【幹貨】含磷廢水怎麽處理,你知道嗎?
來源:科柏(bǎi)盛(shèng)環保 發布時間:2020-12-03
隨著*嚴厲的環(huán)保督查不斷推(tuī)進,各地不斷(duàn)暴出汙水排放不達標的企業,其(qí)中磷排放不達標也是其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,特推出(chū)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,可分為次磷廢水、正磷廢水(shuǐ)、 有機磷廢水。
次磷廢水主要產生於電鍍行業。在化學鍍鎳過程中,需要還原劑提供電子給鎳離子,以(yǐ)便鎳(niè)離子(zǐ)還原為鎳(niè)金屬,在大多數的化學鍍(dù)液中,多采用次磷酸鈉為(wéi)還原劑,這就導致清洗(xǐ)廢水中含有磷,而且磷的狀態多為次亞磷。
我們平常說(shuō)的廢(fèi)水中的磷就是(shì)說(shuō)的正磷酸鹽,正磷酸鹽是磷(lín)的*穩定價態,也是我們*常見的磷酸鹽,一般的廢水中的TP主要就是正磷酸(suān)鹽,磷酸鹽(yán)的來源主要是生活中必(bì)需品、人類排泄物、自然水體、化石能源等。
但隨著現代工業的發展(zhǎn),有機化合(hé)物的生產、合成日益增多。化工、造紙、橡膠、染料和紡織印染、農藥、焦(jiāo)化、石油化工、發酵、醫藥與醫療及(jí)食品等行業排放的廢水常含有有(yǒu)機磷化合物,造(zào)成了環境汙(wū)染、地麵水(shuǐ)體惡化(huà),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
2.1根據來源(yuán)分類
主(zhǔ)要來(lái)自於各種洗滌劑、工業原料、農業肥料的生產過程以及人體的排泄等;
2.2根據磷(lín)的存在形態
可分(fèn)為無機磷(lín)廢水(shuǐ)(磷酸鹽、聚磷酸鹽)和有機磷廢水(含磷(lín)有機化合物混於水)。
含(hán)磷洗衣粉是含磷廢水的主要來源之一。20世紀60年代中(zhōng)期日本的“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(wèn)題便成為研究的熱點。人們通過重組產品配方和使(shǐ)用4A沸石替代磷酸鹽作為主要助劑來合(hé)成無磷洗衣(yī)粉(fěn)取代原(yuán)來的含磷洗(xǐ)衣粉取得了不錯的效(xiào)果;對於農業肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被(bèi)土壤吸(xī)附,還有一部分隨水土流失,所以在使用肥料時應考慮到盡量減少土壤流失,可以通過綠(lǜ)化荒山荒漠、因地製宜科學種田、建立農田防護林以(yǐ)及在江河湖泊流域建立綠化帶等手段*大限度地降(jiàng)低水(shuǐ)土流失(shī),這也(yě)是降(jiàng)低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於農業肥料。
3.含磷廢(fèi)水的處理方法
目前,國內外(wài)汙水除磷技術主要有生物法、化學法兩(liǎng)大(dà)類。生物法(fǎ)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。化學法主要有混凝沉澱法、結晶法、離子交換吸附法、電滲析(xī)、反滲透等工藝,主要適合處理無機態含磷廢(fèi)水,其中混凝沉澱與(yǔ)結晶綜合處理技術(shù)可以處(chù)理高(gāo)濃度含磷廢水,除磷(lín)率較高,是一種可靠的高含磷廢水(shuǐ)處理方法。
3.1生物法
20世紀70年代美國的Spector發現,微生物在好氧狀態下能攝取磷,而在有機物存在的厭(yàn)氧(yǎng)狀(zhuàng)態下(xià)放出磷。含磷廢水的生物處理方法便是在(zài)此(cǐ)基礎上逐步形(xíng)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:
*,向曝氣貯水池中添加混凝劑脫磷;
第二,利用土壤處理,正磷酸(suān)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-進行置換,生成難溶性磷酸化合物;
第三種方法是(shì)活性汙泥法,這是目(mù)前國內(nèi)外應用(yòng)*為廣泛的一類(lèi)生物脫磷技(jì)術。
生物除磷法具有良好的(de)處理效果(guǒ),沒有化學沉澱法汙泥難處(chù)理(lǐ)的缺點,且不需(xū)投(tóu)加沉澱劑。對於二級活性汙泥法(fǎ)工藝,不需增加大量設備,隻需改變運(yùn)轉流程(chéng)即可達到生物(wù)除磷的效果。但要(yào)求管理較嚴格,為了形成VFA,要保證厭氧階段的厭氧條件。
