【幹貨】含磷廢水怎麽處理,你(nǐ)知道嗎?
來源:亚洲国产一区二区三区波多野结衣環保 發布時間:2020-12-03
隨著*嚴厲的環保督查不斷推進,各地不斷暴(bào)出汙水排放不達標的企業,其中(zhōng)磷排放不達標也是(shì)其(qí)中一項重要的問題之一。為了提高大家對含磷廢水處理的不斷認識,特推(tuī)出了含磷廢水的處理方法。
1.磷(lín)的形態
按(àn)照磷在水中的存在形態,可分為次磷廢水、正磷廢水、 有機磷廢水。
次磷廢水主要產生於電(diàn)鍍行業(yè)。在化學鍍鎳過程中,需要還原劑提供電子給鎳離(lí)子,以(yǐ)便鎳離子還原為鎳(niè)金(jīn)屬,在大多數的化學鍍液中,多采用(yòng)次磷酸鈉為(wéi)還原劑,這(zhè)就(jiù)導致清(qīng)洗廢(fèi)水中(zhōng)含有磷,而且(qiě)磷的狀態(tài)多為(wéi)次(cì)亞磷(lín)。
我們平常說的廢水中的磷就是說的正磷酸鹽(yán),正磷酸鹽(yán)是磷的*穩定價態,也是我們(men)*常見的磷酸鹽,一般(bān)的廢水中的TP主要就是正磷酸鹽,磷酸鹽(yán)的來源主要是生活中必需品、人類排泄物(wù)、自然水體(tǐ)、化石能源等。
但(dàn)隨著現代工業的發展,有機(jī)化合(hé)物的生產、合成(chéng)日益增多。化工、造紙、橡膠、染料和紡織印染、農藥、焦化、石油化工、發酵(jiào)、醫藥與醫療及食品等行(háng)業排放的廢水常含有有機(jī)磷化合物,造成了環境汙染、地麵水體惡化,威脅著人類健康,有機(jī)磷化合物(wù)汙染日益受到(dào)人們的關注。
2.含磷廢水的主要來源
2.1根據來源(yuán)分類
主要來自於(yú)各種洗滌劑、工業原料(liào)、農業肥料的生產過程以及人體的排(pái)泄等;
2.2根據(jù)磷的存在形(xíng)態(tài)
可分(fèn)為無機磷廢水(磷酸鹽、聚磷(lín)酸鹽)和(hé)有(yǒu)機磷廢水(含磷有機化合物混於(yú)水)。
含磷洗衣粉(fěn)是含磷廢水的主要來源之一。20世紀60年代中期(qī)日(rì)本的(de)“琵琶湖(hú)事件”引起人們對磷的富(fù)營養化的關注,於(yú)是洗(xǐ)滌劑的無磷化問題便成為研究的熱點。人們通過重組產(chǎn)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)代原來的含磷洗衣粉(fěn)取得了不錯的效(xiào)果;對於農業肥料,一部分磷被植(zhí)物吸收,一部分被土壤吸附,還有一部分隨水土流失,所以在使用(yòng)肥料時應考慮(lǜ)到盡量減少土壤流失,可以通過綠化荒山荒漠、因地製(zhì)宜科學種田、建立(lì)農田防護林以及在江河湖泊(bó)流域建立綠化帶等手段*大限度地降低水土流失,這(zhè)也是降低廢水含磷量的一(yī)個重要方麵;對於人體的排泄,可以對其進(jìn)行(háng)特殊處(chù)理後用於農業肥(féi)料。
3.含磷廢水的處理方法
目前,國(guó)內外汙水除磷技術主要有生物法、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有機(jī)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(gōng)藝,主要適(shì)合處理無機態(tài)含磷廢水,其中混凝沉澱與結晶(jīng)綜合處(chù)理技術可(kě)以處理高濃度含磷廢水,除磷率較高,是一種可靠的高含磷廢水處理方法。
3.1生物法
20世紀70年(nián)代美國的Spector發現,微生物在好氧狀態下能攝取(qǔ)磷,而在有機物(wù)存在的(de)厭氧狀態下放出磷(lín)。含磷廢(fèi)水的生物處理方法便是在(zài)此基(jī)礎上逐(zhú)步形成和完善起來的。目前,國外常用的生物脫磷技術主要有3種:
*,向曝氣(qì)貯(zhù)水池中添加混凝劑脫磷(lín);
第二(èr),利用土壤處理(lǐ),正磷酸根離子會與土壤中的Fe和Al的氧化物反應或與粘土中的OH-或SiO22-進(jìn)行置換,生成難溶性磷酸化合物;
第(dì)三種(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)是活(huó)性汙泥法,這是目前國內外應用*為廣泛的一類生物脫磷技術。
生物除磷法具有良(liáng)好的處理效果,沒有化學沉澱法汙(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,不需增加大量設備(bèi),隻需改變(biàn)運轉流程即可達到生物除磷的效果(guǒ)。但(dàn)要求管理較嚴格,為了形成VFA,要保證厭氧階段的厭氧條件。
