【幹(gàn)貨】含(hán)磷廢(fèi)水怎麽處理,你知道嗎?
來源:久久国产av(shèng)環保 發布時間:2020-12-03
隨著*嚴厲的環保督查不斷推進(jìn),各地(dì)不斷暴出汙水排放不達標的企業,其中磷排放不達標也是其中一項重要的問題之一。為了提高大家(jiā)對(duì)含磷廢水處理的不斷認識,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(cún)在形(xíng)態,可(kě)分為次磷廢水(shuǐ)、正磷廢水、 有機磷廢水。
次磷廢水主要產生於電鍍行(háng)業。在化學鍍鎳過程中,需要還原劑提供電子給鎳離子,以便鎳離子還原為鎳金屬,在(zài)大多數的化學鍍液中,多采用次磷酸鈉為還原劑(jì),這(zhè)就導致(zhì)清(qīng)洗廢水中含有磷,而且磷的狀態多為次亞(yà)磷。
我們平常說的廢水中的磷就是說的(de)正磷(lín)酸鹽,正磷(lín)酸鹽是磷的*穩定價態,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(jī)化合物的生產、合成日益增多(duō)。化工(gōng)、造紙、橡膠、染料和紡織(zhī)印染、農藥、焦化、石油化工、發酵、醫藥與醫療及食品等行業排(pái)放的廢水(shuǐ)常含有有機磷化(huà)合物,造成了環境汙染、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(guān)注。
2.含磷廢水的主要來源
2.1根據(jù)來源分(fèn)類
主要來自於各種洗滌劑、工業原料、農業肥料的生產(chǎn)過程以及(jí)人(rén)體的(de)排泄(xiè)等;
2.2根據磷的(de)存在形態
可(kě)分為無機(jī)磷(lín)廢水(磷酸(suān)鹽、聚磷酸(suān)鹽)和(hé)有機磷廢水(含磷有機化合物混於水)。
含磷洗衣粉是含磷廢水(shuǐ)的主要來源之一。20世(shì)紀60年代(dài)中期日本的“琵琶(pá)湖事件”引起人們對(duì)磷的富營養化(huà)的關注,於是(shì)洗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(shǐ)用4A沸石(shí)替代磷酸鹽作為主要助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;對於農業肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被土壤(rǎng)吸附,還有(yǒu)一部分隨水土流(liú)失,所以在(zài)使用肥(féi)料(liào)時應考(kǎo)慮到盡量減少土壤流失(shī),可以通過綠化荒山荒漠、因地製宜科學(xué)種田(tián)、建(jiàn)立農田防護林以及(jí)在江河湖泊流域建立綠化帶等(děng)手段*大限度地降低水土流失,這也(yě)是降低廢水含磷量的一個重要方麵(miàn);對於人體的排泄,可以對其進(jìn)行特殊(shū)處理後用於農業(yè)肥料。
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(fǎ)兩大類。生(shēng)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(lín)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、反滲透等工藝,主要適合處理無機態含磷廢水,其中混凝(níng)沉澱與結晶綜合處理技術可以處理高濃度含(hán)磷廢(fèi)水(shuǐ),除磷(lín)率較高,是一種可(kě)靠的高含磷廢水處理方法。
3.1生(shēng)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(shè)取磷,而在有機物存在(zài)的厭氧狀態下放出磷。含磷廢水的生物處理方法便是在此基礎上逐步形成和完善起來的。目前,國外常用的生物脫磷(lín)技術主要有3種:
*,向曝氣貯(zhù)水池中添加混凝劑脫磷;
第二,利用土壤處理,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-進行置換,生成難溶性磷酸化合物(wù);
第三種方法是活性(xìng)汙泥法,這是目(mù)前國內外應用*為廣泛的一類生物脫磷技術。
生物除磷法具有良好的處理效果,沒有化學沉澱法汙泥難處理的缺點,且不需投(tóu)加沉澱劑。對於二級活性汙泥法工藝,不需增加(jiā)大量設(shè)備,隻需改變運轉流程(chéng)即可(kě)達到生物除磷的效果(guǒ)。但要求管理較嚴格(gé),為了形成VFA,要保證厭氧階段的厭氧條件。
