【幹(gàn)貨】含(hán)磷廢水怎麽(me)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(de)環保督(dū)查不(bú)斷推進,各地不斷暴(bào)出汙水排放不達標的企業,其中磷排放(fàng)不達標也(yě)是(shì)其中(zhōng)一(yī)項(xiàng)重要(yào)的問題之一。為了(le)提高大家(jiā)對含磷廢水處理的不斷認(rèn)識,特推出了含磷廢水的(de)處(chù)理方法。
1.磷的(de)形態
按照磷在(zài)水中的(de)存在形態(tài),可分為次磷廢水、正(zhèng)磷廢水(shuǐ)、 有機磷廢水。
次磷廢(fèi)水主要產生於電(diàn)鍍行業。在化學鍍鎳過程中,需要還原劑提供電子(zǐ)給(gěi)鎳離子,以便鎳(niè)離子還原為(wéi)鎳金屬,在(zài)大多數的(de)化(huà)學(xué)鍍液中,多采用次磷酸鈉為還原劑,這就導致清洗廢水中(zhōng)含有磷,而且磷的狀態多為次亞磷。
99精品国产综合久久久久五月天平常說的廢水中的磷就是說的正磷酸鹽,正磷酸鹽是磷的*穩定價態,也是99精品国产综合久久久久五月天*常見的磷酸鹽,一般的廢水中(zhōng)的TP主要就是正磷酸鹽,磷酸鹽的來源主要是生活中必需品、人類排泄物、自然水體、化石能源等。
但隨著現代工業的發展,有機化合物的生產、合成日益增多。化工、造紙、橡膠、染(rǎn)料和紡織印染、農藥(yào)、焦化、石油化工、發酵、醫藥與醫療(liáo)及食品等行業排放的廢水(shuǐ)常含(hán)有有機(jī)磷化合物,造成了(le)環(huán)境汙染、地麵水體(tǐ)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(lái)源
2.1根據(jù)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(shēng)產過程以及人體的排泄等;
2.2根據磷的存在形態
可分為無機(jī)磷廢水(磷酸鹽、聚磷酸(suān)鹽)和有機(jī)磷廢水(含磷有機(jī)化合物混於(yú)水)。
含磷洗衣粉是含磷廢水的主要來源之一。20世紀60年代中期日本的“琵琶湖事件”引起人們對磷的(de)富(fù)營養化的關(guān)注,於是洗滌劑的無磷(lín)化問題便成為研究的熱點。人們通過重組產品配方和使用4A沸石替代(dài)磷酸鹽作為主要助(zhù)劑來合成無磷洗衣粉取代原來的含磷洗衣粉取得了不錯的效(xiào)果(guǒ);對於農業(yè)肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被(bèi)土壤吸附,還有一部分隨水(shuǐ)土流失,所以在使用肥料時應考(kǎo)慮到盡量減少土壤流失,可以通過綠化荒山荒漠、因地製宜科學種田、建立農田防護林以及在江(jiāng)河湖(hú)泊流域建立綠化(huà)帶等手段*大限度地降(jiàng)低水土流失,這也是降低廢(fèi)水含磷量(liàng)的一個重(chóng)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(liào)。
3.含磷廢水的處理方法
目前,國內外汙水除磷技術主要有生物法、化學法兩(liǎng)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(huà)學法主要有混凝沉澱法、結(jié)晶法(fǎ)、離子交(jiāo)換(huàn)吸附法、電(diàn)滲(shèn)析、反滲透等工藝,主要適合處(chù)理無機態含磷廢水(shuǐ),其中混凝沉(chén)澱與(yǔ)結晶綜合處理技術可以處理高濃度含磷廢水,除磷率較高,是(shì)一種(zhǒng)可靠(kào)的高含磷廢(fèi)水處理方法。
3.1生物法
20世紀70年代(dài)美國的Spector發(fā)現,微生物在好氧狀態下(xià)能攝取磷,而在有機物存在的厭氧(yǎng)狀態下放出磷。含磷廢水的生物處理方(fāng)法(fǎ)便是在此基(jī)礎(chǔ)上逐步形成和完善起來的(de)。目前,國外常(cháng)用的生物脫磷技術主要有3種:
*,向曝氣貯水池(chí)中添加(jiā)混(hún)凝劑脫磷;
第二,利用土壤(rǎng)處理,正磷酸根離子會與土壤中的Fe和Al的氧化物反應或(huò)與(yǔ)粘土(tǔ)中的OH-或SiO22-進(jìn)行(háng)置換,生(shēng)成難溶性磷酸化合(hé)物(wù);