叢廣治等(děng)主持的大連開發區汙水廠A/O改造實踐表明,係統在下列參數(shù)下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∶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(wěn)定在10mg/L以下。厭氧(yǎng)好氧活性汙泥除磷工藝在不(bú)增加(jiā)標準活性汙(wū)泥法基建投(tóu)資和維護費用條件下,可以較徹底地除(chú)磷,且運行穩定。這一(yī)工(gōng)藝不但繼承了傳統的標準活性(xìng)汙泥法的優點(diǎn),又增加了(le)生物除磷功能。
黃理輝等主持的倒置A2/O工藝克服了A2/O工藝比較(jiào)複雜以及在吸磷動力利用方麵存(cún)在明顯不足的缺點,將厭(yàn)氧、缺氧環境倒置,隻利(lì)用一套汙(wū)泥回流係統來取代原來(lái)的幾套回流係統。
試驗結果表明,對於(yú)工業廢水占2/3的(de)城市(shì)汙水而言(yán),倒置(zhì)A2/O工藝在生產運行中具有(yǒu)較高的去除有(yǒu)機物和(hé)脫氮除磷能力。整個工藝具有流程簡潔、能耗低(dī)、運(yùn)行穩定、抗衝擊力強的特點,適於(yú)老廠的改(gǎi)造。
3.2 化學沉澱法
通過投加化學沉澱劑與廢水中的磷酸鹽生(shēng)成難(nán)溶(róng)沉澱物,可把磷分(fèn)離出(chū)去,同時形成的絮凝體對磷也有吸(xī)附去除作用。常用(yòng)的混凝沉澱劑(jì)有石灰、明礬、氯化鐵(tiě),石灰與氯化鐵(tiě)的混合物等。影響此類(lèi)反應的主(zhǔ)要因素是pH、濃度比、反應時間等。
為了降低廢水的處(chù)理成本,提高(gāo)處(chù)理效果,學者(zhě)們(men)在研製開發新型(xíng)廉價(jià)高效化學沉(chén)澱劑方麵做了大量工作。王光輝發現(xiàn),原水含磷10mg/L時,投加300mg/L的(de)Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷70%左右(yòu),而在初沉時加入過量石灰,一般(bān)總磷可去除80%左右。他根據化(huà)學凝聚(jù)能增加(jiā)可沉澱物質的沉降速(sù)度,投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效果達80%~85%,很好地解決了生產用(yòng)水的PO43-汙染問題。混凝沉澱法是一(yī)種傳統的除磷方法,具有簡便易(yì)行,處理效果好的優點。
但是長期的運行結(jié)果表明,化學沉澱劑的投加會引起廢水pH值上升,在池子及水管中形成堅硬的垢片,還會產生一定量的(de)汙(wū)泥。另外(wài),研究表明:除磷效率對應(yīng)沉澱劑劑量的曲線是指數型的,當化學沉澱劑超出一定量(liàng),曲(qǔ)線(xiàn)即達到停滯期。所以,試圖用沉澱法將廢水中磷的質量濃度降到0.1mg/L以下,是不太(tài)經濟的。
3.3生物強化除磷
生(shēng)物強化除(chú)磷中的(de)聚磷菌利(lì)用比較普遍(biàn),目前也是生物除磷的主要研究方向(xiàng)。
聚磷菌也叫做攝磷菌、除磷菌,是(shì)傳統(tǒng)活性汙泥工(gōng)藝中一(yī)類特殊(shū)的細菌,在好(hǎo)氧狀態(tài)下能超量地將汙水中的磷(lín)吸入體內,使(shǐ)體(tǐ)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將廢水中的有機物攝入細胞內,以聚b-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存於細胞內,同時還將分解聚磷酸鹽所產生的磷酸排出體外。而好(hǎo)氧條件(jiàn)下,除磷菌(jun1)利(lì)用廢水中的BOD5或(huò)體(tǐ)內貯存的聚b-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢(fèi)水中的磷(lín),一部分磷被用來合(hé)成ATP,另外絕大部分的磷則(zé)被合(hé)成(chéng)為聚磷酸鹽而(ér)貯存在(zài)細胞體內。
3.4吸附法
20世紀80年代,多孔隙物質作為吸附劑和離子交換劑就已應用在水(shuǐ)的淨化和控製(zhì)汙染方麵。黃巍等人以粉煤灰作為吸附劑,對含磷50~120mg/L模擬廢水脫磷的規律特征進行了研(yán)究。研究表明粉煤灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化矽(guī)等,具有(yǒu)相當大的吸附作(zuò)用,粉煤灰(huī)對無機磷酸根(gēn)不是單純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可以和磷酸根生成(chéng)不溶或直溶性沉澱現象,因而在廢水處理方麵具有廣闊的應(yīng)用前景。