叢廣治等主持的大連開發區汙(wū)水(shuǐ)廠A/O改造(zào)實踐(jiàn)表明,係統在下列參數下可取得較好的淨化效果:BOD5負荷(hé)為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭氧段容積∶好氧段(duàn)容積=1∶2,厭氧段DO<0.6mg/L,好氧段(duàn)DO為3~3.5mg/L,水溫12℃。出水含磷量穩定在10mg/L以下(xià)。厭氧好氧活性汙(wū)泥除(chú)磷工(gōng)藝(yì)在不增加標準(zhǔn)活性汙泥法基建投資和維(wéi)護費用條件下,可以較徹底地除磷,且運(yùn)行穩定。這一工藝不但(dàn)繼承了傳統的標準活性汙泥法的優點,又增加了生物除磷功能。
黃理輝等主持的倒置(zhì)A2/O工藝克服了A2/O工藝比較複雜以及在(zài)吸磷動力利用方麵存在明(míng)顯不足(zú)的缺點,將厭氧、缺氧環境倒置,隻利用一套汙泥回流(liú)係統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有較高的去(qù)除有機物和脫氮除磷能力。整個工藝具有流程簡潔、能耗低、運(yùn)行(háng)穩(wěn)定、抗衝擊力(lì)強的特點(diǎn),適於老廠的改造。
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成難溶沉(chén)澱物,可(kě)把磷分離出去,同(tóng)時形成的絮凝體對磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉澱劑有石灰、明礬、氯化鐵,石灰與氯化鐵的混合物等(děng)。影響此類反應的主要因素是pH、濃度比、反應時間(jiān)等。
為了降低廢水的處理成本,提高處(chù)理效果,學者們在研製開發新型廉價高效化學沉(chén)澱劑方麵做了大(dà)量工作。王光輝發現,原水含磷10mg/L時,投加(jiā)300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷70%左右,而在初沉時加入過量(liàng)石灰,一般(bān)總磷可去除80%左右(yòu)。他根據化學凝聚能增加(jiā)可沉澱物質(zhì)的沉降(jiàng)速度,投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效果達80%~85%,很(hěn)好地解決了生產用水的PO43-汙染問題。混凝沉澱法是一種傳統的(de)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(huà)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(jiān)硬的垢片,還會產生一定量的汙泥。另外,研究表明:除磷效率對應沉澱劑劑量的曲線是指(zhǐ)數型的,當化學沉(chén)澱劑超(chāo)出一定量,曲線即達到停(tíng)滯期。所以,試圖用沉澱法將廢水中(zhōng)磷的質(zhì)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
生物強化除磷中的聚磷菌(jun1)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(jun1)、除磷菌,是傳統活性汙泥工藝中一類(lèi)特(tè)殊的細(xì)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細菌體內的含磷量(liàng)的數倍,這類細菌被廣泛地用於(yú)生物除磷。
其原理為:在厭氧條件下,除磷菌能分(fèn)解體內的聚磷酸鹽而產生ATP,並利(lì)用ATP將(jiāng)廢水中(zhōng)的有機物(wù)攝入細胞內,以聚b-羥基丁(dīng)酸等有機顆粒的形式貯存於(yú)細胞內,同時還將分解聚磷酸鹽所產生的磷酸排出體外。而好氧條件下,除磷菌利用廢水中的(de)BOD5或體內貯存(cún)的聚b-羥基丁(dīng)酸的氧化分解所釋放的能量(liàng)來攝取廢水中(zhōng)的磷,一部分磷被用來合成ATP,另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內。
3.4吸附法
