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        除磷產品行業應用分析

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        點擊次數:1268 更新時間:2021年06月18日17:35:45 打印此頁 關閉

        摘??要:對化學除磷的常用試劑鋁鹽、鐵鹽和石灰在除磷原理、效果和工藝條件方面進行了比較,并就其在處理后對受納水體的影響進行了分析評價。

        鍵詞:城市生活污水;營養化;化學沉淀法;試劑?中圖分類號:X703.5?文獻標識碼:A?

        城市生活污水中的磷來源于糞便、食物殘汁和洗滌劑,其形態有正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷,其中以正磷酸鹽和聚磷酸占絕大多數,磷可以在有機磷和無機磷、可溶性磷和不溶性磷之間相互轉化,但價態不會發生改變[1

        隨著人們生活水平的不斷提高和工業生產的快速發展,大量含磷生活污水、工業廢水排入江河湖泊中,增加了水體營養物質的負荷,從而引起水體中藻類與水生植物異常繁殖,即水體的富營養化。研究表明,多數水體富營養化的控制因素是磷,因而廢水除磷對防治水體富營養化至為重要。富營養化的主要危害是:引起水體含氧量急劇下降,導致魚類、貝類等水生生物因缺氧死亡;惡化水源水質,增加水處理的難度和成本;降低水體的美學價值[2

         

        磷與水體富營養化的密切關系已有大量的報道,特別是過量的磷在內陸水體引起水華,在海洋引起赤潮,危害水環境而日益受到關注。?

        發達國家對于除磷的研究和生產應用已有三十多年的歷史,我國這方面的研究始于八十年代初。到目前為止,除磷效果較好、應用較多的是化學沉淀法除磷和生物法除磷[1]。但由于生物法除磷是一個復雜的生物過程,pH值、溫度、DO、運行負荷、進水的水質和水量等很多因素都會影響整個系統的運行,而且還存在磷的重新釋放造成二次污染的可能性,因此很難達到國家二級排放標準,就更不用說達到一級排放標準了。

        本文主要介紹了化學沉淀法除磷工藝使用的鋁鹽、鐵鹽和石灰三種主要的試劑,闡述了其除磷機理,并從經濟角度出發,就三者在除磷原理、除磷效果、工藝條件、費用方面進行了比較,并就其在處理后對受納水體的影響進行了分析評價,以供環境工作者在水處理決策時參考。?

        1鋁鹽?

        鋁鹽除磷的反應方程式如下:

        ?Al3++HnPO(3-n)4=AlPO4nH+

        ?

        從這個反應式可以看出,除磷時

        n(Al3+)∶n(PO3-4)=11,

        如果適當調節污水的

        pH,實際能獲得與此理論關系相近的結果。實踐中,在不便進行過濾和調節的場合,必須投加過量鋁鹽,以利于除磷。?

        鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁鹽分散于水體時,一方面Al3+與?PO3-4反應,另一方面,Al3+

        首先水解生成單核絡合物Al(OH)2+、Al(OH)+2及AlO-2等,單核絡合物

        通過碰撞進一步縮合,進而形成一系列多核絡合物Aln(OH)m(nm)(n1,m≤3n),這些鋁的多核絡合物往往具有較高的正電荷和比表面積,能迅速吸附水體中帶負電荷的雜質,中和膠體電荷,壓縮雙電層及降低膠體ξ電位,促進了膠體和懸浮物等快速脫穩、凝聚和沉淀,表現出良好的除磷效果。鋁鹽適用pH5.08.0,理想pH5.86.9,最佳pH6.322]。?

        但由于長期以來,我國水處理工程中的除磷試劑不僅仍普遍采用鋁鹽混凝劑,而且很大部分是用廢鋁灰為原料制成的,其本身的衛生質量較差。而且鋁是一種慢性毒物,因而作為水處理的混凝劑受到很大的局限。研究結果表明,經用鋁鹽混凝劑處理后出水中的鋁含量大幅度增加,并且其中相當多的鋁是易被人體(生物體)吸收和結合的鋁。如果這種處理出水直接排入江河,將給下游的飲用水源造成污染。近代醫學研究表明,鋁隨飲食進入人體后,能在一些組織和器官中積蓄,引發多種疾病。主要表現為:鋁積蓄于中樞神經中后會殺死神經元,使人的記憶力減退或喪失,引發早老性癡呆癥等疾病。②鋁易取代鈣而進入骨質中,引起骨質疏松軟化變形。③使腎功能發生病變,如腎功能失調,腎衰竭及尿毒癥。④使血液和心血管發生病變。⑤鋁有細胞遺傳毒性,對體細胞及生殖細胞有致突變作用[3]。?