叢(cóng)廣(guǎng)治等(děng)主持的大連開發區汙水廠A/O改造實踐表明,係統在下列參數下可取(qǔ)得較好的淨化效果:BOD5負荷為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負(fù)荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭(yàn)氧段容積∶好(hǎo)氧段容積=1∶2,厭氧段DO<0.6mg/L,好(hǎo)氧段DO為3~3.5mg/L,水(shuǐ)溫12℃。出水含磷(lín)量穩定在10mg/L以下。厭(yàn)氧(yǎng)好氧活性汙泥(ní)除磷工藝在不增加標準活性汙泥法基建投資(zī)和維護費用條件(jiàn)下,可以較徹底地除磷,且運行穩(wěn)定。這一(yī)工藝不但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(gōng)能。
黃理輝等主持的倒(dǎo)置A2/O工(gōng)藝克服了A2/O工藝比較複雜以及在吸磷動力(lì)利用(yòng)方麵存在明顯不足的缺點(diǎn),將厭氧、缺氧環境(jìng)倒置,隻利用一套汙(wū)泥回流係統來取代(dài)原來的幾套回(huí)流係統。
試驗結果表明,對於工業廢水占2/3的城市(shì)汙水而言,倒置A2/O工藝在生(shēng)產運行中具有較高的去除有機物和脫氮除磷能力。整個工藝具有流程簡潔、能耗低、運行穩定、抗衝擊力強(qiáng)的特點,適於老廠的改造。
3.2 化學(xué)沉澱法
通(tōng)過投加(jiā)化學(xué)沉澱劑與廢水中的磷酸鹽生成(chéng)難溶沉澱物,可把磷分離出去,同時形(xíng)成的絮凝體對(duì)磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉澱(diàn)劑有石灰、明礬、氯化鐵,石灰與氯化鐵的混合物等。影響此類反(fǎn)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(lǐ)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方麵做了大量工作。王光(guāng)輝發現,原水含磷10mg/L時,投(tóu)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石灰,一(yī)般總磷可去除80%左(zuǒ)右。他根據化(huà)學凝聚能增加可沉(chén)澱物質的(de)沉降速度,投加新型淨水劑堿式氯化(huà)鋁(lǚ),沉降效果達80%~85%,很好地解決了生(shēng)產用水的PO43-汙染問題(tí)。混凝沉澱法是一種傳統的除磷方法,具(jù)有簡便(biàn)易行,處理(lǐ)效果(guǒ)好的優點。
但是長期的(de)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(zhōng)形成(chéng)堅硬的垢片,還會產(chǎn)生一定(dìng)量的汙泥。另外,研究表明:除磷效率對應沉澱劑劑量的(de)曲線是指數型的(de),當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度降到0.1mg/L以下,是不太經濟的。
3.3生物強化除磷
生物強化除磷(lín)中(zhōng)的聚磷菌利用比較普遍(biàn),目(mù)前也是生物除磷的(de)主要研究方(fāng)向。
聚磷菌也叫做攝磷菌、除磷菌,是傳統活(huó)性汙泥工藝中一類特殊的細菌(jun1),在好氧狀態下能超量地將汙水中(zhōng)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的數倍,這(zhè)類細菌被廣泛地(dì)用於生物除磷。
其原理(lǐ)為:在厭氧條件下,除磷菌能分解體內的聚磷酸鹽(yán)而產生ATP,並利用ATP將廢水中的有機物(wù)攝入(rù)細(xì)胞內,以聚b-羥基丁酸等有機(jī)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。而好氧條件下,除磷菌利用廢水中的BOD5或體(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水中的(de)磷,一部分(fèn)磷被用來合(hé)成ATP,另外(wài)絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在(zài)細胞體內。
3.4吸附法