第三種方法是活性汙泥法,這是目前國內外(wài)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(xiào)果,沒有化學沉澱法汙泥難處理的缺點,且不需投加沉澱劑。對於(yú)二級(jí)活性汙(wū)泥(ní)法工藝,不需增(zēng)加大量設備,隻(zhī)需改變(biàn)運轉流程即可(kě)達到生(shēng)物除磷的(de)效果。但要求管理較(jiào)嚴(yán)格,為了形成(chéng)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水廠A/O改造實踐表明,係統在下列參數下可取得較好的淨(jìng)化效果:BOD5負荷(hé)為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負(fù)荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭氧段(duàn)容積∶好氧(yǎng)段容積=1∶2,厭(yàn)氧段DO<0.6mg/L,好氧段DO為3~3.5mg/L,水溫(wēn)12℃。出水含磷量穩定在10mg/L以下。厭氧好(hǎo)氧活性汙泥除磷工藝在不增加標準活性汙泥法基建投資和(hé)維護費用條件下,可以較(jiào)徹底地除(chú)磷,且運(yùn)行穩(wěn)定(dìng)。這一工藝不但繼承了傳統的標準活性汙泥(ní)法的優點,又增加了生物除磷(lín)功能。
黃理(lǐ)輝等主持的倒置A2/O工藝克服了A2/O工(gōng)藝(yì)比較複雜以及(jí)在吸磷動力利用方麵存在明顯不足的缺(quē)點,將厭氧、缺氧環境倒置,隻利用一套汙泥回流係統來取代原來的幾套(tào)回流係統。
試驗結果表明,對於工業廢水占2/3的城(chéng)市汙水而言,倒置A2/O工藝在生產(chǎn)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(dī)、運(yùn)行穩定、抗衝擊力強的特點,適於老廠的改造。
3.2 化學沉(chén)澱(diàn)法
通過投加(jiā)化學沉澱劑與廢水中的磷酸(suān)鹽生成難溶沉澱物,可把磷(lín)分離出去,同時形成(chéng)的絮凝體對磷也有吸附去除作用。常用的混凝(níng)沉(chén)澱劑有石灰、明礬、氯化鐵,石灰與氯化鐵的混合物等。影(yǐng)響此類反應的主要(yào)因素是pH、濃度比(bǐ)、反應時間等。
為了降低廢水的處理成本,提高處理效果,學者們在研製開發新型廉價高效化學沉澱劑(jì)方麵做了大量工作。王光輝發現,原水含(hán)磷10mg/L時,投加300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可(kě)除(chú)磷70%左(zuǒ)右,而在初沉時(shí)加入過量石灰,一般總磷可去除(chú)80%左右。他根據化學凝聚能增加可沉澱物質的沉降速度,投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效果達80%~85%,很好地解(jiě)決了生(shēng)產用水的PO43-汙染問題。混凝沉澱法是一(yī)種傳統的除磷方法,具有簡便易行,處理效果好的優點。
但是長期的運行結果表明,化學沉澱劑的投加會引起廢水pH值上升(shēng),在池子(zǐ)及水管中形成堅硬的垢片,還會產生一定量的汙泥。另外,研(yán)究表明:除磷效率對應(yīng)沉澱劑(jì)劑(jì)量的曲線是指(zhǐ)數型的,當化(huà)學沉澱劑(jì)超出一定量,曲線即達到停滯期。所以,試圖用沉澱(diàn)法將廢水中磷的質量(liàng)濃度(dù)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(huà)除磷中的聚磷菌利(lì)用比(bǐ)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(liàng)地將汙水(shuǐ)中的磷吸入體內,使(shǐ)體內的含(hán)磷量超過一般細菌體內的含磷量的數倍,這類細菌(jun1)被(bèi)廣泛地用於生物除磷。
其(qí)原理為:在厭氧條件下,除磷菌能分解體內的聚磷酸(suān)鹽而產生ATP,並利用ATP將(jiāng)廢水中的有機物攝入細胞內,以聚b-羥基丁(dīng)酸等有機顆粒的形式貯存於細胞內,同時還將分解聚磷酸(suān)鹽(yán)所產生的磷酸排出體(tǐ)外。而好氧條件下,除磷菌利用廢(fèi)水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚b-羥基(jī)丁酸的氧化分(fèn)解所釋放的能量來攝取廢水中的磷,一部分磷被用(yòng)來(lái)合成ATP,另(lìng)外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸(suān)鹽而貯存在細胞體內。