試驗結果(guǒ)表明,粉煤灰(huī)是(shì)一種有(yǒu)效的吸附劑,在含P質量(liàng)濃度為50~120mg/L,粉(fěn)煤灰用量每50mg為(wéi)2~2.5g,粒徑範圍140~160目,pH中(zhōng)性的實驗條件下,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(chú)磷劑除磷效果也比較好。它是通過鐵鹽與鈰鹽的混合溶液與堿(jiǎn)液(yè)反應合成的,對水溶液中的(de)磷酸鹽具有高效吸附作用。經正交試驗發現,鹽(yán)溶液中鐵、鈰離子的含量是影響除磷效果的*重要因素,此外合成(chéng)溫度、幹燥溫度也對吸附性能有(yǒu)一定影響。各種測試證明,結晶破碎是複合除磷(lín)劑比表麵積增大的主要原因,而比表麵積增大又是高效吸附除磷的主要原因。預計以後會出現更多吸附除磷(lín)的吸附劑。
3.5其(qí)他的除磷方法
鄒偉國等研究的新型(xíng)雙汙泥脫氮(dàn)除磷工藝係(xì)統處理生活汙水取得成功。傳統的脫氮除磷工藝多采用單(dān)汙泥係統,因此存在著硝化和除磷泥齡之間的矛盾,將活性汙泥法(fǎ)與生物膜法相結合,可解決這(zhè)個問題。
實驗結果表明,該工藝對PO43-的去除率達到了90%,處理效果穩定,對水質的適應能力很強。
陳(chén)瀅等進行了低溶解氧(yǎng)SBR除磷工藝的研究。
該方法要注意的是(shì)汙泥負荷對COD去除率和除磷效果的影(yǐng)響較大,因此要選擇合適的汙泥負荷。汙泥負荷過高時會導(dǎo)致非(fēi)絲菌汙泥膨脹。
方茜等利用SBR法處理低碳(tàn)城市汙水取得進展,解決了處(chù)理碳、氮、磷(lín)比例失(shī)調(碳量偏低)城市汙水如何保證氮磷高效去除的難點。
結果表明,利用此法(fǎ)處(chù)理廣州地(dì)區(qū)低碳城市汙水,出(chū)水有機物、氨(ān)氮及總磷均達標,且磷的釋放(fàng)量越大則(zé)出水磷總濃度就越低。實踐證明,SBR法具有流程簡單(dān),不需要汙泥回流,脫氮除磷效果好的特點。
3.6 國內外常用的含有機磷化合物廢水處(chù)理的方法
3.6.1氧化法
(1)臭氧氧化法(fǎ)
臭氧氧化法適於處(chù)理濃度較低、難被生物降解(jiě)或對生物有毒的農藥廢(fèi)水,如馬拉(lā)硫磷、伏殺磷等。一般生成疑基(jī)化合物,*後生成CO2和H2O,無二次汙染,在分解(jiě)有機物的同時,還具有脫色、脫臭和殺菌作(zuò)用。臭氧氧化的缺點是(shì)臭氧發生器耗電量(liàng)較高,故在電量供應充足的條件下(xià)才適合。
(2)濕式(shì)氧化法
是一種在空氣存在下,將(jiāng)廢水加熱、加壓,使其COD、BOD、懸浮物都大幅度降低的方法(fǎ)。該(gāi)方(fāng)法適於處理濃度較大、毒(dú)性高,生物難降(jiàng)解的(de)物質,該法對COD去除效率較低。用濕式氧化法處理廢水,有機磷去除率達80%左右。反應以水(shuǐ)解為主,有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為水解(jiě)產物(wù)H3PO4、HCl、CH3OH等,*後(hòu)磷以Ca3(PO4)2的形式回收。
(3)氯氧化法
含氯氧化劑有Cl2、ClO2、次氯酸鹽等(děng)。在pH<3時,氧化對硫酸效果*好。氯氣氧化法(fǎ)處理馬(mǎ)拉硫磷廢(fèi)水,用燒堿中和至pH為7,通C2至PH2~3,分(fèn)去底層油狀物,再投燒堿(占廢水量的2%),在40℃下攪拌(bàn)4Pu6h,毒(dú)性磷含量降至7~12mg/L。
3.6.2 生化處理法
(1)活性汙泥法
生(shēng)化處理是將均化後的(de)廢水與含有馴化的耐有機磷的細菌的活性汙泥混合,並(bìng)進行曝(pù)氣。曝氣後進入(rù)沉澱(diàn)池,經沉澱(diàn)池處理(lǐ)後再進行二次曝氣。曝氣生化處理可使BOD下(xià)降至13mg/L,有機磷中的磷可作為生物營(yíng)養物質被回收利用。生化處理法應用廣泛,效果較好。
(2)藻類(lèi)處(chù)理法
有(yǒu)機磷殺蟲劑可用綠藻有效(xiào)去除,但用藻類處理時,有時會形成極毒且(qiě)穩定的中(zhōng)間產物(wù),藻類處理對硫磷時,得到更毒的中間產物。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(méi)法