20世紀80年代,多(duō)孔隙(xì)物質作為吸附劑和離子(zǐ)交換劑就已應用在水的淨(jìng)化和控製汙染方麵。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究。研究表明粉煤(méi)灰中含有較多的活性氧化鋁和氧化矽(guī)等,具(jù)有相當大的吸附作用,粉煤灰對無機磷酸根不(bú)是單純吸附,其中CaO、FeO、Al2O3等(děng)可以和磷酸根生成不溶(róng)或(huò)直溶性沉澱現象,因而在(zài)廢水處理方(fāng)麵具有廣闊的應用前景(jǐng)。
試驗結果表明,粉煤灰是一種有效的吸附劑,在含P質量濃度為50~120mg/L,粉煤灰(huī)用量每(měi)50mg為2~2.5g,粒徑範圍140~160目,pH中性(xìng)的(de)實驗(yàn)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(hé)除磷劑除磷效(xiào)果(guǒ)也比較好。它是通過鐵鹽與鈰鹽的混合溶液與堿液反應合成的,對水(shuǐ)溶液中的磷酸鹽具有高效吸附(fù)作用。經正交試驗發現,鹽溶液中鐵、鈰離子的(de)含量是影響除(chú)磷效果的*重要因素,此外合成溫度、幹燥溫度也對吸附(fù)性能有一定影響。各種測試證(zhèng)明,結晶(jīng)破碎是複合除磷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(yù)計以後會出現更多吸附除磷(lín)的吸(xī)附劑。
3.5其他的除(chú)磷方法
鄒偉國等研究的(de)新型雙汙泥脫氮除磷工藝係統處理生(shēng)活汙水取得成功。傳統的脫氮除磷工藝多采(cǎi)用單汙泥係(xì)統,因此存在著硝化和除磷泥齡之間的矛盾(dùn),將活性汙泥法與生物膜法相結合,可解決這個(gè)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。
陳瀅等進行了低溶解氧SBR除磷工藝的(de)研究。
該方法(fǎ)要(yào)注意的是汙泥負荷對COD去除率和除磷效果的影響較大(dà),因(yīn)此要選擇合適的汙泥負荷。汙泥負荷過高(gāo)時會導致非絲菌汙泥膨脹。
方茜等利(lì)用SBR法處理低碳城市汙水取得進展,解決了處理(lǐ)碳、氮、磷比例失調(碳量偏低)城市汙水如何(hé)保證氮磷高效去除的難點。
結果表明(míng),利用此法處(chù)理廣(guǎng)州地區低碳城(chéng)市汙水,出水有機物、氨氮(dàn)及總磷均達標(biāo),且磷的釋放量(liàng)越大則出水磷總濃(nóng)度就越(yuè)低。實踐證明,SBR法具有流程簡單,不需要汙泥回流(liú),脫氮除磷效果好的特點。
3.6 國內外常用的含有機磷(lín)化合物廢水處理的方(fāng)法(fǎ)
3.6.1氧化法
(1)臭氧氧化法
臭氧氧化法(fǎ)適(shì)於(yú)處理濃度較低、難被生物降解或對生物有毒的農藥(yào)廢水,如(rú)馬拉硫磷(lín)、伏殺磷等。一般生成疑基化合物,*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、脫臭和殺(shā)菌作用。臭氧氧化的缺點是臭氧發生器耗(hào)電量較高,故在電量供應充足的條件(jiàn)下才適合。
(2)濕(shī)式氧化法
是一種在空氣存在下,將廢水加熱、加壓,使其COD、BOD、懸浮物都大幅度降低的方法。該方法適於處理濃度較大、毒性高,生物難降解的物質,該法(fǎ)對COD去(qù)除效率較低。用濕式氧化法處理廢(fèi)水,有機磷去除率達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(xíng)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(shí),氧化對硫酸效果*好(hǎo)。氯氣氧化法處理馬拉硫磷廢水,用燒堿中和至pH為7,通C2至PH2~3,分去底層油狀物(wù),再投(tóu)燒堿(占廢水量的(de)2%),在40℃下攪拌(bàn)4Pu6h,毒性磷含量降(jiàng)至7~12mg/L。
3.6.2 生化處理法(fǎ)
(1)活性汙泥法
生化處理是將均化後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(pù)氣。曝氣後進入沉澱池,經沉澱池處(chù)理後再進行二次曝氣(qì)。曝氣生化處理可使BOD下降至(zhì)13mg/L,有機磷中的磷可作為生物營養物質被回收利用。生化處理法應(yīng)用(yòng)廣泛,效果較好。
(2)藻類處理法