3.4吸(xī)附法
20世紀80年代(dài),多孔隙物質作為吸附劑和離子交換劑就已應用在水的淨化和控製汙染方麵。黃巍等人以粉(fěn)煤灰作為吸附劑,對含磷50~120mg/L模(mó)擬廢水脫磷的規律(lǜ)特征進(jìn)行了研究。研究(jiū)表明粉煤灰(huī)中含有(yǒu)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(huī)對無(wú)機磷酸根不是單(dān)純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等可以和磷酸根生成不溶或直溶性沉澱現象(xiàng),因而在廢水(shuǐ)處理方麵具有廣闊的(de)應用前景。
試驗結(jié)果表(biǎo)明,粉煤灰是一種有效的(de)吸(xī)附劑,在含P質量濃(nóng)度為(wéi)50~120mg/L,粉煤灰用量每50mg為2~2.5g,粒徑範圍140~160目,pH中性的實驗條件下,磷的(de)去除率*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(yè)反應合成的,對水溶液中的磷酸鹽具有高效吸附作用。經正交試驗發現,鹽溶液中鐵、鈰離(lí)子的含量是影響(xiǎng)除磷效果的*重要因素,此外(wài)合成溫度、幹燥溫度也對吸(xī)附性能有一定影響。各種測試證明(míng),結晶破碎是複合除磷劑比(bǐ)表麵積增(zēng)大的主要原因,而比表麵積增大又是高效吸附除磷的(de)主要原因。預計以後會出(chū)現更多吸附除磷的吸附(fù)劑。
3.5其他的除磷方法
鄒偉國等(děng)研究的新型雙汙泥(ní)脫氮除磷工藝係(xì)統處理生(shēng)活汙水取得(dé)成功。傳統(tǒng)的脫氮(dàn)除磷工藝多采用單汙泥(ní)係統,因此存在著硝化和除(chú)磷泥齡之間的矛盾,將活性汙泥法與生物膜法相結合,可解決這個問題。
實驗結果表明,該(gāi)工藝對(duì)PO43-的去(qù)除率達到了90%,處理效果穩定,對水質的適應能力很強。
陳瀅等進行了低溶解氧SBR除磷工藝的研究。
該方法要注意的是汙泥(ní)負荷對COD去除率和除磷效果的影響較大,因此要選擇合適的汙泥負荷(hé)。汙泥負荷過高時(shí)會導致非絲菌汙泥膨脹。
方茜等利用SBR法(fǎ)處理低碳城市汙水取得進展,解決了處理碳、氮、磷比例失調(碳量偏低)城市汙水如何保證氮磷高效去除(chú)的難點。
結果(guǒ)表明,利用此(cǐ)法處理廣州地區低碳(tàn)城市汙(wū)水,出水有機物、氨(ān)氮及總磷均(jun1)達標,且磷的釋放量(liàng)越(yuè)大則(zé)出水(shuǐ)磷總濃度就越低。實踐證明,SBR法具有(yǒu)流程簡單,不需要汙泥回流(liú),脫氮除磷效果好的特點(diǎn)。
3.6 國內外常用的含有機磷化合物廢水處理的(de)方法
3.6.1氧化法
(1)臭氧氧化(huà)法
臭氧氧化法適於處理濃度(dù)較低、難被(bèi)生物降解或對生物有毒(dú)的農藥廢水,如馬(mǎ)拉硫磷、伏殺磷等。一般生成疑基化合(hé)物,*後生成CO2和H2O,無(wú)二次汙染,在分(fèn)解有機物的同時,還具有脫(tuō)色、脫臭和殺菌作用。臭氧氧化的缺(quē)點是臭氧發生器(qì)耗電量較高,故在電(diàn)量(liàng)供應充足的條件下才適合。
(2)濕式氧化法
是一種在空(kōng)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(gāi)方法(fǎ)適於處理濃度較(jiào)大、毒性高(gāo),生物(wù)難降(jiàng)解的物質,該法對COD去除效率較低。用濕式(shì)氧化法處(chù)理廢水,有機磷去(qù)除率達80%左右。反應以水解為主,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(lǜ)氧化法
含(hán)氯氧化劑有Cl2、ClO2、次氯酸鹽等。在pH<3時(shí),氧化對硫酸效果*好。氯氣氧化法處(chù)理馬拉硫(liú)磷廢水,用燒堿中和至pH為7,通C2至PH2~3,分去底層油狀物,再投燒堿(占廢(fèi)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(hòu)的廢水與含有馴化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(xià)降至13mg/L,有機磷中的磷(lín)可作為生物營養物質被回收利用。生化處理法應用廣泛,效果較好。
(2)藻類處(chù)理法
