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淺析國內處理含磷廢水的主要方法 |
目前國內處理含磷廢水的主要方法,包括沉澱法、吸附法、和生物法,以及綜述各種處理高濃度含磷廢水的方法,包括傳統的生物法、化學法和近年來新開發的電解法、鈣法和SBR強化生物法等單一工藝法,以及絮凝沉降-粉煤灰吸附法、化學沉澱-混凝氣浮-活性炭吸附法和陶瓷膜混凝反應法等。
對於除磷藥劑,我公司特有專利產品,複合型除磷劑,對生活汙水以及工業廢水有較好的效果,既保證了處理效果又可以降低處理成本。
水中磷、氮等元素超標,會加速水體的富營養化,這種現象在我國較為嚴重,給工業、水產業、農業以及旅遊業都帶來了極大的危害。氮、磷等營養物質濃度升高,是藻類大量繁殖的原因,其中又以磷為關鍵因素。因此,如何有效降低汙水中磷的濃度,對消除汙染,保護環境,具有十分重要的意義。
目前,國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態含磷廢水;化學法和物理化學法主要有混凝沉澱法、結晶法、離子交換吸附法、電滲析、反滲透等工藝,主要適合處理無機態含磷廢水。
然而,有許多工業生產過程中經常出現一些高濃度的含磷廢水。高濃度含磷廢水在目前的研究中並沒有嚴格的定義,一般認為隻要是高於生活廢水中的含磷量或者總磷濃度在100mg/L以上就稱為高濃度廢水。高濃度含磷廢水難以應用單一的生物法或化學法進行去除,即便能去除也會對整個單一的生物法或化學法處理工藝造成極大的負擔,使整個處理工藝處理效果降低或者無法連續運行。
1、水體中磷的來源
廢水中磷的形態
廢水中的磷以正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在,由於廢水來源不同,總磷及各種形式的磷含量差別較大。典型的生活汙水中總磷含量在3~15mg/L(以磷計);在新鮮的原生活汙水中,磷酸鹽的分配大致如下:正磷酸鹽5mg/L(以磷計),三聚磷酸鹽3mg幾(以磷計),焦磷酸鹽lmg,L(以磷計)以及有機磷。
由於上述原因,在廢水除磷過程中主要關注正磷酸鹽。受磷酸的電離平衡製約正磷酸鹽在水體中電離,同時生成H3P04、H2P04一、HP042一和P04。,各個含磷基團的濃度分布隨pH值而異,在pH值6~9的典型生活汙水中,主要存在形式為磷酸氫根和磷酸二氫根。
2、化學法處理含磷汙水
化學沉澱法是利用多種陽離子與廢水中的磷酸根結合生成沉澱物質,從而使磷有效地從廢水中分離出來;電滲析除磷是膜分離技術的一種,它隻是濃縮磷的一種方法,它自身無法從根本上除去磷;生物法現在多用於城市汙水處理廠磷含量低的情況。與其他方法相比,化學沉澱法具有操作彈性大、除磷效率高、操作簡單等特點。
一、鈣法除磷
鈣法除磷在沉澱法除磷中,化學沉析劑主要有鋁離子、鐵離子和鈣離子,其中石灰和磷酸根生成的羥基磷灰石的平衡常數最大,除磷效果最好.投加石灰於含磷廢水中,鈣離子與磷酸根反應生成沉澱,反應如下:5Ca2++7OH-+3H2PO4-=Ca5(OH)(PO4)3↓+6H2O(1)副反應:Ca2++CO32-=CaCO3↓(2)反應(1)的平衡常數KS0=10-55.9.由上述反應可知除磷效率取決於陰離子的相對濃度和pH值.由式(1)可知磷酸鹽在堿性條件下與鈣離子反應生成羥基磷酸鈣,隨著pH值增加反應趨於完全.當pH值大於10時除磷效果更好,可確保達到出水中磷酸鹽的質量濃度<0.5mg/L的標準.反應(2)即鈣離子與廢水中的碳酸根反應生成碳酸鈣,它對於鈣法除磷非常重要,不僅影響鈣的投量,同時生成的碳酸鈣可作為增重劑,有助於凝聚而使汙水澄清。