有機磷殺蟲劑可用(yòng)綠(lǜ)藻有(yǒu)效去除,但用藻(zǎo)類處理時,有時(shí)會形成極毒且穩(wěn)定(dìng)的中間產物,藻類處理對硫磷時,得到更毒的中間(jiān)產物(wù)。處理某些有機磷廢(fèi)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、甲酚、二甲酚及磷酸三(sān)久酯廢水時,可用辣根過氧(yǎng)化(huà)酶處理,能取得較好的效果。
3.6.3吸附法
有機磷吸(xī)附效果更好,也可經堿解後再用活性炭,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(zhān)土作吸附劑去除,但在酸性介質中加硝酸可提高去除率。聚乙烯用醇或酮處理後可用來吸附水中微量的(de)有機(jī)磷化合(hé)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。水解法的缺點是要求設備耐腐(fǔ)蝕,在高溫高壓處理對磷酸廢水,pH3~4,壓力40~50atm,200~250℃,可使有機磷的無機化率達到90%~100%。
(2)堿解法
堿解常用堿解或石灰乳。在堿性(xìng)條件下,有機磷分子中酸酐易斷裂,因此堿解有較(jiào)好的去除效(xiào)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(de)作用機理及其優缺點
隨著(zhe)環保要求越來越高(gāo),化學除磷應用越來越廣泛(fàn),目前化學除磷目前常用的有鋁鹽(yán)、鐵鹽(yán)和鈣鹽三種類型的除磷劑。
4.1鋁鹽除磷劑
原理:鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁鹽分散於水體時,一方麵 Al離子與 磷酸(suān)根反應,另一方麵,Al離子 *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步縮合,進而形(xíng)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(gāo)的正(zhèng)電荷和比表麵積,能迅速吸附(fù)水體中帶負電荷的雜質,中和膠體電荷,壓縮雙電層及降(jiàng)低膠體 ξ 電位,促進了膠體和(hé)懸(xuán)浮物等快速脫穩、凝聚和沉澱,表現出良好的除磷效果。
藥劑:常用(yòng)鋁鹽有聚合氯化鋁和硫酸(suān)鋁,盡管投加(jiā)大量(liàng)的藥劑之後(hòu),硫酸鋁有相對較(jiào)好的除磷效果(guǒ),但要使出水含磷量達到(dào)0.5mg/L,PAC和Al2(SO4)3的加藥量(liàng)分別為1.35mg/L和6mg/L,從(cóng)經(jīng)濟性(xìng)方麵看,聚合氯(lǜ)化鋁(PAC)相(xiàng)對更經濟一些。
4.2鐵鹽除磷劑
原理:溶於水中後,Fe3+一方(fāng)麵與磷酸根生成難溶鹽,一(yī)方(fāng)麵通過溶解和吸水可發(fā)生強烈水解,並在水解的同時發生各種聚合反應,生(shēng)成具有較(jiào)長線性結構的多核羥基絡合物,如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。這些含鐵(tiě)的羥(qiǎng)基絡(luò)合物能有效降低或消除水體中膠體的 ξ 電位,通過電中(zhōng)和,吸(xī)附架橋及絮體的卷掃作用使(shǐ)膠體凝聚(jù),再通過沉澱分離將磷去除。
藥劑:目前常(cháng)用鐵鹽有低分子無機鐵鹽(硫酸亞(yà)鐵,氯(lǜ)化鐵等)和(hé)高分子無(wú)機鐵鹽(聚合(hé)硫酸鐵、聚合硫酸氯(lǜ)鐵)。
在絮(xù)凝劑投加量為1500 mg/L的情況下,氯化鐵和(hé)聚合硫酸鐵對總磷的去除率分別為92.12%和78.65%,氯化鐵的(de)作(zuò)用效果*佳,聚合硫酸鐵次之。
當(dāng)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(guò)沉澱觀察發現,FeSO4・7H2O作混凝劑時,水樣(yàng)較(jiào)渾濁,並(bìng)沒有形成很明顯(xiǎn)的絮狀沉澱,去除效果(guǒ)較差,也沒有出現FeCl3大(dà)量投加(jiā)後出現的很明顯的固液分離界麵,隻(zhī)是(shì)生成很細小的(de)固體狀顆粒。原(yuán)因是(shì)二價鐵離子與磷酸根(gēn)反應較差,氧化為三價鐵離子(zǐ)後(hòu),可望取得更好的除磷效果(guǒ)。
雖然從投藥量上看FeCl3・6H2O明顯多於FeSO4・7H2O,但前者析出物(wù)沉降性能(néng)更好,所以綜合來說氯化鐵比硫酸亞鐵除磷效(xiào)率更高!