有機磷殺蟲(chóng)劑可(kě)用綠藻有效去除,但用藻(zǎo)類處理時,有(yǒu)時會形成(chéng)極毒且穩定的(de)中間產物,藻(zǎo)類處理對硫磷時,得到(dào)更毒的中間產物。處(chù)理某些有機磷廢水在20℃用(yòng)ChlorellValgaris處理2~30d,可有90%~98%的去除(chú)率。
(3)酶法
在(zài)酶法處理含酚、甲酚、二甲酚及磷酸三(sān)久酯廢水時,可用辣根過氧化酶處(chù)理,能取得較好的效果。
3.6.3吸(xī)附法
有機磷吸附效果更好,也可經堿解後再用活性炭,活性炭可用蒸汽再(zài)生,如對硫磷、EPN等。廢水中的磷酸三(sān)丁酯可用飛灰(huī)及粘土作吸附劑去除,但在酸性(xìng)介質中(zhōng)加硝(xiāo)酸可提高去(qù)除率。聚乙烯用醇或酮處理後可用來吸(xī)附(fù)水中微量的有機磷(lín)化合物。
3.6.4水(shuǐ)解法
(1)酸解(jiě)法(fǎ)
酸解能使(shǐ)有機磷分子的堿性基斷(duàn)裂,生成正(zhèng)磷酸。水解法的缺點是要求設備耐腐蝕(shí),在高溫高壓處(chù)理對磷酸廢水,pH3~4,壓力40~50atm,200~250℃,可使有(yǒu)機磷的(de)無機化率(lǜ)達到(dào)90%~100%。
(2)堿(jiǎn)解法
堿解常用堿解或石灰乳。在堿性條件下,有機磷(lín)分子中酸酐易斷裂,因此(cǐ)堿解有較好的去除效果(guǒ),但有有機磷產生,*終回收困難,殘渣難處理(lǐ) 。
4.化學除磷(lín)劑的作用機理(lǐ)及其優缺點
隨(suí)著環保要求越來越高,化學除磷應用越來(lái)越廣泛,目前化學除磷(lín)目前常用的(de)有鋁(lǚ)鹽、鐵鹽和鈣鹽三種類型的除磷劑。
4.1鋁鹽除磷劑
原理:鋁鹽除磷的(de)原理一般認為是當鋁(lǚ)鹽分散於水體(tǐ)時,一方麵 Al離子與 磷酸根反應,另一方(fāng)麵,Al離子 *先水解生成單(dān)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,進而形成一係列多核絡合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),這些鋁的多核絡合物往(wǎng)往具有(yǒu)較高的正電荷和比表麵積,能迅速吸附水體中(zhōng)帶負(fù)電荷的雜質(zhì),中和膠體電(diàn)荷(hé),壓縮雙電層及降(jiàng)低膠體(tǐ) ξ 電位,促進了膠體(tǐ)和懸浮物等快速脫穩、凝聚和(hé)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鋁,盡管投(tóu)加大量(liàng)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(jiā)藥量分別為1.35mg/L和6mg/L,從經濟性方麵看,聚合氯化鋁(PAC)相對更經濟一些。
4.2鐵鹽除磷劑
原理:溶於水中(zhōng)後(hòu),Fe3+一方(fāng)麵與磷酸根生成難溶鹽,一方麵通過溶(róng)解和吸水可發生強烈水解(jiě),並在水解的同時發生各種(zhǒng)聚合反應,生成具有較長線性結構的(de)多核羥基絡合物,如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等(děng)。這些含鐵的羥基絡合(hé)物能(néng)有(yǒu)效降低或消除水體中膠(jiāo)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,再通過沉澱分離將磷去除。
藥劑:目前常用鐵鹽有(yǒu)低分子無機鐵鹽(硫酸亞鐵,氯化鐵等)和高分子無機鐵鹽(聚合硫酸鐵、聚合硫酸氯鐵)。
在絮凝(níng)劑投加(jiā)量為1500 mg/L的情況下,氯(lǜ)化鐵和聚(jù)合硫酸鐵對總磷的去除率分別為92.12%和(hé)78.65%,氯化鐵的作用效果*佳,聚合硫酸(suān)鐵次之。
當(dāng)總磷(lín)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(méi)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(tóu)加後出現的很明(míng)顯(xiǎn)的固液分離界麵,隻是生成很細小的固體狀顆粒(lì)。原因是二價鐵(tiě)離子與磷酸根反應較差,氧化為三價鐵(tiě)離(lí)子後,可望取得更好的除磷效果。
雖然從投藥量上(shàng)看FeCl3・6H2O明顯多(duō)於FeSO4・7H2O,但前者析出物沉降性能更好,所以綜合來說氯化鐵比硫酸亞鐵(tiě)除(chú)磷效率更高!