20世(shì)紀80年代,多孔隙物質作為吸附劑和離子交換劑就已(yǐ)應用在水的淨化和(hé)控製汙染(rǎn)方麵。黃巍等人以粉煤灰作為吸附劑,對含磷50~120mg/L模擬(nǐ)廢水脫磷的規律特征進行了(le)研究。研究表明粉煤灰中含有較多的活(huó)性氧化鋁和氧化矽等,具有相當大的吸(xī)附作用,粉煤灰對無機磷酸(suān)根不是單純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可以和(hé)磷酸根生成不溶或(huò)直溶性沉澱現象,因而在廢水處理方麵具有廣闊的應用前(qián)景。
試驗結果表明,粉煤灰是一種有效(xiào)的吸附劑,在含P質量濃度為(wéi)50~120mg/L,粉(fěn)煤灰用量每50mg為2~2.5g,粒徑範圍(wéi)140~160目,pH中性的實驗條件下,磷的去除(chú)率*高可達99%以上。丁文明、黃霞等合成的鐵(tiě)鈰複合除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液反應(yīng)合成的,對水溶液中的磷酸鹽具有高效吸附作(zuò)用。經正交試(shì)驗發現,鹽溶液中鐵、鈰離子(zǐ)的含量是影(yǐng)響除磷效果的(de)*重要因素,此外合成溫(wēn)度、幹燥溫度也對吸附性能有(yǒu)一定影響(xiǎng)。各種(zhǒng)測試(shì)證明,結晶破碎是複合除磷劑比表(biǎo)麵積增大的主要原因(yīn),而比表麵積(jī)增大(dà)又是(shì)高效吸附除(chú)磷(lín)的主要原因。預計以後會出現更多吸附除磷的吸附劑。
3.5其(qí)他的除磷方法
鄒偉國等研究的新型雙汙泥脫氮除磷工藝(yì)係統處理生活汙水取得成功。傳統的脫氮除(chú)磷工藝多采用單汙泥係統,因此存在著硝化(huà)和除磷泥齡之間的(de)矛盾,將(jiāng)活性汙泥法與生物膜(mó)法相結合,可解(jiě)決這個問題(tí)。
實驗結果表明(míng),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。
陳瀅等(děng)進行了低(dī)溶解氧SBR除磷工藝的研究。
該方法要注意的是汙泥(ní)負荷(hé)對COD去除率和除(chú)磷效(xiào)果的影響較大,因此要選擇(zé)合適的汙泥負(fù)荷。汙泥負荷過高時會導致非絲菌(jun1)汙泥膨脹。
方茜等利用SBR法處理低碳城市汙水取得進展,解決了處理(lǐ)碳、氮(dàn)、磷比例失調(碳量(liàng)偏低)城市汙水如何(hé)保證氮磷高效去除的難(nán)點。
結果表明,利用此法處理廣(guǎng)州地區低(dī)碳城市汙水,出水有機物、氨氮及總磷(lín)均(jun1)達(dá)標,且(qiě)磷的釋(shì)放量越大則出水磷總濃(nóng)度就越低(dī)。實踐證明,SBR法具有流程簡單,不需(xū)要汙泥回流,脫(tuō)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理的方法
3.6.1氧化法
(1)臭氧氧化法
臭氧氧化法適於處理濃度(dù)較低、難被(bèi)生物(wù)降解或對生物有毒(dú)的農藥廢水,如馬拉硫磷、伏殺磷等。一(yī)般生成疑基化合物,*後生成CO2和H2O,無(wú)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(yǎng)氧化的缺點是臭氧發生(shēng)器耗電量較高,故在電量供應充(chōng)足的條件(jiàn)下才(cái)適合。
(2)濕式氧化法
是一種在空氣存在下,將廢水加熱、加壓,使其COD、BOD、懸(xuán)浮物都大幅度降低的方法。該(gāi)方(fāng)法(fǎ)適於(yú)處理濃度較大、毒性高,生(shēng)物難降解的物質,該法對COD去除效率較低。用濕式氧化法處理(lǐ)廢水,有機磷去除率達(dá)80%左右。反應以水解為(wéi)主,有機磷轉化為水解(jiě)產物(wù)H3PO4、HCl、CH3OH等,*後磷以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。在pH<3時,氧化對硫酸效果*好。氯氣氧化法處理馬拉硫磷廢水(shuǐ),用燒堿中和至pH為7,通C2至PH2~3,分去底層油狀物,再投(tóu)燒堿(占廢水量的(de)2%),在40℃下攪拌4Pu6h,毒性磷含量降至7~12mg/L。
3.6.2 生化處理法
(1)活性汙泥法
生化處理是將均化後的廢水與含有馴化(huà)的耐有機磷的細菌的活性汙泥混合,並進行曝氣。曝氣後進入沉澱池,經沉澱池處理後再進行二次曝氣。曝氣生化處理可使BOD下降至13mg/L,有機磷中(zhōng)的磷可作為生物營養物質被回收利用。生化處理法應用(yòng)廣泛,效果較好。
(2)藻類處理法