4.3鈣鹽除磷劑(jì)
原理:汙水中的磷與石灰中的鈣(gài)產生反應。形成[Ca5(OH)(PO4)3](羥磷灰石),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,從而去除了磷酸根。
藥劑:鈣鹽除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鈣之後,對原水中總磷的去除效果較差(chà),故直接棄用無水氯化鈣。由圖8可以看出,要使出水中(zhōng)總磷濃度降到0.5mg/L以下,需加入80mg/LCa2+。從去除效果看(kàn),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(yào)量很(hěn)大。
總之,鋁鹽和鐵鹽的除磷效(xiào)果明顯,絮凝物沉降性能好,但是鋁鹽因為需要過(guò)量(liàng)投加除磷,會導致水(shuǐ)中鋁離子過高,而鋁離子對人體毒性比較大,*常聽說的是會殺死神經元,使人的記憶力減退或喪失,引發(fā)早老性癡呆症等(děng)疾病。而鐵離子的過(guò)量會導致出水顏色變(biàn)深(shēn),鐵離子對(duì)設備也會加速腐蝕!鈣鹽(yán)生成(chéng)的Ca5(OH)(PO4)3沉澱性比較差,反應要求在堿性條件下(xià)進行,pH值偏高,且出水硬度大,但是石灰成本很低。
如果(guǒ)從成本、效果和操作複雜性(xìng)綜合考慮,鐵鹽較鋁(lǚ)鹽,鈣鹽除磷效果(guǒ)更好,鐵(tiě)鹽是*佳的除(chú)磷藥劑。
5.化學除磷藥劑投加的方式及(jí)優缺點
化學除磷工藝可按(àn)化學藥劑的投加地點來(lái)分類,實際中常采用的有:前置除磷、同步除磷(lín)和後置除磷。
5.1前置(zhì)除(chú)磷
前置除磷工藝的特點是化學藥劑投加在沉砂池中、初沉(chén)池的進水渠(管)中(zhōng)、或者文丘(qiū)裏渠(qú)(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能(néng)量以滿足混合的需要。 相應產生的沉(chén)析產(chǎn)物(大塊(kuài)狀的絮凝體)在初沉池中通過沉澱被分離。如(rú)果生物(wù)段采用的(de)是生物濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以(yǐ)防止對填料產生危害(產生(shēng)黃鏽)。
前置除磷(lín)工藝由於僅在現有工藝(yì)前端增加化學(xué)除磷措施,比較適合於現有汙水處(chù)理廠的改建,通過這一工藝步驟不僅可以除磷,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(hé)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(wán)全能滿足後續生物處(chù)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(chú)磷工藝,在國外約占(zhàn)所有化學除磷(lín)工藝的50%。其工藝是將化學(xué)除磷劑投加在曝氣池出水或(huò)二沉池進水中,個別情況也有將藥劑投加在曝氣池(chí)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(hé)生物轉盤工藝可采用同步化學除磷方法,但對(duì)於生物濾池工藝能否將藥劑投加在二次沉澱(diàn)池進水中尚值得探討。
5.3後置除(chú)磷
後置除磷是將沉析、絮凝以及被絮凝物質的分離(lí)在一個與生(shēng)物處理相分(fèn)離(lí)的設施中進行,因此也叫二段法工(gōng)藝。一般將化(huà)學藥劑投加到二沉池後的一個混合池(chí)中,並在其後設置絮凝池和沉澱池(或氣浮池)。
對於要求不嚴的(de)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)。采用氣浮池可以(yǐ)比沉澱池更好地去除懸浮物和總磷,但因為需要恒(héng)定供應空氣因而(ér)運行費用較高。
6.吸附法除(chú)磷技術