4.3鈣鹽除磷劑
原理:汙(wū)水中的磷與石灰中的鈣產生(shēng)反應(yīng)。形成[Ca5(OH)(PO4)3](羥磷灰石),其反(fǎn)應式如下:5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十3H2O在堿性條件下羥磷灰石(shí)沉澱,從而去除了磷酸根。
藥劑:鈣鹽除磷一般常用的有(yǒu)石灰和氯化鈣。
通過試驗發現加入無水氯化鈣之後(hòu),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(tú)8可以看出,要使出水中總磷濃度降到(dào)0.5mg/L以下,需加(jiā)入80mg/LCa2+。從去除效果看(kàn),Ca(OH)2的去除效果明(míng)顯好於CaCl2的去除效果,但(dàn)是用Ca(OH)2除磷,加藥量很大。
總之,鋁鹽和鐵鹽的除磷(lín)效果明顯,絮凝物沉降性能好,但是鋁鹽因為需要過量投(tóu)加除磷,會導致水中鋁離子過高,而鋁離子對人體毒性(xìng)比較大,*常(cháng)聽(tīng)說的是會殺死神經元,使人的記憶力減退或喪失,引發早老性癡呆症等疾(jí)病。而鐵離(lí)子(zǐ)的過量會導致出水(shuǐ)顏色變深,鐵離子(zǐ)對(duì)設備也會加速腐蝕!鈣鹽生成的(de)Ca5(OH)(PO4)3沉澱性比較差,反(fǎn)應要求在堿性(xìng)條件下進行,pH值偏高,且出水硬度(dù)大,但是石灰成本很(hěn)低。
如果從成本、效(xiào)果和操(cāo)作複雜性綜合考慮,鐵鹽(yán)較鋁鹽,鈣(gài)鹽除磷(lín)效果更好,鐵鹽是*佳的除磷藥劑。
5.化學(xué)除磷藥(yào)劑投加的(de)方(fāng)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:前置除磷(lín)、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加在沉砂池中、初沉池的進水渠(管(guǎn))中、或者文丘裏渠(利用渦流)中(zhōng)。其一般需要設(shè)置產生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需(xū)要。 相應產生的沉析產物(大塊(kuài)狀(zhuàng)的絮凝體)在初沉池中通過沉澱(diàn)被分離。如(rú)果生物段采用的是(shì)生物濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以(yǐ)防止對填料產生危害(產生黃鏽(xiù))。
前置除磷工(gōng)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(bù)驟不僅可以除磷,而且可以減少生物 處(chù)理設施的負荷。常用的化學藥劑主要是石灰和金屬鹽藥劑。前置除磷(lín)後控(kòng)製剩餘磷酸鹽(yán)的含量為1.5-2.5mg/L,完(wán)全能滿(mǎn)足後續生物處理對磷的需要。
5.2同步除磷(lín)
同步除磷是目前使用*廣泛的化學除磷工(gōng)藝,在國外約占所有化(huà)學除(chú)磷(lín)工藝的50%。其工藝是將(jiāng)化學除磷(lín)劑投加在曝氣池(chí)出水或二沉池進水中,個別情況也有將藥劑投加(jiā)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(yòng)同步化學除磷方法,但對於生物濾池工藝能否將藥劑投加在二(èr)次沉澱池進水中尚值得探討。
5.3後置除(chú)磷
後置除(chú)磷(lín)是將沉析、絮凝以及被絮凝物質的分離在一(yī)個與生物處理相分離的設施中進行,因此也叫二段法工(gōng)藝。一般將化學藥劑投加到二沉池後的一(yī)個混(hún)合池中(zhōng),並在其(qí)後設置絮凝池和沉澱池(或氣浮池)。
對於要求不(bú)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進行中和。采用氣(qì)浮池可以比(bǐ)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(yīn)而(ér)運行費(fèi)用較高。
6.吸附法除磷技術