在酶法處理含酚、甲酚、二甲酚及磷酸三久酯廢水時,可用辣(là)根過氧化(huà)酶處(chù)理,能(néng)取得(dé)較好的效果。
3.6.3吸(xī)附法(fǎ)
有機磷吸附效果更好,也(yě)可經堿解後再用活(huó)性炭,活性炭可用蒸(zhēng)汽再生,如對硫磷、EPN等。廢水中的磷酸三丁酯可用飛灰及粘土作(zuò)吸附(fù)劑去除,但在酸性介質(zhì)中加硝酸可提高去除率。聚乙(yǐ)烯用醇或酮處理後可用來吸附水中微量的有機磷化合物。
3.6.4水解法
(1)酸解法(fǎ)
酸(suān)解能(néng)使有機(jī)磷分子的堿性基斷裂,生(shēng)成正磷酸。水解法的缺點是要求設備耐腐蝕,在(zài)高溫高壓處理對磷酸廢水,pH3~4,壓力40~50atm,200~250℃,可使(shǐ)有機磷的無機化率達到90%~100%。
(2)堿解法
堿解常用堿解或(huò)石灰乳。在堿性(xìng)條件下,有機磷分子中酸酐易(yì)斷裂(liè),因此堿解有較好的去除效(xiào)果,但有(yǒu)有機磷產生,*終回收困難,殘渣難處理 。
4.化學(xué)除磷劑的作用機(jī)理及其優缺點
隨著環保要求越來越高,化學除磷應用越來越廣泛,目前(qián)化學除磷目前常(cháng)用的有(yǒu)鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽三種(zhǒng)類型的除磷劑。
4.1鋁鹽除(chú)磷劑
原理:鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁鹽分(fèn)散於水體時,一方麵 Al離子與 磷酸根反應,另一方麵,Al離子 *先(xiān)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(guò)碰撞進一步(bù)縮合(hé),進而(ér)形成一係列多核絡合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),這些(xiē)鋁的多核絡合物往(wǎng)往具有較高的正電荷和比表麵(miàn)積,能迅(xùn)速吸附水體中帶負電荷的雜質,中和膠體電荷,壓縮雙電層及降低膠(jiāo)體(tǐ) ξ 電位,促(cù)進了膠體和懸浮物等快速脫穩、凝聚和沉澱,表(biǎo)現出良(liáng)好的除磷效果。
藥(yào)劑:常用鋁鹽有聚合氯化鋁和硫酸(suān)鋁,盡(jìn)管投(tóu)加大(dà)量的藥劑之後,硫酸鋁有相對較好的(de)除磷效果,但要使出水含磷量達到0.5mg/L,PAC和Al2(SO4)3的加藥量分別為1.35mg/L和6mg/L,從經濟性方麵看,聚合氯化鋁(PAC)相對(duì)更經濟(jì)一些(xiē)。
4.2鐵鹽除磷(lín)劑
原理:溶於水(shuǐ)中後,Fe3+一方麵與磷酸根生(shēng)成難(nán)溶(róng)鹽,一方麵通過溶解和吸水(shuǐ)可(kě)發生強(qiáng)烈水解,並在(zài)水解的同(tóng)時發生各種聚合反應,生(shēng)成具有較長(zhǎng)線性結構的多核羥基絡合物(wù),如(rú)Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。這些含鐵的羥(qiǎng)基絡合物能(néng)有效降低或消(xiāo)除水體中膠體的 ξ 電位,通過電中和,吸附架橋及絮體的卷掃作用使膠體凝聚,再通(tōng)過沉澱分離將磷去除。
藥劑(jì):目前常用鐵鹽有低分子無機鐵(tiě)鹽(硫酸亞鐵,氯化鐵等(děng))和高分(fèn)子無機鐵鹽(聚(jù)合硫酸鐵、聚合硫酸氯鐵)。
在絮凝劑投加量(liàng)為1500 mg/L的情況下,氯化鐵和聚(jù)合硫酸鐵對總磷的去除率分別為(wéi)92.12%和(hé)78.65%,氯化鐵的作用效果*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(yào)量分別為7.5mg/L的(de)Fe2+和9mg/L的Fe3+。但是通過沉澱觀(guān)察發現,FeSO4・7H2O作混凝劑時,水(shuǐ)樣(yàng)較渾濁,並沒有形成很明顯的絮狀沉澱,去除效果較差,也沒有出現FeCl3大量投加後出現的很(hěn)明顯的固液分離(lí)界麵,隻是生成很細小的固(gù)體狀顆粒。原因是二價鐵離子與磷酸根反(fǎn)應較差,氧化為三價(jià)鐵離子後,可望取得更好的除(chú)磷(lín)效果。
雖然從投藥量上看FeCl3・6H2O明顯多於FeSO4・7H2O,但前者析出物沉降性能更好,所以綜合來(lái)說氯化鐵比硫酸亞鐵除磷效率更高!