吸附法以其容量大、耗能少、汙染(rǎn)小、去除快和可循環等優點,在除磷方(fāng)麵得到了(le)廣泛(fàn)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(xiàng)已經轉為對材料進行改性後用於磷(lín)的吸附研究,改性材料的吸附(fù)研究方興未艾。
6.1 活性(xìng)炭
近年來對活性炭用於吸附的研究,大多(duō)以改性的(de)方式(shì)出現(xiàn),通過(guò)增強活性炭的(de)化學吸附(fù)能力來提高除磷效果。
含鐵活性炭有很好的吸附磷效果,Zhengfang Wang等〔2〕對(duì)比含鐵活(huó)性炭(AC-Fe)和含鐵氧(yǎng)化活性炭(AC/O-Fe)後發現,通過(guò)硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭載更(gèng)多的Fe,從而在活性炭表麵形(xíng)成大量的活性位點,得到了比AC-Fe更高的磷吸附效果。其中(zhōng)AC/N-FeⅡ和AC/N-FeⅢ的吸附過程主要以表麵吸附和顆粒(lì)內擴散為主,且AC/N-FeⅡ較AC/N-FeⅢ顆粒內擴散能力強,活化(huà)能更高,因此綜合研究表明(míng):AC/N-FeⅡ對磷吸附(fù)效果優(yōu)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電作用的能力,而增強Lewis酸堿反應的(de)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(hé),使得其*大吸附容量高於ACF-LaOH,室溫下*大吸附容量可達29.44 mg/g,共存陰離子(zǐ)對吸(xī)附磷有不利影響,順序為:F->SO42->NO3- >Cl-。
6.2 生物質
生物質主(zhǔ)要指自然界中一切(qiē)有生命的(de)可以生長的有機物質。用(yòng)於吸附工程的(de)有機物質(zhì)及其(qí)廢棄物就是生物質吸附劑。生物質吸附劑具備以下優(yōu)點〔7〕:材料(liào)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,與磷酸根離子反應的(de)活性(xìng)較(jiào)高;在水中(zhōng)不溶解,易分離。近年(nián)來研究的生物質吸附劑有軟(ruǎn)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 ℃和殼粒徑從590 μm降到180 μm,都會增大(dà)牡蠣殼的吸附容量,牡蠣殼有豐富的吸附位點,並且(qiě)比(bǐ)大(dà)多數吸附劑更(gèng)環保。
T. Köse等〔9〕用焙燒廢蛋殼(CWE)吸附磷時發現,CWE對磷的吸附去除率在pH 為(wéi)2~10時都能大(dà)於99%,並得到(dào)吸附劑的*佳投(tóu)加質量濃度為2 g/L;其他陰離子(zǐ)的存在對CWE吸附磷的影響(xiǎng)不大,吸附磷後的CWE由於含有大量鈣、鎂(měi)和磷(lín),可用作肥料和土壤改(gǎi)良劑(jì);附著(zhe)氫氧化鐵的廢蛋殼吸附(fù)磷的速(sù)率很快。
W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗渣(zhā)吸附(fù)磷的(de)效果發現,附(fù)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提高(gāo)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,磷吸附性能(néng)就能得到大大的優化。
6.3 金屬(氫)氧化物
金屬氧化物具(jù)有表麵積大、羥基(jī)團(tuán)眾多(duō)和選擇吸附性高的優點。
氧化鐵吸(xī)附磷主要通(tōng)過球麵的靜(jìng)電吸附和球內絡(luò)合的化學(xué)吸附〔11〕。磁性氧化(huà)鐵納米粒子在磷的初始質(zhì)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(wéi)24 h時,得到磷*大吸附容量為5.03 mg/g,在pH=11.1時(shí),吸附容量則急(jí)劇下(xià)降到0.33 mg/g〔12〕。