有(yǒu)機磷殺(shā)蟲劑可(kě)用綠藻有效去除,但用藻類(lèi)處理(lǐ)時,有(yǒu)時會形成極(jí)毒且穩定的中間產物,藻類(lèi)處理對硫磷時,得到更(gèng)毒的中間產物。處理某些(xiē)有機(jī)磷廢水在20℃用ChlorellValgaris處理2~30d,可有90%~98%的去除率。
(3)酶法
在(zài)酶法處理含酚、甲酚、二甲酚及磷酸三久酯廢水時,可用辣根過氧化酶處理(lǐ),能(néng)取得較好的效果。
3.6.3吸附法
有機磷吸附效果更好,也可經(jīng)堿解後再用活性炭,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(yòng)飛灰及粘(zhān)土作吸附(fù)劑去除,但在酸性(xìng)介質中加硝酸可提高去除率。聚(jù)乙(yǐ)烯用醇(chún)或酮處理後可用來吸附水中微量的有機磷化(huà)合物。
3.6.4水解法
(1)酸解法
酸解能使有機磷(lín)分子的堿性基斷(duàn)裂(liè),生成正磷酸(suān)。水(shuǐ)解法(fǎ)的缺點是要求設備耐腐蝕,在高溫高壓處理對磷(lín)酸廢水,pH3~4,壓力40~50atm,200~250℃,可使有機磷(lín)的無機化率(lǜ)達到90%~100%。
(2)堿解法
堿解常用堿解或石灰乳。在堿性條件下,有機磷分子中酸(suān)酐(gān)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
隨著環保要求越來越高,化學除磷應用越來越廣泛,目前化學除磷目前常用的有鋁鹽、鐵鹽和鈣鹽三種類型(xíng)的除磷劑。
4.1鋁鹽除磷劑
原理:鋁鹽除磷的原理一般(bān)認(rèn)為是當鋁鹽分散於水體時(shí),一方麵 Al離子與 磷酸根反應,另一方麵,Al離(lí)子(zǐ) *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(tōng)過碰撞進一步縮合,進而形(xíng)成一係列多(duō)核絡合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),這些鋁的多核絡合物往往具有較高(gāo)的正電荷(hé)和比表麵積,能迅速吸附水體中帶(dài)負電荷(hé)的雜質(zhì),中和膠體(tǐ)電(diàn)荷,壓縮雙電(diàn)層及降低膠體 ξ 電位,促進了膠(jiāo)體和懸浮物等快(kuài)速脫穩、凝(níng)聚和沉澱,表現出良好的除磷效(xiào)果。
藥劑:常用(yòng)鋁鹽有聚合氯化鋁和硫酸(suān)鋁,盡管投加大量的藥劑之後,硫酸鋁有(yǒu)相對較(jiào)好(hǎo)的(de)除磷效果,但要使出水含(hán)磷(lín)量達到0.5mg/L,PAC和Al2(SO4)3的加藥量分別為1.35mg/L和(hé)6mg/L,從經濟性方麵看,聚合(hé)氯化鋁(PAC)相對更經濟一些。
4.2鐵鹽除磷劑
原理:溶於水(shuǐ)中後,Fe3+一方麵與磷酸根生成難溶鹽,一方麵通過溶解(jiě)和吸水可發生(shēng)強烈水解(jiě),並在水解的同時發生各種聚(jù)合反應,生(shēng)成具有較長線性結構的多核(hé)羥基絡合物,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(hé)物能有效降低或消除水(shuǐ)體中膠體的 ξ 電位(wèi),通過電中和,吸附架橋及絮體的卷掃作用使膠體凝聚,再通過沉澱(diàn)分離(lí)將磷去除。
藥劑:目前常用鐵(tiě)鹽有低(dī)分子無機鐵鹽(yán)(硫酸亞鐵,氯化鐵等)和高分子無機鐵鹽(聚合硫酸鐵、聚合硫(liú)酸氯鐵)。
在絮(xù)凝劑投加(jiā)量為1500 mg/L的情況下,氯化鐵和聚合硫酸鐵對總磷的去除率分別為92.12%和78.65%,氯化鐵的作用效果*佳,聚合硫酸(suān)鐵次之。
當總磷濃度降到0.5mg/L以下,FeSO4和(hé)FeCl3的加藥(yào)量分別為7.5mg/L的Fe2+和9mg/L的Fe3+。但是通過沉澱觀察發現(xiàn),FeSO4・7H2O作混凝劑時,水樣(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(dà)量投加後出現的很(hěn)明(míng)顯的固液分離界麵,隻是生成很細小的固體狀顆粒。原因是二價鐵離子與磷酸根(gēn)反應較差,氧(yǎng)化為三價鐵離(lí)子後,可望取得更好的除磷效果。
雖然從投藥量上看FeCl3・6H2O明顯多於FeSO4・7H2O,但前者析出物沉降性能更好,所以綜合來說氯(lǜ)化鐵比硫酸亞鐵除磷效率更(gèng)高!
