酸洗磷化廢水處理技術(shù)探討

摘要：金屬表面處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的酸洗磷化廢水，這種污水中含有較高的磷酸鹽污染物，如果沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行有效的處理就直接排放，會(huì)給環(huán)境造成非常惡劣的影響。磷化廢水的處理方法包括生物法和化學(xué)法兩大類(lèi)，本文主要對(duì)電絮凝法以及鈣法含磷污水處理技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：磷化廢水;電絮凝;鈣法

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.063

Abstract：A large amount of pickling phosphating wastewater is produced during metal surface treatment. This kind of sewage contains high phosphate pollutants. If it is not treated effectively， it will be directly discharged， which will have a very bad impact on the environment. . The treatment methods of phosphating wastewater include biological and chemical methods. This paper mainly discusses the electroflocculation method and the calcium-containing phosphorus wastewater treatment technology.

Key words：Phosphating wastewater;Electrocoagulation;Calcium method

當(dāng)前我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題比較嚴(yán)重，這主要是由于水中氮、磷等元素超標(biāo)引起的，這一問(wèn)題不僅污染環(huán)境，還制約了我國(guó)水產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，造成了比較大的危害。水體中磷等元素的超標(biāo)，主要是由于大量含磷污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就排放到了水體之中，因此為了解決這一問(wèn)題，應(yīng)采取有效措施來(lái)降低污水中磷的濃度，基于此本文酸洗磷化廢水處理技術(shù)進(jìn)行探討。

1 電絮凝法

1.1 電絮凝法簡(jiǎn)介

電絮凝法是一種利用電化學(xué)方法來(lái)處理污水的工藝，其主要工作原理如下：通過(guò)施加外加電場(chǎng)的作用下，使作為陽(yáng)極的金屬極板溶出金屬離子Mn+，其中最常用的金屬極板為鐵或者鋁，與此同時(shí)陰極附近水會(huì)與水體中的溶解氧發(fā)生反應(yīng)，從而生成OH-。當(dāng)采用鐵為陽(yáng)極時(shí)，其主要反應(yīng)如下所示：

陽(yáng)極： Fe- 2e- = Fe2 +

Fe2 + + 2OH- = Fe（ OH） 2

Fe（ OH）2 +O2 + 2H2O = Fe（ OH） 3

陰極： 2H2O + 4e - + O2= 4OH-

通過(guò)反應(yīng)會(huì)生成金屬氫氧化物和水解絡(luò)合物，并作為絮凝劑來(lái)使污染物聚集并將其吸附，然后利用沉淀的方法來(lái)去除污染物，實(shí)現(xiàn)污水的凈化。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于所需要應(yīng)用到的設(shè)備體積比較小，在實(shí)際應(yīng)用中節(jié)省空間，而且操作起來(lái)也比較靈活，不會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，因此后續(xù)處理也不復(fù)雜，正是由于這一優(yōu)點(diǎn)，電絮凝法已經(jīng)得到了人們的廣泛關(guān)注，并對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。

1.2 電絮凝法影響因素分析

電絮凝法具有良好的污水除磷效果，而且反應(yīng)時(shí)間短、去除效率高，而且在應(yīng)用中具有很多方面的優(yōu)勢(shì)，因此得到了人們廣泛的關(guān)注，在實(shí)際應(yīng)用中電絮凝法的效果會(huì)受到電流密度、極板間距、溶液初始的pH以及氧化劑等多方面的因素的影響，因此本文對(duì)這些因素對(duì)于電絮凝法除磷反應(yīng)的影響進(jìn)行了分析。

金輝等曾在以下實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)電流密度、極板間距、溶液初始的pH以及氧化劑等因素對(duì)于電絮凝法的除磷效果的影響進(jìn)了分析：通過(guò)磷酸二氫鈉溶液配制酸洗磷化廢水，并將其加入到電絮凝反應(yīng)槽中，實(shí)驗(yàn)水量為3L，安裝好電解裝置之后，通過(guò)穩(wěn)壓電源向其施加恒定的電解電流，在接通電源之后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在預(yù)定時(shí)間之后迅速去除極板，反應(yīng)混合液靜置沉淀，并將上清液經(jīng)0.22mm微孔濾膜過(guò)濾后進(jìn)行分析。

1.2.1 電流密度

研究發(fā)現(xiàn)電流密度對(duì)于電絮凝除磷反應(yīng)效率的影響十分顯著，可以說(shuō)是最為重要的影響因素。電流密度的大小能夠決定陽(yáng)極產(chǎn)生多核羥基鐵氧化物的數(shù)量和濃度，進(jìn)而直接決定了磷酸鹽的反應(yīng)速率和反應(yīng)完全程度，在加大電流下，通過(guò)電解反應(yīng)生成的Fe2+會(huì)增大，從而使其通過(guò)氧化反應(yīng)之后和水中OH-反應(yīng)生成更多鐵的各種多核羥基鐵氧化物，進(jìn)而提高除磷的效果。當(dāng)然，在設(shè)置電流密度時(shí)還需要考慮到能耗因素，以及避免陽(yáng)極的極化和鈍化等，基于上述因素確定合適的電流密度。電絮凝反應(yīng)的污水去除率還和反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，在反應(yīng)開(kāi)始初期，由于電絮凝所產(chǎn)生的多核羥基鐵氧化物的濃度比較低，其與水中磷酸鹽發(fā)生碰撞的幾率是比較小的，就會(huì)導(dǎo)致磷的去除率比較低，而隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷增加，反應(yīng)所產(chǎn)生的多核羥基鐵氧化物的量也迅速增長(zhǎng)，從而能夠更快的和磷酸鹽結(jié)合，提高了磷的去除效率。在上述實(shí)驗(yàn)方法下，最終確定的最佳電流密度為 6 mA/cm2，最適合的反應(yīng)時(shí)間則為20 min。