4.3鈣(gài)鹽除磷劑
原理:汙(wū)水中的(de)磷與石灰中的鈣產生反應。形成[Ca5(OH)(PO4)3](羥(qiǎng)磷灰石),其反應式如下:5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十3H2O在堿性條件下羥磷灰石沉澱,從而去除了磷(lín)酸根。
藥劑:鈣鹽除磷(lín)一般常用(yòng)的有石灰和氯化鈣。
通(tōng)過試驗發現加入無水氯化鈣之後,對原水中總磷的去除效果較差,故直(zhí)接棄用無水氯(lǜ)化鈣。由圖8可以看出,要使出水中總磷濃度降到0.5mg/L以下,需加(jiā)入80mg/LCa2+。從(cóng)去除效果看,Ca(OH)2的去除效果明顯好於CaCl2的去除效果,但是用Ca(OH)2除磷,加藥量很大。
總之,鋁鹽(yán)和鐵鹽的除(chú)磷效果明顯,絮凝物沉降性能(néng)好,但是(shì)鋁(lǚ)鹽因為需要過量投加除磷,會導致水中鋁離子過高,而鋁離子對(duì)人體毒性比較大,*常聽說的是會殺死神經元,使人的記(jì)憶力減退或喪(sàng)失(shī),引發早(zǎo)老性癡呆症等疾病。而鐵離子的過量會(huì)導致出水顏色變深,鐵離子對(duì)設備也會加速(sù)腐蝕!鈣鹽(yán)生成的(de)Ca5(OH)(PO4)3沉澱性比較差,反應要求在堿(jiǎn)性條件下進行,pH值偏高,且(qiě)出(chū)水硬度大,但是石灰成本很低。
如果從成本、效果(guǒ)和(hé)操作複雜性綜合考慮,鐵(tiě)鹽較鋁(lǚ)鹽,鈣鹽除磷效果更好,鐵鹽是*佳的除磷藥劑。
5.化學除磷藥劑投(tóu)加的方式及優缺點
化學除磷工藝可按化學藥劑的投加地點來分類,實際中常采用的有:前置(zhì)除磷、同步除(chú)磷和後置除磷。
5.1前置除(chú)磷
前置除磷工藝的(de)特點是化學藥(yào)劑投加在沉砂池中、初沉池的進水渠(管)中、或者文丘裏渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。 相應產生的沉析產物(大塊(kuài)狀的絮(xù)凝體)在初沉池中通過沉澱被分離(lí)。如果生物段采用的是生物濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以(yǐ)防止對填料(liào)產生危害(產生黃鏽)。
前(qián)置(zhì)除磷工藝(yì)由於僅在現有工藝前端增加化學除磷措施,比較適合於現(xiàn)有汙水處(chù)理廠的改建,通過這一工藝步驟(zhòu)不僅可以除磷,而且可以減少生物 處理設施的(de)負荷。常(cháng)用的化學藥(yào)劑主要是(shì)石(shí)灰和金屬鹽藥劑。前置除磷後控(kòng)製剩餘磷酸鹽的含(hán)量為1.5-2.5mg/L,完全能滿足後續生物處理對(duì)磷的需要。
5.2同步除磷
同步除磷(lín)是目前使用*廣泛的化學(xué)除磷工藝,在國外約(yuē)占所有化學除磷工藝的50%。其工藝是將化學除磷劑投加在曝氣池(chí)出(chū)水或二(èr)沉池進水中,個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進水或回流(liú)汙泥渠(管)中。目前已確定對於(yú)活性汙泥法工藝和(hé)生物轉盤(pán)工藝可采用同步化學除磷方法,但對於生物濾池工藝(yì)能(néng)否將藥劑投加在二次沉(chén)澱(diàn)池(chí)進水中尚值(zhí)得探討。
5.3後置除磷
後置除磷是將沉析、絮凝(níng)以及被絮(xù)凝物質(zhì)的(de)分離在一個與生物處理相分離的(de)設施中進行,因此也叫二段法工藝。一般將化學藥(yào)劑投加(jiā)到二沉(chén)池後的一(yī)個混合(hé)池中,並在其後(hòu)設置絮凝池和沉澱池(或氣浮池)。
對(duì)於要求(qiú)不嚴的受納水體,在後置除磷工藝中可采用石灰(huī)乳液藥劑,但必須對出水pH值加以控製,如可采用CO2進行中和(hé)。采用氣(qì)浮池可以比沉澱池更好地去除懸浮物和總磷,但因為需要(yào)恒定供應空(kōng)氣因而運行費(fèi)用較高。
6.吸(xī)附法除磷技術
