究水(shuǐ)鐵礦對磷酸鹽的吸(xī)附實驗發現,在pH=4時得到*大吸附容量,為104.8 mg/g;而在pH=7時的吸附容量也有77.8 mg/g。該吸附(fù)劑可直接用於市政汙水(pH 6.5~7.3)的處理,溶液中Cl-、NO3-、SO42-的存在(zài)對除磷的影響很小。邵(shào)鵬輝等〔31〕研究磷在磁鐵礦-針鐵礦混合相上的吸附(fù)時發現,在初始磷質量濃度為51.8 mg/L、pH=2和磁鐵礦-針鐵礦混合相(xiàng)投加(jiā)質(zhì)量濃度為10 g/L時,磁鐵礦-針鐵礦對溶液中磷的去除率達到了94.16%。在初始磷質量濃度為100 mg/L和(hé)溫度為30 ℃時,石墨(mò)烯對磷的(de)吸(xī)附(fù)容量達到了89.37 mg/g〔32〕。T. Singh等〔33〕用吸附了Cu的水凝膠(jiāo)無需任何處理直接用於吸附磷的研究發現(xiàn),在pH=6.1時該凝膠有*大磷吸附容量87.62 mg/g,共存陰離(lí)子對除磷影響的順序為C5H7O5COO->SO42->HCO3->Cl->NO3-,前(qián)兩者影響較大,後兩者影響較小。

       總之,相比(bǐ)其他除(chú)磷技術,吸附法除磷具有容量大、耗能少、汙染(rǎn)小、去(qù)除快和(hé)可循環等優勢,但其自身也存在許多不足之處:共存離子對改性活性炭除磷(lín)影響顯著;生物質的吸附容量較小(xiǎo);pH的變化(huà)對金屬氧化物吸附容量影響很大;幾(jǐ)種特(tè)定的陰離子(zǐ)對矽基介孔分子篩影響(xiǎng)較大;黏土礦物普遍存在吸附容量(liàng)小的缺(quē)陷。因此,在以後的吸附(fù)法除磷(lín)研究中,主要有幾個方麵值得深入探究:(1)要兼(jiān)顧以上不足之處選擇合適的改(gǎi)性方法;(2)對改性(xìng)的吸附原理研究,目前的研究多注重去除效果,缺乏係統全麵的描述除磷原理和過程的(de)理論及模型;(3)研究(jiū)吸附劑的後續處理,不(bú)注(zhù)重吸附(fù)磷後的後續處理(lǐ),往往會帶來(lái)二次汙染,不利於環保(bǎo),可以把廢料(liào)開(kāi)發為植物肥料或土壤(rǎng)改良劑等。隨著吸附劑改性(xìng)的發展(zhǎn)和理(lǐ)論的研究(jiū)深入,吸附法在廢水除磷和治理富營養化水體中必定會(huì)發揮重要作用。
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