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化学除磷剂的选择与污水处理效果

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化学除磷剂的选择与污水处理效果

发布日期:2015-10-22 00:00 来源:http://www.yyyide.cn 点击:

  随着人们生活水平的不断提高和工业生产的快速发展,大量含磷生活污水、工业废水排入江河湖泊中,增加了水体营养物质的负荷,从而引起水体中藻类与水生植物异常繁殖,即水体的富营养化。研究表明,多数水体富营养化的控制因素是磷,因而废水除磷对防治水体富营养化至为重要。富营养化的主要危害是:引起水体含氧量急剧下降,导致鱼类、贝类等水生生物因缺氧死亡;恶化水源水质,增加水处理的难度和成本;降低水体的美学价值。磷与水体富营养化的密切关系已有大量的报道,特别是过量的磷在内陆水体引起水华,在海洋引起赤潮,危害水环境而日益受到关注。

  城市生活污水中的磷来源于粪便、食物残汁和洗涤剂,其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷,其中以正磷酸盐和聚磷酸占绝大多数,磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不溶性磷之间相互转化,但价态不会发生改变。

  发达国家对于除磷的研究和生产应用已有三十多年的历史,我国这方面的研究始于八十年代初。到目前为止,除磷效果较好、应用较多的是化学沉淀法除磷和生物法除磷。但由于生物法除磷是一个复杂的生物过程,pH 值、温度、DO、运行负荷、进水的水质和水量等很多因素都会影响整个系统的运行,而且还存在磷的重新释放造成二次污染的可能性,因此很难达到国家二级排放标准,就更不用说达到一级排放标准了。

  聚合氯化铝实物图

聚合氯化铝产品效果对比图.jpeg

  铝盐除磷的反应方程式如下:Al3++HnPO(3-n)4=AlPO4↓+nH+

  从这个反应式可以看出,除磷时n(Al3+)∶n(PO3-4)=1∶1,如果适当调节污水的 pH,实际能获得与此理论关系相近的结果。实践中,在不便进行过滤和调节的场合,必须投加过量铝盐,以利于除磷。

  铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水体时,一方面 Al3+ 与 PO3-4 反应,另一方面,Al3+ 首先水解生成单核络合物Al(OH)2+、 Al(OH)+2及 AlO-2 等,单核络合物通过碰撞进一步缩合,进而形成一系列多核络合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积,能迅速吸附水体中带负电荷的杂质,中和胶体电荷,压缩双电层及降低胶体 ξ 电位,促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀,表现出良好的除磷效果。铝盐适用 pH 为50~80,理想 pH 为58~69,最佳 pH 为632[2]。

  但由于长期以来,我国水处理工程中的除磷试剂不仅仍普遍采用铝盐混凝剂,而且很大部分是用废铝灰为原料制成的,其本身的卫生质量较差。而且铝是一种慢性毒物,因而作为水处理的混凝剂受到很大的局限。研究结果表明,经用铝盐混凝剂处理后出水中的铝含量大幅度增加,并且其中相当多的铝是易被人体(生物体)吸收和结合的铝。如果这种处理出水直接排入江河,将给下游的饮用水源造成污染。近代医学研究表明,铝随饮食进入人体后,能在一些组织和器官中积蓄,引发多种疾病。

  主要表现为:

  ① 铝积蓄于中枢神经中后会杀死神经元,使人的记忆力减退或丧失,引发早老性痴呆症等疾病。

  ② 铝易取代钙而进入骨质中,引起骨质疏松软化变形。

  ③ 使肾功能发生病变,如肾功能失调,肾衰竭及尿毒症。

  ④ 使血液和心血管发生病变。

  ⑤ 铝有细胞遗传毒性,对体细胞及生殖细胞有致突变作用。

  聚合硫酸铁实物图:

聚合硫酸铁.jpg

  铁盐除磷的反应方程式可表示如下:主反应:Fe3++PO3-4=FePO4↓Fe2++PO3-4=Fe3(PO4)2↓副反应: Fe3++3HCO-3=Fe(OH)3↓+3CO2

铁盐除磷的过程如下:溶于水中后,Fe3+一方面与磷酸根生成难溶盐,一方面通过溶解和吸水可发生强烈水解,并在水解的同时发生各种聚合反应,生成具有较长线性结构的多核羟基络合物,如Fe2(OH)4+2、 Fe3(OH)5+4、 Fe5(OH)6+9、 Fe5(OH)7+8、 Fe5(OH)8+7、 Fe6(OH)6+12、 Fe7(OH)9+12、 Fe7(OH)10+11、 Fe9(OH)7+20、 Fe12(OH)2+34等。这些含铁的羟基络合物能有效降低或消除水体中胶体的 ξ 电位,通过电中和,吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚,再通过沉淀分离将磷去除。铁盐最佳使用 pH 在8左右。

  传统的铁盐混凝剂有硫酸铁、三氯化铁硫酸亚铁等。硫酸铁工业品由于考虑纯度及卫生质量等问题很少采用。在实际较多使用的是三氯化铁,生产一吨无水三氯化铁要消耗0.55吨氯气,不仅生产成本高,价钱贵,由于氯气货源的限制,产品也很有限。此外液体三氯化铁运输和贮存存在较多问题,固体三氯化铁易潮解,要用密闭容器包装、运输、贮存,使用都很麻烦。

  新型的铁盐混凝剂主要有聚合铁盐和含铁无机高分子。聚合铁盐有聚合硫酸铁(PFS)、聚亚铁、聚氯硫酸铁(PFCS)等,是近年来发展较快的水处理混凝剂。

  聚合硫酸铁(PFS)又称碱式硫酸铁,简称聚铁。聚铁同传统的三氯化铁、硫酸铁等净水剂相比较,突出特点为:① 具有优良的凝聚性能,絮凝体形成速度快,密集度高且质量大,沉降速度快,尤其对低温低浊水有优良的处理效果;② 适用水体 pH 值范围广;③ 具有较强的去除水中 BOD、COD 及重金属离子的能力,并且有脱色、脱臭、脱水、脱油等功效,残留的铁离子少;④ 使用时腐蚀性小。实验表明,用聚铁净化水,不但不会增加亚硝氮及铁的含量,反而会降低它们的含量,因此它是优良的饮用水混凝剂。

  聚铁是在硫酸铁分子簇的网络结构中插入了羟基,形成以 OH- 作为架桥形成多核配离子,聚铁的盐基度越高,其分子聚合度越大,形成的羟基配合物就具有更多的电荷和更大的表面积,其絮凝性能也就更好,因此在聚铁生产基础上加入少量改性剂,使羟基更易插入硫酸铁的网状结构中就可制得改性的聚铁,其盐基度和聚合度更高,因而其絮凝效果大大优于普通的聚铁。生产聚铁是用磁铁矿粉、硫铁矿烧渣及炼钢烟渣等为原料,以废治废。由此可见,

  聚铁混凝剂及其生产方法有如下特点:

  ① 产品质量纯净,除了硫酸亚铁原料和空气外不加任何其它物质,这是特别清洁的生产工艺,产品的卫生质量;

  ② 生产工艺简单,速度快,成本较低,适用于各种规模的生产,尤其适用于大规模生产;

  ③ 无潮解性,运输、贮存、使用都方便;

  ④ 具有传统的三价铁盐的全部优点。

  在磷的排放标准越来越严格而单纯依生物处理难于达标的情况下,化学法除磷的地位仍然不可替代,必须加强化学除磷工艺的科学研究工作,积极解决影响化学除磷技术应用的主要障碍因素。研究和发展的方向之一即开发和应用新的化学药剂,力求降低药剂费用,减少和妥善处理产生的污泥。

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