吸附法以其容量大、耗能少(shǎo)、汙染小、去除快和可循環等優點,在除磷方麵得到了(le)廣泛的應用。用(yòng)單一材料直接吸附磷的(de)研究已經(jīng)成熟,現在(zài)的主要研究方向已經轉為對材料進行(háng)改性後用於磷的吸附研究,改性材料的吸附研究方興未艾。
6.1 活性炭
近年來對活性炭用於吸附的研究,大多(duō)以改性的方式出現,通過增強活性炭的化學吸附(fù)能力來提高除磷效果。
含鐵活(huó)性炭有很好(hǎo)的吸(xī)附磷效果,Zhengfang Wang等(děng)〔2〕對比含鐵活性炭(AC-Fe)和含鐵(tiě)氧化活性(xìng)炭(AC/O-Fe)後發現,通過(guò)硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭載更多(duō)的Fe,從而在活性炭表麵形(xíng)成大量的活性位點,得到了比(bǐ)AC-Fe更高的磷吸附效果。其中AC/N-FeⅡ和AC/N-FeⅢ的吸附過程主要以表麵吸附和顆粒內擴散為主,且AC/N-FeⅡ較AC/N-FeⅢ顆(kē)粒內擴散能力強(qiáng),活化能更高(gāo),因此(cǐ)綜合研究表明:AC/N-FeⅡ對(duì)磷吸附效果優於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(fù)磷的主要機理(lǐ)是配體交換、靜(jìng)電作用和Lewis酸堿反應。pH增加會減弱(ruò)配體交換和靜電作(zuò)用的能力(lì),而(ér)增強Lewis酸堿反(fǎn)應(yīng)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帶有大量淨正電荷,使得其*大吸(xī)附容量高於ACF-LaOH,室溫下(xià)*大吸附容(róng)量可達29.44 mg/g,共存陰離子對吸附磷有不利影響,順序為:F->SO42->NO3- >Cl-。
6.2 生物質
生物質主要指(zhǐ)自然界中(zhōng)一切有生命的可以生長的有機物質。用於吸附工程的有機物質及其廢棄物就是生物質(zhì)吸附劑。生物質吸附劑(jì)具備以(yǐ)下優點〔7〕:材料成本低、分布廣;孔隙率高,表麵積大;表(biǎo)層含有較多(duō)羥基,改性簡單,與磷酸根離子反應的活性較高;在水(shuǐ)中不(bú)溶解,易分離。近年來研究的生物質吸附劑有軟體動物殼、蛋殼、甘蔗渣等。
Wanting Chen等〔8〕在研究用牡蠣殼(ké)吸附初始質量濃度為(wéi)10 mg/L的磷時發現,反應溫度(dù)從20 ℃升到30 ℃和殼粒徑從590 μm降(jiàng)到180 μm,都會增大牡蠣殼的吸附(fù)容量,牡蠣殼有(yǒu)豐富的吸附(fù)位點,並且比大多數吸附劑更環(huán)保。
T. Köse等〔9〕用焙燒廢蛋殼(CWE)吸(xī)附磷時(shí)發現,CWE對磷的吸附去除率在pH 為2~10時都能(néng)大於99%,並得到吸附(fù)劑的*佳投加(jiā)質量濃度為2 g/L;其他陰離子的存在對CWE吸附(fù)磷的影響不大,吸附磷後的CWE由於含有大量鈣、鎂和磷,可用(yòng)作肥料和土壤改良(liáng)劑;附著氫氧化鐵的廢蛋殼吸附磷的速率很快。
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(zhè)渣在吸附磷的效率方麵提高了(le)45%,羧(suō)甲基改性的甘(gān)蔗渣附著Fe2+的濃度比未(wèi)改性的甘蔗渣提高了80%,隻需要對原材料做稍微(wēi)的(de)化學改性,磷吸附(fù)性能就(jiù)能得到大大的優化。
6.3 金屬(氫)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優點。