L. Rodrigues等〔13〕研究水合氧化鋯(gào)吸附磷時發(fā)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時能解吸(xī)約74%的磷。氧化鋯納米粒子吸附磷的速率很快,在pH=6.2時可達*大(dà)吸附容量為99.01 mg/g,是吸附容量*高的(de)吸附劑之一,高濃度的共存陰離子對磷的吸附影(yǐng)響很小,吸附的*適pH 為2~6,吸附容量在pH超過7時急劇下降〔14〕。
水滑石
黃中子等〔15〕在研(yán)究MgAl-CO3水(shuǐ)滑石吸(xī)附磷時發(fā)現,當磷的初始質量濃度在(zài)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水滑石對磷的選擇吸附(fù)性很高,吸(xī)附溶液中離(lí)子的排序為HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,這是由於磷(lín)酸根離子直接與層間Zr(Ⅳ)離子(zǐ)發生了絡合反應〔16〕。孫德智等〔17〕研究(jiū)ZnAl-2-300水滑石吸附磷的效果發現,汙泥脫水液的溫度從25 ℃升到30 ℃時,水滑(huá)石的磷吸附容量(liàng)明顯增加,水溫繼續升(shēng)至50 ℃時,水滑(huá)石吸附容量又降至(zhì)25 ℃時的水平。焙燒ZnAl水(shuǐ)滑石會(huì)增大表麵積和增加孔隙率,焙燒溫度為300 ℃時(shí)除磷效果*佳,600 ℃時變成尖晶石從而減小了表麵積〔18〕。
膠體水滑石納米片在pH為4.5~11內的除(chú)磷效果較好,吸(xī)附磷後的(de)吸附劑可用作普通海藻石(shí)蓴的生長肥料〔19〕。
6.4矽基介孔分子篩(shāi)
Dandan Li等〔20〕研究粉煤灰一(yī)鍋法製備MCM-41吸附磷發現,在pH=10時MCM-41-CFA-10有*大的空隙(xì)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(dōu)要大。Jianda Zhang等〔21〕在研究載鑭二(èr)氨基改性的MCM-41吸附磷時發現,該吸附劑的吸(xī)附速率和吸附容量(liàng)都很高,*大吸附容量(liàng)為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為吸附反應*適的(de)pH,溶液中Cl-和NO3-的存(cún)在對除磷(lín)影響(xiǎng)很(hěn)小,而F-和SO42-的存在(zài)則影(yǐng)響明顯。
J. Choi等〔22〕對比純的(de)、氨基官能化的(de)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的強化學(xué)親和力是較純SBA-15吸附(fù)容量更高的原因。
6.5 黏土(tǔ)礦物
黏土礦物是組成黏土岩(yán)和土壤的主要礦物。它(tā)們是一些含鋁、鎂等為主的含水矽酸鹽礦物,是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土礦物有高嶺石、膨潤(rùn)土、蛭石、凹(āo)凸棒土和鹿沼(zhǎo)土等。
翟由濤(tāo)等(děng)〔23〕研究經(jīng)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(miàn)積會增大,從而大量的Al、Si等活性點位暴露(lù),吸附磷能力變強,質量分數為9%的酸改性的高嶺土在磷的初始質量濃度為20 mg/L的25 mL溶液中時吸附磷效果*佳,去除率為81.8%,500 ℃煆(duàn)燒改性的高嶺土中Al元素表現出*佳的活化狀態,對(duì)溶液中磷的去除率可達99.5%。S. Gupta等〔24〕對比未改性、煆燒改性(xìng)和酸改性的高嶺石發現(xiàn),酸改性的高嶺(lǐng)石是這其中吸附磷容(róng)量*大的,投加少量的高嶺(lǐng)土能大量(liàng)減少溶液中的磷(lín)酸鹽。