上述工藝中第一級反應及沉澱主要是除鋅,控製pH=8.5~9.0,投加聚合氯化鋁,第二級反應及沉澱主要是鈣法除磷,控製pH=11~11.5,出水經中和後排放或回用,出水水質達一級標準。
關鍵技術:
鈣法除磷關鍵技術是利用氯化鈣或石灰作為藥劑,采用機械混合反應器和高效斜管沉澱器,控製適量反應、混合強度、沉澱表麵負荷和反應pH值。
二、兩種常用除磷物質:
1.爐渣
爐渣是鋼鐵冶煉過程中產生的固體廢棄物,主要由CaO、FeO、MnO、SiO2、Fe2O3、P2O5、Cr2O5、Al2O3等氧化物組成,具有很多優良特性,其中所含的每種成分均可以利用.該方法的實驗研究是在數個具塞錐型瓶中各加200mL模擬含磷廢水和一定量的爐渣,置於振蕩器上,在室溫下振蕩一定時間使吸附反應達到平衡後過濾,然後對清液進行磷的濃度測試,再通過比較溶液中磷的初始濃度和平衡濃度推算出其在吸附劑上的吸附量和磷的去除率。研究表明:
(1)隨著爐渣用量的增加,磷的去除率也增加,但吸附量卻下降。 (2)吸附量在開始是隨時間的增長而增大,但吸附時間大於2h時,吸附量趨於穩定。 (3)吸附量隨廢水中磷的濃度的上升而增大。 (4)溫度對爐渣吸附作用的影響很小。 (5)溶液pH值對吸附效果有重要影響,當pH為7.56時,磷的去除率為最高。
因此,用爐渣處理含磷廢水時,當廢液中磷的濃度為2~13mg/L,爐渣用量為5g/L,pH為7.56,吸附時間為2h的條件下,磷的去除率可達99%以上,殘留液的濃度也低於國家排放標準,而且該法安全可靠,不會產生二次汙染。
2、加石灰
含磷廢水加入大量石灰,調pH=10.5~12.5生成羥基磷灰石,沉澱物穩定,平衡常數大,生成Ca10(OH)2(PO4)6的平衡常數為90,大於鋁鹽、鐵鹽生成磷酸鹽沉澱物的3~4倍。平衡常數越大,生成的沉澱物越穩定,沉澱效果越好,脫磷更徹底,固液分離效果也好,處理含磷廢水完全達標,P≤0.5mg/L。加石灰提高廢水pH值除磷的同時也使廢水中的石油類、CODcr共沉得到淨化,廢水可達標排放。用石灰處理含磷廢水,產生的泥渣量較大,斜管沉澱池底的汙泥通過底管排入汙泥濃縮池,每天排泥1~2次,以免幹結堵管。汙泥濃縮池濃縮後,下層濃稠汙泥泵入板框壓濾機壓濾後使固液分離,幹渣打包外運。
3、混劑輔助化學沉澱法
該法采用的複合沉澱劑是氯化鎂和磷酸氫銨,在除磷的同時生產緩效複合肥,其反應原理如下:
HPO42-+Mg2++NH4++6H2O=MgNH4PO4•6H2O↓+H+
三、化學除磷法的特點
化學除磷本質上是一種物理化學過程,其優點是處理效果穩定可靠,操作簡單且彈性大,汙泥在處理處置過程中不會重新釋放磷,耐衝擊負荷的能力也較強。不足之處是化學除磷法會產生大量含水化學汙泥,處理難度大。此外,藥劑費用較高,由此造成的殘留金屬離子的濃度也較高,出水色度增加。 |