        2鐵鹽

        鐵鹽除磷的反應方程式可表示如下:?主反應:

        Fe3++PO3-4=FePO↓?Fe2++PO3-4=Fe(PO)↓?

        副反應:Fe3++3HCO-3Fe(OH)+3CO;??

        鐵鹽除磷的過程如下:溶于水中后,Fe3+

        一方面與磷酸根生成難溶鹽,一方面通過溶解

        和吸水可發生強烈水解,并在水解的同時發生各種聚合反應,生成具有較長線性結構的多核羥基絡合物,如Fe(OH)4+2

        、Fe3(OH)54、Fe5(OH)69、Fe5(OH)78、Fe5(OH)87、

        Fe6(OH)612、Fe7(OH)9+12、Fe(OH)10+11、Fe(OH)7+20、Fe12(OH)2+34等。

        這些含鐵的羥基絡合物能有效降低或消除水體中膠體的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,再通過沉淀分離將磷去除。鐵鹽最佳使用pH8左右[2

        。?

        傳統的鐵鹽混凝劑有硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸亞鐵等。硫酸鐵工業品由于考慮純度及衛生質量等問題很少采用。在實際較多使用的是三氯化鐵,生產一噸無水三氯化鐵要消耗0.55噸氯氣,不僅生產成本高,價錢貴,由于氯氣貨源的限制,產品也很有限。此外液體三氯化鐵運輸和貯存存在較多問題,固體三氯化鐵易潮解,要用密閉容器包裝、運輸、貯存,使用都很麻煩。?

        新型的鐵鹽混凝劑主要有聚合鐵鹽和含鐵無機高分子。聚合鐵鹽有聚合硫酸鐵(PFS)、聚亞鐵、聚氯硫酸鐵(PFCS)等,是近年來發展較快的水處理混凝劑。?

        聚合硫酸鐵(PFS)又稱堿式硫酸鐵,簡稱聚鐵。聚鐵同傳統的三氯化鐵、硫酸鐵等凈水劑相比較,突出特點為:具有優良的凝聚性能,絮凝體形成速度快,密集度高且質量大,沉降速度快,尤其對低溫低濁水有優良的處理效果;適用水體pH值范圍廣;具有較強的去除水中BOD、COD及重金屬離子的能力,并且有脫色、脫臭、脫水、脫油等功效,殘留的鐵離子少;使用時腐蝕性小。實驗表明,用聚鐵凈化水,不但不會增加亞硝氮及鐵的含量,反而會降低它們的含量,因此它是優良的飲用水混凝劑。?

        聚鐵是在硫酸鐵分子簇的網絡結構中插入了羥基,形成以OH

        作為架橋形成多核配離子,聚鐵的鹽基度越高,其分子聚合度越大,形成的羥基配合物就具有更多的電荷和更大的表面積,其絮凝性能也就更好,因此在聚鐵生產基礎上加入少量改性劑,使羥基更易插入硫酸鐵的網狀結構中就可制得改性的聚鐵,其鹽基度和聚合度更高,因而其絮凝效果大大優于普通

        的聚鐵。生產聚鐵是用磁鐵礦粉、硫鐵礦燒渣及煉鋼煙渣等為原料,以廢治廢。由此可見,聚鐵混凝劑及其生產方法有如下特點:①產品質量純凈,除了硫酸亞鐵原料和空氣外不加任何其它物質,這是特別清潔的生產工藝,產品的衛生質量可*;生產工藝簡單,速度快,成本較低,適用于各種規模的生產,尤其適用于大規模生產;無潮解性,運輸、貯存、使用都方便;具有傳統的三價鐵鹽的全部優點。?