吸附(fù)法以其容量(liàng)大、耗能少、汙染(rǎn)小、去除快(kuài)和可循(xún)環等優點,在除磷(lín)方麵得到了廣泛的(de)應用。用單一材料直接吸附磷的研究已經成熟,現在的主要研究方(fāng)向已經轉為對(duì)材料進行(háng)改(gǎi)性後用於磷的吸附研究,改性材料的吸附研究(jiū)方興未艾。
6.1 活性炭
近(jìn)年來對活性炭用於吸附的研究,大多以改性的方式出(chū)現,通過增強活性炭的化學(xué)吸附能力來(lái)提高(gāo)除(chú)磷效果(guǒ)。
含鐵活性炭有很好的吸附磷效果,Zhengfang Wang等〔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(tōng)過硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭載更多的Fe,從而在(zài)活性炭表麵形成大量的活性位點,得到了比AC-Fe更高(gāo)的磷吸(xī)附效果。其中AC/N-FeⅡ和(hé)AC/N-FeⅢ的(de)吸附過(guò)程主要以表麵吸附和顆粒內擴散為主,且AC/N-FeⅡ較(jiào)AC/N-FeⅢ顆粒(lì)內(nèi)擴(kuò)散能力強,活化(huà)能更高,因此綜合研究表明:AC/N-FeⅡ對磷吸附效果優於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吸附磷的主要機理是配體交換、靜電作用和(hé)Lewis酸堿反應。pH增加會減弱配體交換和靜(jìng)電(diàn)作用的能力,而增強Lewis酸堿反應的能力,致使(shǐ)綜合吸附量(liàng)減少〔5〕。Jianyong Liu等〔6〕研(yán)究ACF-LaFe吸附磷發現,ACF-LaFe帶有大量淨正電荷,使得其*大吸附容量高於ACF-LaOH,室溫下(xià)*大(dà)吸附容量可達29.44 mg/g,共存(cún)陰離子對吸附磷有不利影響,順序為:F->SO42->NO3- >Cl-。
6.2 生物質
生物質主要指自然界中一切有生命的可以生長的有機物質。用於吸(xī)附工程的有機物質及其廢棄物就是生物質吸附劑(jì)。生物(wù)質吸(xī)附劑具備以下優點〔7〕:材料成本低、分布廣;孔隙率高,表麵積大;表層含有較多羥基,改性簡單,與磷酸根離子反(fǎn)應的活性較高;在水中不溶解,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〕在研究用牡蠣殼吸附初始質量濃度為10 mg/L的磷時發現,反應溫度從20 ℃升到30 ℃和(hé)殼粒徑(jìng)從590 μm降到180 μm,都會增(zēng)大牡蠣殼(ké)的吸附容量(liàng),牡蠣殼有豐富(fù)的吸附位點,並且比大(dà)多數吸附劑更環保。
T. Köse等〔9〕用焙燒廢蛋殼(CWE)吸附(fù)磷時發現,CWE對磷的吸附去除率在pH 為(wéi)2~10時都(dōu)能大(dà)於99%,並得到吸附劑的*佳投加質(zhì)量濃(nóng)度為2 g/L;其(qí)他陰離子的存在對CWE吸附磷(lín)的影響不大(dà),吸附磷後的CWE由於含有大量鈣、鎂和磷,可(kě)用作肥(féi)料(liào)和土壤改良劑;附著氫氧化鐵的廢蛋殼(ké)吸附磷的速率很快(kuài)。
W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗渣(zhā)吸附(fù)磷的效果發現,附著Fe2+的甘蔗渣(0.06 mol/g)比不附著 Fe2+的甘蔗渣(zhā)在吸附磷的效率方麵提高了45%,羧(suō)甲基(jī)改(gǎi)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,磷吸附性能就(jiù)能得到大大的優化。
6.3 金屬(氫)氧化物
金屬氧化物(wù)具有表麵積大、羥基團眾多和選擇吸附性高的優點(diǎn)。
氧化鐵吸附磷主要通過球麵的靜電(diàn)吸(xī)附和球內絡合的化學吸附〔11〕。磁性氧化鐵納米(mǐ)粒子在磷的初始質量濃度為2~20 mg/L、吸附(fù)劑(jì)投加質量濃度為0.6 g/L、反應時間為24 h時,得到磷*大吸附容量(liàng)為5.03 mg/g,在pH=11.1時,吸附容量則急劇下(xià)降到0.33 mg/g〔12〕。