4.3鈣鹽除磷劑
原理:汙水中的磷與石灰中的鈣產生反應(yīng)。形(xíng)成[Ca5(OH)(PO4)3](羥磷灰(huī)石),其反應式如下:5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十3H2O在(zài)堿性(xìng)條件下羥磷灰(huī)石沉(chén)澱,從而去除了磷酸根。
藥劑:鈣鹽(yán)除(chú)磷一般常用的有石灰和氯化鈣。
通過試驗發現加入無水氯化(huà)鈣之後,對原水中總磷的去除效果較差,故直接棄用無水氯化鈣。由圖8可以看出(chū),要使出水中總磷濃度降到0.5mg/L以下,需加入80mg/LCa2+。從去除效果看,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(lǚ)鹽和鐵鹽的除磷效果明顯,絮凝物沉降性能好,但是鋁鹽(yán)因為需(xū)要過量投加除(chú)磷,會導致水中鋁(lǚ)離子過高,而鋁離子(zǐ)對人體毒性比較大,*常聽說的是會殺死神經元,使人的記憶力(lì)減退或喪(sàng)失,引發早老性癡呆症等疾病。而鐵離子的過量會導(dǎo)致(zhì)出水顏色變深,鐵離子對設備也會(huì)加速腐蝕!鈣鹽生成(chéng)的Ca5(OH)(PO4)3沉澱性比較差(chà),反應要求在堿性(xìng)條件下進行,pH值偏高(gāo),且出水硬度大,但(dàn)是石灰成本很低。
如果從成本、效果和操作複雜性綜合考慮(lǜ),鐵鹽較鋁鹽(yán),鈣鹽除磷(lín)效果更好,鐵鹽是*佳的除(chú)磷藥劑。
5.化學(xué)除磷藥劑投加的方式及優缺點(diǎn)
化學(xué)除磷工藝可按化(huà)學藥劑的投加地點來分類,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
前置除磷工藝的特點是化學藥劑投(tóu)加(jiā)在沉砂池中、初沉池的進水渠(qú)(管)中、或者文丘裏渠(利用渦流)中。其一般需(xū)要設(shè)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(de)沉析產物(大塊狀的絮凝體(tǐ))在初沉池中通(tōng)過沉澱(diàn)被分離。如果生物段采用的是生物濾池,則不允許使(shǐ)用鐵(tiě)鹽藥劑,以(yǐ)防止對填料產生危害(產生(shēng)黃鏽(xiù))。
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,通過這一工藝步驟不僅可(kě)以除磷,而且可以減(jiǎn)少生(shēng)物 處理設施的(de)負荷。常用的化學藥劑主要是石灰和金屬鹽藥劑。前置除磷後控製剩餘磷酸鹽的含(hán)量為1.5-2.5mg/L,完全能滿足後續生物處理對磷的需要。
5.2同步除磷
同步除磷是目前使用*廣泛的化(huà)學除磷工藝,在國外約占所有化學除磷工藝的(de)50%。其工藝是將化(huà)學除磷劑投加在曝氣池出水或二沉(chén)池進水(shuǐ)中,個別情況也有將藥劑投加在曝氣池進水或回流汙泥渠(管)中。目前已確定對於活性汙泥法工藝和生物轉(zhuǎn)盤工藝可采用同步化學除磷方(fāng)法,但對於生物濾池工藝(yì)能否將藥劑投加在二次沉澱池進水中尚值得探討。
5.3後(hòu)置除(chú)磷
後置除磷是將(jiāng)沉析、絮凝以及被絮凝(níng)物質的分離在一個與生物處理相分離(lí)的設施中進行,因此也叫(jiào)二段法工藝。一般將化學藥劑投加到二沉池後的一個混合池中,並在其後設置(zhì)絮凝池和沉澱池(或氣浮池)。
對於要求不嚴的受納水體,在後置除磷工藝中可采用石灰乳液藥劑,但必須對出水pH值加以控製,如可采用CO2進行中和。采用氣浮池(chí)可以比沉澱池更好地去(qù)除懸浮物和總磷,但因為需要恒定供(gòng)應空氣因而運行費用較高。
6.吸附法除磷技術
吸附法以其容量大、耗能少(shǎo)、汙染小、去除快和可循(xún)環等優點,在除(chú)磷方(fāng)麵得到了廣泛的應用。用單(dān)一材料(liào)直接吸附磷的研究已經成熟,現在的(de)主要研究方向已經轉(zhuǎn)為(wéi)對材料進行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,大多以改性的方式出現,通(tōng)過增強活性炭的化學(xué)吸附能力來提高除磷效果。