        聚亞鐵。將酸洗廢液和過量的清潔鐵屑、聚合劑、催化劑等混合,在一定條件下,可制得聚亞鐵混凝劑。與聚鐵相比,聚亞鐵離子不需酸化即可將高價金屬離子還原成低價金屬離子,如可將Cr(Ⅳ)還原成Cr(Ⅲ),該混凝劑在水中一部分電離,另一部分則以線性高分子狀態存在,具有電荷中和吸附架橋雙連功能,可與活性劑共用,可使膠體物質轉變為絮凝體,同時去除廢物中的Cu2+、Zn2+、Ni2+

        等金屬離子,成為高效電鍍廢水凈化劑。?

        聚氯硫酸鐵(PFCS)。利用硫酸鹽酸混酸溶解軋鋼廢鋼渣的溶出液等為原料,可制得聚氯硫酸鐵。這是新近研究成功的無機高分子混凝劑。它具有優異的電荷中和與吸附架橋功能,用于給水與污水處理時,混凝過程中所成的礬花大,沉降快,除磷效果好,沉降的污泥脫水性能好,無二次污染。而且該凈化劑生產工藝簡單,原料易得,生產成本低。與聚合氯化鋁(PAC)相比,達到相同水質的處理成本可降低30%左右,聚氯硫酸鐵在pH69范圍內具有良好的絮凝去濁性能。它的混凝效果優于聚鐵和三氯化鐵,可用于飲用水的處理。?

        另外,還有一些特殊用途的其它鐵鹽,主要有鋁鐵復鹽及其水解聚合物,它們可以預先分別羥基化聚合后再加以混合,也可以先混合再加以羥基化聚合,但最終總是要形成羥基化的更高聚合度的無機高分子形態,才會達到優異的絮凝效能,如聚合硫酸氯化鋁鐵(PAFCS),聚合硫酸鋁鐵(PFAS)等,它們對污水處理有獨特的效能,是其它混凝劑無法比擬的[3]。?

        總的來說,鐵鹽作為除磷的絮凝劑對受納水體的影響比鋁鹽和石灰都較小,是三者中最值得推廣應用的處理試劑。?

        3石灰?

        污水加石灰除磷時,主要有以下反應:?

        Ca2++HCO+OH=CaCO+H5Ca2+4OH

        3HPO2-4=Ca(OH)(PO4)3

        碳酸鈣這一反應很重要,原因是:有效的除磷所需要的石灰投加量主要取決于軟化和脫堿所消耗的石灰量;生成的碳酸鈣可以作為增重劑,有助于沉淀。特別是對高堿度廢水的處理,要求投加大量石灰將pH值調節至1011,在此氫離子濃度下,磷的沉淀才是有效的。只有在堿度非常低的廢水中,所用石灰才主要消耗在磷沉淀反應中。在用石灰沉淀除磷的工藝中,由于堿度的變化通常需要在實驗室進行處理能力的研究,以便獲得這種污水處理裝置工程設計所必需的資料。?

        現在,石灰作為化學混凝法除磷中的絮凝劑在國內外已經被廣泛采用,但一般只用于二級出水中,其污泥產量比采用其他絮凝劑時要多得多,而且還需配備汽提塔、污泥焚燒回收必需的相應設備和生產、運行經驗,不宜采用在現有污水廠改造上,但可以在新建污水廠中進行有益的嘗試[2]。石灰除磷對受納水體的影響是可降低暫時硬度,但可能會提高水體的堿度。?

        4結語?

        在磷的排放標準越來越嚴格而單純依*生物處理難于達標的情況下,化學法除磷的地位仍然不可替代,必須加強化學除磷工藝的科學研究工作,積極解決影響化學除磷技術應用的主要障礙因素。研究和發展的方向之一即開發和應用新的化學藥劑,力求降低藥劑費用,減少和妥善處理產生的污泥[4]。?

        ?

        參考文獻:?

        [1]陳華.化學沉淀法除磷與生物除磷的比較[J].上海環境科學,1997,166):33-35.?

        [2]徐豐果,羅建中.廢水化學除磷的現狀與進展[J].工業水處理,2003,235):18-20.?

        [3]舒燕.水處理中混凝劑的發展趨勢?[J].寶鋼科技,1999.,234-39.?

        [1]鄒維,張智.城市污水化學除磷的探討[J].重慶環境科學,2002,242):81-84.

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