1.2.2 極板間距

極板間距對(duì)電絮凝反應(yīng)的影響速率主要表現(xiàn)在，其間距的變化會(huì)導(dǎo)致極板間電阻發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電流發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，電極極板之間的間距不斷加大，除磷的效率會(huì)顯著降低，而且能耗會(huì)增加，而隨著極板間距的縮小時(shí)，極板間溶液的電阻會(huì)顯著的降低，從而提升電流效率，這樣的情況下陽(yáng)極Fe2+的溶出速率就會(huì)增大，更快的和水中磷酸根反應(yīng)，從而提高除磷反應(yīng)的效率。但是極板間距過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，如果極板間距過(guò)小，過(guò)高的電流密度很可能會(huì)導(dǎo)致短路問(wèn)題的發(fā)生，此外還可能會(huì)出現(xiàn)極板容易發(fā)生極化、鈍化，以及電解絮體容易發(fā)生堵塞等問(wèn)題，因此需要進(jìn)行綜合的考慮來(lái)進(jìn)行確定。

1.2.3 pH

相關(guān)研究表明，在曝氣及其他強(qiáng)氧化性物質(zhì)的存在下，為了獲得較高的除磷率，需要降低pH，在較低的pH條件下絮體的沉淀性也會(huì)更好，但是在選擇pH時(shí)要考慮到藥劑的成本，以及絮體的沉降性能等因素，在上述實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)pH為4.5時(shí)最佳。

1.2.4 氧化劑

氧化劑的使用過(guò)對(duì)于電絮凝法除磷效率的提升具有重要的作用，通過(guò)加入O3、H2O2、O2、K2FeO4等氧化劑能夠促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程中Fe2+離子的氧化效率，從而促進(jìn)除磷率的提升，同時(shí)對(duì)于絮體沉降性能也能夠起到改善作用。在選擇氧化劑的種類(lèi)時(shí)，即要考慮到其對(duì)電絮凝反應(yīng)的結(jié)果影響，還要考慮到成本、對(duì)環(huán)境的影響等，因此O2是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。

2 鈣法

鈣法處理含磷廢水是一種比較成熟的工藝，不僅能夠起到良好的除磷效果，而且還具有工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行中運(yùn)行的費(fèi)用也比較低，因此在工業(yè)中具有比較多的應(yīng)用。鈣法處理含磷廢水的原理為，通過(guò)將石灰或CaCl2作為藥劑加入到含磷廢水中，形成穩(wěn)定的固態(tài)磷酸鹽的方式來(lái)進(jìn)行除磷，在反應(yīng)過(guò)程中通常應(yīng)用機(jī)械混合反應(yīng)器和高效斜管沉淀器，需要對(duì)混合強(qiáng)度、沉淀表面負(fù)荷和反應(yīng)pH值等進(jìn)行有效的控制。在眾多的固態(tài)磷酸鹽中，以羥基磷灰石的平衡常數(shù)最大，而且也最為穩(wěn)定，因此研究集中于磷酸鈣的沉淀作用。在含磷廢水中加入鈣鹽后具體的反應(yīng)如下：

5Ca2++7OH-+3H2PO4-=Ca5（OH）（PO4）3↓+6H2O（1）

同時(shí)存在副反應(yīng)：

Ca2++CO23-=CaCO3（2）

其中反應(yīng)（1）的平衡常數(shù)為10-55.9，通過(guò)上述反應(yīng)式可以看到，鈣法除磷的效率主要受到pH值以及陰離子的相對(duì)濃度的影響。反應(yīng)（2）對(duì)于鈣法除磷工藝來(lái)說(shuō)也是非常重要的，其對(duì)于鈣的投入量有著比較大的影響，而且反應(yīng)所生成的碳酸鈣對(duì)于整個(gè)工藝也有重要作用，其可以作為增重劑來(lái)促進(jìn)凝聚作用。除了除磷之外，反應(yīng)中過(guò)量的Ca（OH）2還可以作為混凝劑，起到良好的凝聚作用，從而去除水中的其他污染物。反應(yīng)（1）是在堿性條件下發(fā)生的，而且隨著pH的增大反應(yīng)會(huì)逐漸趨于完全，當(dāng)pH≥10時(shí)，除磷的效果是最好的，能夠保證水中的磷酸鹽質(zhì)量濃度低于0.5mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)pH高于12會(huì)造成絮凝物不穩(wěn)定，從而讓絮凝物脫穩(wěn)解體，影響到除磷的效果，因此在實(shí)際鈣法除磷工藝中，通常將pH控制在11～11.5，在出水時(shí)再用鹽酸中和，實(shí)踐表明，出水的pH值能夠穩(wěn)定在8.7左右，并且可以達(dá)到99.7%以上的磷酸鹽去除率。除此之外，影響其除磷效果的另一關(guān)鍵要素是晶體的生長(zhǎng)速率，因此在這一工藝中，除了要重點(diǎn)關(guān)注反應(yīng)的pH值之外，還需要關(guān)注反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、混合攪拌強(qiáng)度、晶種情況及固液分離時(shí)間等因素，探討其對(duì)于磷酸鈣沉降速率的影響。

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收稿日期：2019-01-23

作者簡(jiǎn)介：黑連宏（1991-），男，彝族，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。