L. Rodrigues等(děng)〔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(xī)附平衡,在pH=12時能解(jiě)吸約(yuē)74%的磷。氧化鋯納米(mǐ)粒子吸附磷的速率很(hěn)快,在pH=6.2時可達*大吸附容量(liàng)為99.01 mg/g,是吸附容量*高的(de)吸(xī)附劑之(zhī)一,高濃度的共存陰離子(zǐ)對磷的吸(xī)附影響很小,吸(xī)附的*適pH 為2~6,吸附容量在(zài)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(shí)吸附磷時發現,當磷的初始質(zhì)量(liàng)濃度在25~100 mg/L時,30 min內即可達(dá)到吸附平衡,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(zǐ)的排序為HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,這是由於磷酸(suān)根(gēn)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水滑石吸附磷的效(xiào)果(guǒ)發現,汙(wū)泥脫水液的溫度從25 ℃升到30 ℃時,水滑石的磷吸附容量明顯增加,水溫繼續升至50 ℃時,水滑石吸附容量又降至(zhì)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(dù)為(wéi)300 ℃時除磷效果*佳,600 ℃時變成尖(jiān)晶(jīng)石從而減小(xiǎo)了表麵積〔18〕。
膠體水滑石納米片在pH為4.5~11內的除磷效果較好,吸(xī)附磷後的吸附劑可用(yòng)作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(yī)鍋法製(zhì)備MCM-41吸附磷發現,在pH=10時MCM-41-CFA-10有*大的空隙體積(jī)0.98 cm3/g、*高的比表麵積1 020 m2/g和*低的(de)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(yán)究載鑭(lán)二氨基(jī)改性的MCM-41吸附磷時發現,該吸附劑的(de)吸附速率和吸附容量都很高,*大吸附容量為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為吸附(fù)反應*適的pH,溶液中(zhōng)Cl-和NO3-的存(cún)在對(duì)除磷影響很小,而F-和SO42-的(de)存在則影響明顯。
J. Choi等〔22〕對比純的、氨基官(guān)能化的和共縮合的SBA-15發現,它們的*大吸附容(róng)量分別為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(gèng)高的原因。
6.5 黏土礦物
黏土礦物是組成(chéng)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(hán)水矽酸鹽礦(kuàng)物,是(shì)各類土壤和沉積物的主要(yào)成分,其結構特征是一種含(hán)水的層狀結構。常用(yòng)於吸附工程中的黏(nián)土礦物有高嶺(lǐng)石、膨潤土、蛭(zhì)石、凹凸(tū)棒土和鹿沼土等(děng)。
翟由濤等〔23〕研究經鹽(yán)酸和煆燒改性的高嶺土對(duì)磷的吸(xī)附效果發(fā)現,鹽酸改性的高嶺土表麵積(jī)會增大,從而大量的Al、Si等活性點位暴露,吸附磷(lín)能力變強,質量分(fèn)數為9%的酸改性的高嶺土在磷(lín)的初始質量濃度為20 mg/L的25 mL溶液中時吸附磷效果*佳,去除率為81.8%,500 ℃煆燒改性的高(gāo)嶺土中Al元素表現出*佳的活化狀態,對溶液中磷的去除(chú)率可達99.5%。S. Gupta等〔24〕對比(bǐ)未改性、煆燒改性(xìng)和酸改性的高嶺石發現,酸(suān)改性的高嶺石是這其中吸(xī)附磷容量*大(dà)的,投加少量的高嶺土(tǔ)能大量減(jiǎn)少溶液中(zhōng)的磷酸鹽。