含鐵活性炭有很好的吸附磷效果(guǒ),Zhengfang Wang等(děng)〔2〕對比含鐵活性炭(tàn)(AC-Fe)和含(hán)鐵氧化活性炭(AC/O-Fe)後發現(xiàn),通過硝酸氧(yǎng)化的活(huó)性炭(AC/N-Fe)可搭載更多的Fe,從而在活性炭表麵形(xíng)成大量的(de)活性位(wèi)點,得到了比(bǐ)AC-Fe更高的磷吸附效果。其中AC/N-FeⅡ和(hé)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顆粒內擴散能力強,活化能更高,因此綜(zōng)合研究表明:AC/N-FeⅡ對磷吸附(fù)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吸附磷的主(zhǔ)要機理是配體(tǐ)交換、靜電作用和Lewis酸堿反應。pH增加會減弱(ruò)配(pèi)體交換和(hé)靜電作用的(de)能力,而增強Lewis酸堿(jiǎn)反應的能(néng)力,致使綜合(hé)吸附量減少〔5〕。Jianyong Liu等〔6〕研究ACF-LaFe吸(xī)附(fù)磷發現,ACF-LaFe帶有大量(liàng)淨正電荷(hé),使得其*大吸附容量高於ACF-LaOH,室溫下(xià)*大吸附容量可達29.44 mg/g,共存(cún)陰離子對(duì)吸附磷有不利影響,順序為:F->SO42->NO3- >Cl-。
6.2 生物質
生物(wù)質(zhì)主要指自然界中(zhōng)一切有生命的可以生長的有機物質。用(yòng)於吸附工程的有機物質(zhì)及其廢棄物就是生物質吸附劑。生物質吸附劑具備以下優點〔7〕:材料成本低、分布廣;孔隙率高(gāo),表麵積大(dà);表層含有較多羥基,改性簡單(dān),與磷酸根離子反應的活(huó)性較高;在水中不溶解,易分離。近年來研究的生(shēng)物質吸附劑有軟體動物殼(ké)、蛋殼、甘(gān)蔗渣(zhā)等。
Wanting Chen等〔8〕在研究用牡蠣殼吸附初始質量濃度為10 mg/L的磷時發現,反(fǎn)應溫度從20 ℃升到(dào)30 ℃和殼粒徑(jìng)從590 μm降到180 μm,都會增大牡蠣殼(ké)的吸附容量,牡蠣殼有豐富的吸附位點,並且比大多(duō)數吸附劑更環保。
T. Köse等〔9〕用焙燒廢(fèi)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(dōu)能大於(yú)99%,並(bìng)得到吸附劑的*佳投加質量濃度為2 g/L;其他陰離子的存在對CWE吸附(fù)磷(lín)的影響不(bú)大,吸附磷後的CWE由於(yú)含(hán)有大量鈣、鎂和(hé)磷,可(kě)用作肥料和土壤改良劑;附(fù)著氫氧化鐵的廢蛋殼吸附(fù)磷的速率很快。
W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗渣吸附磷的效果發現,附(fù)著Fe2+的甘蔗渣(0.06 mol/g)比不附著 Fe2+的甘蔗渣在吸附磷的效率方麵提高了45%,羧甲基改性的甘蔗渣附著Fe2+的濃度比未改性的甘蔗渣提高了80%,隻需要對原材料做稍微的化學改性(xìng),磷(lín)吸附(fù)性能(néng)就能(néng)得到大大的優化。
6.3 金(jīn)屬(氫)氧化物
金屬氧化物(wù)具有表麵積大、羥基團眾多和選擇(zé)吸附性高的優點。
氧化鐵吸附磷主要通(tōng)過球麵(miàn)的(de)靜電吸附和球(qiú)內絡合(hé)的化(huà)學吸附〔11〕。磁性氧化鐵納米粒子在磷的初始質量濃度為2~20 mg/L、吸附劑投加質量濃度為0.6 g/L、反應時間為24 h時(shí),得到磷*大吸附容量為5.03 mg/g,在pH=11.1時,吸(xī)附容量則急劇下降到0.33 mg/g〔12〕。