氧化鐵吸(xī)附磷主要(yào)通過球麵的靜電吸附和球內絡合的(de)化學吸附〔11〕。磁性氧化鐵納米粒子在磷的(de)初始質量濃度為2~20 mg/L、吸(xī)附劑投加質(zhì)量濃度為0.6 g/L、反應(yīng)時間為24 h時,得到磷*大吸附容量為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(shí)發(fā)現,溫(wēn)度由25 ℃升至65 ℃時,吸附容量(liàng)則(zé)由53 mg/g升至67 mg/g,且在12 h達到吸(xī)附平衡,在pH=12時能解吸約74%的(de)磷。氧(yǎng)化鋯納米粒子吸附磷的速率(lǜ)很快,在pH=6.2時可達*大吸附容量為(wéi)99.01 mg/g,是吸附容量*高的吸附劑之一,高濃度的共存陰離子對磷的吸(xī)附影響很小,吸附的*適pH 為2~6,吸(xī)附容量在pH超過7時急劇下降〔14〕。
水滑石
黃中(zhōng)子等〔15〕在研究MgAl-CO3水滑石吸附磷時發現,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,磷的去除率超過99%。MgAlZr-CO3水滑(huá)石對(duì)磷的選(xuǎn)擇吸附性很高,吸附溶液中離子的排序為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〔17〕研究ZnAl-2-300水滑石(shí)吸附磷的效果發現(xiàn),汙泥脫水液的溫(wēn)度從25 ℃升到30 ℃時,水滑石的(de)磷吸附容量(liàng)明顯增加,水溫繼續升(shēng)至50 ℃時(shí),水滑石吸附容量又降(jiàng)至25 ℃時的水平。焙燒ZnAl水滑(huá)石會增大表麵積和增加孔隙率,焙燒溫(wēn)度為300 ℃時除(chú)磷效果*佳,600 ℃時變成尖晶石從而減小了(le)表麵積〔18〕。
膠體水滑石納米片在(zài)pH為4.5~11內的除磷效果較好,吸附磷後的吸(xī)附劑(jì)可用作普通海(hǎi)藻石蓴的生長肥料〔19〕。
6.4矽基介孔分(fèn)子篩
Dandan Li等〔20〕研究粉煤灰(huī)一鍋法製備MCM-41吸附(fù)磷發現,在pH=10時MCM-41-CFA-10有*大的(de)空隙體(tǐ)積0.98 cm3/g、*高的比表麵積1 020 m2/g和*低的n(Si)∶n(Al),並在25 ℃時有64.2 mg/g的吸附容量,比SBA-15的53.5 mg/g、MCM-41的31.1 mg/g和矽藻(zǎo)土(tǔ)的62.7 mg/g都要大。Jianda Zhang等(děng)〔21〕在研(yán)究載鑭二(èr)氨基改性的(de)MCM-41吸附(fù)磷時發現,該(gāi)吸附劑的吸附速率和吸附容量都很高,*大吸附容(róng)量為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為(wéi)吸附反應*適的pH,溶(róng)液中Cl-和NO3-的存在對除磷影響很小,而F-和SO42-的存在則影響明顯。
J. Choi等〔22〕對比純的、氨基官能化的和共縮合的SBA-15發現,它們的*大吸附容量分別為2.018、59.890、69.970 mg/g,內孔表麵附著的氨基帶來(lái)的強(qiáng)化學親和力是較純SBA-15吸附容量(liàng)更高的原因。
6.5 黏土礦物
黏土礦物(wù)是組成黏(nián)土岩和土壤的(de)主要礦物。它們是一些含鋁、鎂等為(wéi)主的(de)含水矽(guī)酸鹽礦物,是(shì)各類土壤和沉積物的主要成分,其結構特征是一種含水的層狀結構。常用於吸附工程中的黏(nián)土礦物有(yǒu)高嶺(lǐng)石、膨潤土、蛭石、凹凸棒(bàng)土和鹿沼土等。
翟由濤等〔23〕研究經鹽酸和(hé)煆燒改性(xìng)的(de)高嶺土對磷的(de)吸附(fù)效果發現,鹽酸改(gǎi)性的(de)高嶺土表麵積會增大,從而大(dà)量的Al、Si等活性點位暴露,吸附磷能(néng)力變強,質量分數為9%的酸改性的高嶺土在(zài)磷的(de)初始質(zhì)量濃度為20 mg/L的(de)25 mL溶(róng)液中時吸附磷效果(guǒ)*佳(jiā),去除率為81.8%,500 ℃煆燒改性的高嶺土中Al元素(sù)表(biǎo)現出*佳的活化狀(zhuàng)態,對溶液中磷的去除(chú)率可達(dá)99.5%。S. Gupta等〔24〕對比未改性、煆燒改性和酸改性的高嶺石發現,酸改性的高嶺石是這其中吸附磷容量*大(dà)的,投加少(shǎo)量的(de)高嶺土(tǔ)能大(dà)量減少溶液中的磷酸鹽。