K. Reitzel等(děng)〔25〕用(yòng)鑭(lán)改性的膨潤土吸附淡水和鹹水中的磷發現,pH超過8.1時,該膨潤土(tǔ)和磷的結合能力受到較大影響,由於硬水中CO32-溶(róng)度較高,這種影響在硬水中表(biǎo)現得更(gèng)為明(míng)顯。王峰等〔26〕用鹽(yán)酸和煆燒法改性膨潤土吸附磷的(de)研究發現,改性膨潤土的除磷效果隨酸濃度的增加而增加,500 ℃煆(duàn)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)的去除率可達92.77%,0.47 mg/L的(de)剩餘(yú)磷質量濃度已達到廢水(shuǐ)綜合排放的一級(jí)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(zài)25 ℃時有*大(dà)吸附容量,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(dá)到97.9%的除磷率,使磷的質量濃度降到了50 μg/L以下,溶液(yè)中F-、Cl-、NO3-、SO42-的存在對除磷影響可以忽略不計,但(dàn)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(jiū)煆燒溫度對凹凸棒土吸附磷的影響時(shí)發現,在200~900 ℃的煆燒溫度中,700 ℃煆燒的凹凸棒(bàng)土有*大吸附容量,為5.2 mg/g。Shengjiong Yang等〔29〕研(yán)究鹿沼(zhǎo)土對磷的(de)吸附實驗發現,吸附過程中前110 min進行(háng)快(kuài)反應,110 min之後到超過24 h為慢反應,*大吸附容量為2.13 mg/g,由於吸附的(de)*佳(jiā)pH=6,則鹿(lù)沼(zhǎo)土對廢水中磷的吸附一般無需調節(jiē)pH。
6.6 其(qí)他
除了上述幾類吸(xī)附劑外,鐵礦(kuàng)、石墨烯和凝膠等(děng)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(xī)附實驗發現,在pH=4時得到*大吸附容量,為104.8 mg/g;而在(zài)pH=7時的(de)吸附容量也(yě)有77.8 mg/g。該吸附劑(jì)可直接用於市政汙水(pH 6.5~7.3)的處理,溶液(yè)中Cl-、NO3-、SO42-的存在(zài)對除磷的影響很(hěn)小。邵鵬輝等〔31〕研究磷在磁(cí)鐵(tiě)礦-針鐵礦混合相上(shàng)的吸附時發現,在(zài)初始磷質量濃度為51.8 mg/L、pH=2和磁鐵礦-針(zhēn)鐵礦混合相投加質量濃度為10 g/L時,磁鐵礦(kuàng)-針鐵礦對溶液中磷的去(qù)除率達到了94.16%。在初始(shǐ)磷質量濃(nóng)度為100 mg/L和溫度為30 ℃時,石(shí)墨烯對磷的吸附容量(liàng)達到了89.37 mg/g〔32〕。T. Singh等〔33〕用吸附了Cu的水凝膠無(wú)需任何處理直(zhí)接用於吸附磷的研究發現,在pH=6.1時該凝(níng)膠有*大磷吸附容(róng)量87.62 mg/g,共存陰離子對除磷影響的順序(xù)為C5H7O5COO->SO42->HCO3->Cl->NO3-,前兩者影響較大,後兩者影響較小。
總之,相比其他除磷技術,吸附法除(chú)磷具有容量大、耗能少、汙染小、去除快和可循(xún)環等優勢,但其(qí)自身也存在許(xǔ)多不足之處:共存離子對改性(xìng)活性炭除磷影響顯著;生物質的吸附容量(liàng)較小;pH的變化對金(jīn)屬氧化物吸附容量影響很(hěn)大;幾種特定的陰離子對矽基(jī)介孔分子篩影響較大;黏(nián)土礦物普遍存在吸附容(róng)量小(xiǎo)的缺陷。因此,在以後的吸附法除磷研究中,主要有幾個方麵值得深入(rù)探(tàn)究:(1)要兼顧以上不足之處選(xuǎn)擇合適的改性方法;(2)對改性的吸附原理研究(jiū),目(mù)前(qián)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(guò)程的理論及模型;(3)研究吸附(fù)劑的後續處理,不(bú)注重吸附磷後(hòu)的後續處理,往往會帶來二次汙染,不利於環保,可以(yǐ)把廢料開發為植物肥料或土(tǔ)壤改良劑等。隨著吸附(fù)劑改性的發(fā)展和(hé)理(lǐ)論的研究深入,吸附法在廢水(shuǐ)除(chú)磷和(hé)治理富(fù)營養化水體中必定會發揮重要作用。