L. Rodrigues等〔13〕研(yán)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時能解(jiě)吸約74%的磷。氧(yǎng)化鋯(gào)納米粒(lì)子吸附磷的速率很快,在pH=6.2時可達*大吸附(fù)容量為99.01 mg/g,是吸附容量*高(gāo)的吸附劑(jì)之一,高濃度的共存陰離子對磷的(de)吸附影響很小,吸附的*適pH 為2~6,吸附容量(liàng)在pH超過7時急劇下降〔14〕。
水滑石(shí)
黃中子等〔15〕在研究MgAl-CO3水滑石吸附磷時(shí)發現,當磷的初始質量濃度在25~100 mg/L時,30 min內即可達到(dào)吸附平衡,磷的去除率超過99%。MgAlZr-CO3水滑石對磷的選擇吸附性很高,吸附溶液中離子的排(pái)序為HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,這是由於磷酸根離子直接(jiē)與層間Zr(Ⅳ)離子發生了絡合(hé)反應〔16〕。孫德智等〔17〕研究ZnAl-2-300水滑石吸附磷的(de)效(xiào)果發(fā)現,汙泥脫水液的溫度從25 ℃升到30 ℃時,水滑石的磷吸附容量明顯增加,水溫(wēn)繼續升至(zhì)50 ℃時,水滑石吸附容(róng)量又降至25 ℃時的水(shuǐ)平。焙燒(shāo)ZnAl水滑(huá)石(shí)會增大(dà)表(biǎo)麵積和增加孔隙率,焙燒溫度為300 ℃時除磷效果*佳,600 ℃時(shí)變成尖晶石(shí)從而(ér)減(jiǎn)小了表麵積〔18〕。
膠體(tǐ)水滑(huá)石納(nà)米片在pH為4.5~11內的(de)除磷效果較好,吸附磷(lín)後的吸附劑可用作(zuò)普通海藻石蓴的生長肥料〔19〕。
6.4矽基(jī)介孔分子篩
Dandan Li等〔20〕研究粉煤灰一鍋法製備(bèi)MCM-41吸附磷發現,在pH=10時MCM-41-CFA-10有(yǒu)*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25 ℃時(shí)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和矽藻土的62.7 mg/g都要大。Jianda Zhang等〔21〕在研究載鑭二氨基改性的(de)MCM-41吸附磷時發現(xiàn),該吸附(fù)劑的吸附速率和吸附容量都很(hěn)高,*大吸(xī)附容量為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為(wéi)吸附反應(yīng)*適的pH,溶液中Cl-和NO3-的存在對除磷影響(xiǎng)很小,而F-和SO42-的存在(zài)則影響明顯。
J. Choi等〔22〕對(duì)比純的、氨基官能化(huà)的和共縮合的SBA-15發(fā)現,它們的*大吸附容量分別為(wéi)2.018、59.890、69.970 mg/g,內(nèi)孔表(biǎo)麵附著的氨基帶來的強化學親和力是(shì)較純SBA-15吸附容量更(gèng)高的原因。
6.5 黏土礦物
黏土礦(kuàng)物(wù)是組成黏土岩和土壤的主要(yào)礦物。它們是一些含鋁、鎂等為主(zhǔ)的含水矽酸(suān)鹽礦物,是各類土壤和(hé)沉積(jī)物的主要成分,其結構特征(zhēng)是(shì)一種含水的層狀結構。常用於吸附工程中的黏土礦物(wù)有高嶺石、膨潤土、蛭石、凹凸棒土和鹿沼土等(děng)。
翟由濤等〔23〕研(yán)究經鹽酸和煆燒改性的高嶺(lǐng)土對磷的吸附效果發現,鹽酸改性的高嶺土表麵積會增大,從而大量的Al、Si等活性點位暴露,吸附磷能力變強,質量分(fèn)數為9%的酸改性的(de)高嶺土在磷的初始質量濃(nóng)度為(wéi)20 mg/L的25 mL溶液中時吸附磷效果*佳,去除率為81.8%,500 ℃煆燒改(gǎi)性的高嶺土中Al元素表現出*佳的活化狀態,對溶液中磷的去除率(lǜ)可達99.5%。S. Gupta等〔24〕對比未(wèi)改性、煆燒改性和酸改性的高嶺石發現,酸改(gǎi)性的高嶺石是這(zhè)其中吸附磷容量*大的,投加少量的高嶺(lǐng)土(tǔ)能大量減少溶液中(zhōng)的磷酸鹽。