K. Reitzel等〔25〕用鑭改性的膨潤(rùn)土吸附淡水(shuǐ)和鹹水中的(de)磷發現,pH超(chāo)過8.1時,該膨潤土和磷的結合能力受到較大(dà)影響,由於硬水中CO32-溶度較高,這種影響在硬水中表現得更(gèng)為明顯。王(wáng)峰等〔26〕用鹽酸和煆燒法改性膨潤土吸附磷的(de)研究發現,改性膨潤土的除(chú)磷效果隨酸濃度的增(zēng)加而增加,500 ℃煆燒改性的膨潤土在磷初始質量濃度為10 mg/L、pH=9時對磷(lín)的去除(chú)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級A標準。
Weiya Huang等〔27〕研究用La(OH)3改性的剝離蛭石吸附磷時發現,蛭石在25 ℃時有*大(dà)吸附容量,為79.6 mg/g,用該改性蛭石(shí)對2 mg/L低濃度磷酸鹽的二級出水進行處理,10 min即可達到97.9%的除磷率,使磷(lín)的質量濃度降到(dào)了50 μg/L以下,溶液中F-、Cl-、NO3-、SO42-的存在對除磷影響可以忽略不計,但0.1 mol/L的CO32-存在會使磷(lín)的去除率下降到54.3%。J. Xie等〔28〕研(yán)究煆燒溫(wēn)度對凹凸棒土吸附磷的影響時發現,在200~900 ℃的煆燒溫度中,700 ℃煆燒的凹凸棒土有*大吸附容量,為5.2 mg/g。Shengjiong Yang等〔29〕研究鹿沼土對磷的吸附實驗發現,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(fǎn)應,*大吸附容量為2.13 mg/g,由於吸附的*佳pH=6,則鹿(lù)沼土對廢水中(zhōng)磷的吸附一般無(wú)需調節pH。
6.6 其他
除了上述幾類吸附劑外,鐵礦、石墨烯(xī)和凝膠等也可以作(zuò)為除磷的吸附劑。M. Mallet等〔30〕研究水鐵礦對磷酸鹽的吸附實(shí)驗發現,在pH=4時得到*大吸附(fù)容量,為104.8 mg/g;而(ér)在pH=7時的吸附容量(liàng)也有77.8 mg/g。該吸附劑可直(zhí)接用(yòng)於市政汙水(pH 6.5~7.3)的處理,溶液中(zhōng)Cl-、NO3-、SO42-的(de)存在對除磷的影響很小。邵鵬輝等〔31〕研究磷在磁鐵礦(kuàng)-針鐵礦混合相上的吸附時發現,在初始磷質量濃度為51.8 mg/L、pH=2和磁鐵礦(kuàng)-針鐵礦(kuàng)混合相投加質量濃度為10 g/L時,磁鐵礦-針鐵礦對溶(róng)液中磷的(de)去(qù)除率達到了94.16%。在初始磷質量(liàng)濃度為100 mg/L和溫度為30 ℃時,石墨烯對磷的吸附容(róng)量達(dá)到了89.37 mg/g〔32〕。T. Singh等〔33〕用吸附(fù)了Cu的水凝膠無需任何處理直接用於吸附(fù)磷的研究發現,在pH=6.1時該凝膠有*大磷吸附容量(liàng)87.62 mg/g,共存陰離子對除磷影響的順序為C5H7O5COO->SO42->HCO3->Cl->NO3-,前兩者影響較大,後兩者影響較小。
總之,相(xiàng)比其他除磷技術,吸附法(fǎ)除磷具有容量大、耗能少、汙染小、去除快和可循環等優勢,但其自身也存在許多不足之處:共存(cún)離子對改性活性炭除磷影響顯著;生物質的吸附容量較小;pH的變化對金屬氧化物吸(xī)附容量影響很大;幾種特定的(de)陰離子對矽基介孔分子篩影響較大;黏土礦(kuàng)物普遍存在吸附容量小的缺陷。因此,在以後(hòu)的吸附法(fǎ)除磷研究中,主要有幾個方(fāng)麵值(zhí)得深入探究:(1)要兼顧以上不足之處選擇合適的改性方(fāng)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(chú)磷原理和過程(chéng)的理論及模型;(3)研究吸附劑的後續處(chù)理,不注重吸附(fù)磷後的後續處理(lǐ),往(wǎng)往會(huì)帶來二次汙染,不利於環保,可以把廢料開發為植物肥料或土壤改良劑等。隨著吸附劑改性的發展和理論的(de)研究深入,吸附法在廢水除磷(lín)和治理富營養化水體中必定會發揮重要作用(yòng)。