K. Reitzel等〔25〕用鑭改性的膨潤土吸附淡水和鹹水中的磷發現,pH超過8.1時,該膨潤土和(hé)磷的結合(hé)能力受到較大影響,由於硬水中CO32-溶度較高(gāo),這種(zhǒng)影響在硬水中表現得更為明顯。王(wáng)峰等〔26〕用鹽酸和煆燒法(fǎ)改性膨潤土吸附(fù)磷的研究(jiū)發(fā)現,改性膨潤土的除磷效果隨(suí)酸濃度的增加而增加,500 ℃煆(duàn)燒改性的膨潤(rùn)土在(zài)磷初始質量濃度為(wéi)10 mg/L、pH=9時對(duì)磷的去除率可(kě)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(děng)〔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*大吸(xī)附容量,為79.6 mg/g,用該改性(xìng)蛭石對2 mg/L低濃度磷酸鹽的二級出水進行處理,10 min即(jí)可達到97.9%的除磷率,使磷的質量濃(nóng)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計,但0.1 mol/L的CO32-存在會使磷的去除(chú)率下降到54.3%。J. Xie等〔28〕研究煆燒溫度對凹凸棒土吸附磷的(de)影響(xiǎng)時發(fā)現(xiàn),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(děng)〔29〕研究鹿沼土對磷的吸(xī)附實驗發現,吸附過程中前110 min進(jìn)行快反應,110 min之後到超過24 h為慢反應,*大(dà)吸附容量(liàng)為2.13 mg/g,由於吸附的*佳pH=6,則鹿沼土對廢水中磷的吸附一般無需調節pH。
6.6 其他
除了上(shàng)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(fù)劑。M. Mallet等〔30〕研究水鐵礦對磷酸鹽的吸附實驗發現,在pH=4時得(dé)到*大(dà)吸附容量(liàng),為(wéi)104.8 mg/g;而(ér)在pH=7時的吸附容量也有77.8 mg/g。該吸附劑可直接用於市政汙水(pH 6.5~7.3)的處(chù)理,溶液中Cl-、NO3-、SO42-的存在對除磷的影響很小。邵(shào)鵬輝等〔31〕研究磷(lín)在磁鐵礦-針鐵礦混合相上的(de)吸附(fù)時發現,在初始(shǐ)磷質量(liàng)濃度為51.8 mg/L、pH=2和(hé)磁鐵礦-針鐵礦混合相(xiàng)投加質量濃度(dù)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(chū)始磷質量濃度為100 mg/L和溫度(dù)為30 ℃時,石墨烯(xī)對磷的吸附容量達到了89.37 mg/g〔32〕。T. Singh等〔33〕用吸附了Cu的水凝膠無需任何處理直接用於吸附(fù)磷的研(yán)究發現,在pH=6.1時該凝膠有*大磷(lín)吸附容量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(liǎng)者影響較大,後兩者影響較小(xiǎo)。
總之,相比其他除磷技術,吸附法除磷具有容量大、耗能少、汙染(rǎn)小、去除快和可循環等優勢,但其自身也存在許多不足之處(chù):共存離子對改性活性炭(tàn)除磷影響顯著;生物質的吸附容量較小;pH的(de)變化對金屬氧化(huà)物吸附容量影響(xiǎng)很大;幾種特定的陰離子對矽基介(jiè)孔分子篩影(yǐng)響較大;黏土礦物普遍存在吸附容量小的缺陷。因此,在以後的吸附法除磷研究中(zhōng),主要有幾個方麵值得深入(rù)探究:(1)要兼顧(gù)以上不足之處選擇合適的改性方法;(2)對改性的吸附原理研究,目(mù)前的研(yán)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理論及模型;(3)研究吸附劑的後續處理,不注重吸附磷後的後續處理(lǐ),往往(wǎng)會帶來二(èr)次汙染,不利於環保,可以把廢料開(kāi)發為植(zhí)物肥料或土壤改良劑等。隨著吸附劑改性(xìng)的發(fā)展和理論的研究深入,吸附法(fǎ)在廢水除磷和(hé)治理富營養化(huà)水體中必定會發揮重要作用。