K. Reitzel等〔25〕用鑭改性的膨潤土吸(xī)附淡水和鹹水中(zhōng)的磷發現,pH超過8.1時(shí),該膨(péng)潤土和磷的結合(hé)能力受到較大影響,由於硬水中CO32-溶度較高,這種影響在硬水中表現得更為明(míng)顯。王峰等〔26〕用鹽酸和煆燒法改性膨潤土吸附磷的研究發(fā)現,改性膨潤土的除磷效果(guǒ)隨酸濃度的(de)增加(jiā)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時對磷的去除率可達92.77%,0.47 mg/L的剩餘磷質量濃度(dù)已達到廢水綜合排(pái)放的一級A標準。
Weiya Huang等〔27〕研究(jiū)用La(OH)3改性的剝離蛭石吸附磷時發現(xiàn),蛭石在25 ℃時有*大吸(xī)附容(róng)量,為79.6 mg/g,用該改性蛭石對2 mg/L低濃度磷(lín)酸鹽的二級出水進行處理,10 min即可達到97.9%的除磷率,使磷的質量濃度降到了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(bú)計,但0.1 mol/L的CO32-存在(zài)會使磷的去(qù)除率下降到54.3%。J. Xie等〔28〕研究煆燒溫度對(duì)凹凸棒土吸附磷的影響(xiǎng)時發現,在200~900 ℃的煆燒溫度中,700 ℃煆(duàn)燒的凹凸棒土有*大吸附(fù)容量,為5.2 mg/g。Shengjiong Yang等(děng)〔29〕研究鹿沼土對磷的吸附實驗發現,吸(xī)附過程中前110 min進行快(kuài)反應,110 min之後(hòu)到超過(guò)24 h為慢反應,*大吸附容(róng)量為2.13 mg/g,由於(yú)吸附的(de)*佳(jiā)pH=6,則鹿沼土對廢水中磷的吸附一般無需(xū)調節pH。
6.6 其他
除了上述幾類吸附劑外,鐵礦、石(shí)墨烯和凝膠(jiāo)等也可以作為除磷的吸附劑。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(dà)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。該吸附劑可直接(jiē)用於市政汙水(pH 6.5~7.3)的處(chù)理,溶液中Cl-、NO3-、SO42-的存在對除磷的影響(xiǎng)很小。邵鵬輝(huī)等〔31〕研究磷在(zài)磁鐵礦-針鐵礦混合相上的吸附時發現,在初(chū)始磷質量濃度為51.8 mg/L、pH=2和磁鐵礦-針鐵(tiě)礦混合相投加質量濃度為10 g/L時(shí),磁(cí)鐵礦-針鐵礦對溶液中磷的(de)去除率達到了94.16%。在初始磷質量濃度為100 mg/L和溫度為30 ℃時,石墨烯對磷(lín)的吸附容量(liàng)達到了89.37 mg/g〔32〕。T. Singh等〔33〕用(yòng)吸附了Cu的水凝膠無需任何處理直接用於吸附磷的研究發(fā)現(xiàn),在pH=6.1時該凝膠有*大磷吸附容量87.62 mg/g,共存陰離子對除磷影響(xiǎng)的順序為C5H7O5COO->SO42->HCO3->Cl->NO3-,前(qián)兩者影響較大,後兩者影響較小(xiǎo)。
總之,相(xiàng)比其他除磷技術,吸附法除磷具有容量大、耗能少、汙染小、去除快和可循環等優勢,但其(qí)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(zhe);生物質的吸附容量較小;pH的變化對金屬氧化(huà)物吸附容量影(yǐng)響很大;幾種特定的陰離子(zǐ)對矽基介孔分子篩(shāi)影響(xiǎng)較大(dà);黏土礦物普遍存在吸附容量小的缺(quē)陷。因此,在以後的吸(xī)附法除磷研究中(zhōng),主要有幾個方麵值得深入探究:(1)要兼顧以上不(bú)足之處選擇合適(shì)的改性方法;(2)對改性的吸附原理研(yán)究,目前的研究多注重去(qù)除效果,缺乏係統全麵的描述(shù)除磷原理和過程(chéng)的理論及模(mó)型;(3)研究吸附劑的後續處理,不注重吸附磷後的後續處理,往往會帶來(lái)二次汙染,不利於環保,可以把廢料開發(fā)為植(zhí)物肥料或土壤改良劑等。隨(suí)著吸附劑改性的發(fā)展和理論的研究深入,吸附法在廢水(shuǐ)除磷和(hé)治理富營養化水體中必定會發揮重要(yào)作用。