石灰沉淀-结晶法处理高浓度含磷废水含磷废水净化技术废水净化技术环保技术环境保护网

文章摘要：[ 摘要 ]采用石灰沉淀与脱磷固定床结晶法技术处理高浓度含磷废水的试验结果与工程实践表明，该方法处理含磷废水除磷效率高，出

[ 摘要 ]
采用石灰沉淀与脱磷固定床结晶法技术处理高浓度含磷废水的试验结果与工程实践表明，该方法处理含磷废水除磷效率高，出水水质稳定，且可回用。

[ 正文 ]
    0　前言

    　　目前，国内外污水除磷技术主要有生物法、化学法两大类。生物法如A/O，A2/O，UCT工艺，主要适合处理低浓度及有机态含磷废水；化学法主要有混凝沉淀法、结晶法、离子交换吸附法、电渗析、反渗透等工艺，主要适合处理无机态含磷废水，其中混凝沉淀与结晶综合处理技术可以处理高浓度含磷废水且达到较高的除磷率，是一种可靠的高浓含磷废水处理方法。

    1　混凝沉淀法及结晶法除磷原理

    　　混凝沉淀法除磷即向含磷废水中投加混凝药剂，使水中的PO43-生成难溶盐，从水中沉降分离，达到除磷目的。

    　　10Ca2++2OH-+6PO43-→［Ca10(OH)2(PO4)6］↓?

    PKs≈90??［1］?

    ?Al3++PO43-→AlPO4↓?　　PKs≈23

    ?Fe3++PO43-→FePO4↓?　　PKs≈21??

    　　由上式看出，石灰沉淀法的脱磷率远高于铝、铁盐混凝法。但该法需控制pH至少大于9 ，当pH在11左右时重碳酸盐接近完全去除，除磷率可达90%。

    　　结晶脱磷即当废水呈碱性且Ca2+，OH-，PO43-在水中浓度相对较低时呈亚稳定状态，已投加Ca(OH)2的含磷废水流经含磷晶种的固定床反应器，在晶体表面生成羟基磷酸钙结晶并析出，从而将磷去除［2］。脱磷固定床反应器一般使用磷矿石或骨碳作为晶种，因其均含有磷、钙组分，会优先吸附水中的Ca2+，HPO42- ，PO43- 等在晶粒表面形成吸附浓缩层，其离子积［Ca2+］，［PO43-］，［OH- ］局部达到羟基磷酸钙的浓度积?Ls时，即可形成［Ca10(OH)2(PO4)6 ］沉积，因此晶粒起到催化反应的作用，加速结晶反应速度。使用石英砂作滤料时起始阶段除磷效果较差，当表面形成沉淀即［Ca10(OH)2(PO4)6］时，砂粒进入"成熟"阶段也能取得一定的除磷效果［3］。

    2　石灰沉淀法及脱磷固定床除磷试验

    2.1　石灰投量对石灰沉淀法除磷率的影响

    　　烧杯试验中，反应时间15 min，沉淀0.5 h。PO43-(以P计，下同)化验采用磷钼酸铵分光光度法。除磷效果见图1，图2。可见对于不同含磷浓度的原水，当Ca(OH)2投量达10000 mg/L，可得pH大于11，此时除磷率大于95%。但出水PO43-大于5 mg/L。由此可见，当Ca(OH)2投量大时，可形成速度较快的共聚沉淀且其上清液澄清。

图1　Ca(OH)2投加量与出水PO43-关系

    图2　Ca(OH)2投量为1000 mg/L时pH与出水PO43-关系

    2.2　pH对脱磷固定床除磷率的影响

    　　原水水质：PO43-=137 mg/L，pH=7.8，HCO-3=84 mg/L。试验条件：脱磷固定床直径100 mm×1200 mm，磷矿石粉d=0.4～0.6 mm，装高1000 mm，水力负荷SV=3.2 m3/(m2·h)。试验过程：向水样逐步投加Ca(OH)2调节pH，得出pH与废水剩余PO43-浓度及除磷率η关系，见图3。

    图3　脱磷固定床的除磷率与pH的关系

    　　由图3可知，当pH升高，磷的去除率也随之提高，这是因为Ca(OH)2的加入使［OH-］、［Ca2+］增大，易造成［Ca10(OH)2(PO4)6］晶体析出，除磷率随之增加。当pH在9.5左右时，磷的去除率随pH增加较缓慢，其原因可能是原水中碱度未完全消除，当pH＞9.5，Ca2+?与CO32-反应生成CaCO3，而影响整体的去除率。固定床除磷pH控制在9.5左右即可，此时磷的去除率可达90%～94%。过高的pH会造成投药量增加，而除磷率增加却很缓慢。

    2.3　水力负荷对结晶脱磷固定床除磷率的影响

    　　原水水质：PO43-=126 mg/L，pH=10.6，HCO-3=4 mg/L，改变水力负荷SV，并测定出水PO43-，得出水力负荷SV与出水余磷PO43-及除磷率η的关系，见图4。

    　　由图4可知，ＳＶ升高时，除磷率随之下降，这是因为SV升高，废水与晶种的接触时间减少，反应未能及时完成。当?ＳＶ=1.5～4 m3/(m2·h)?时，脱磷固定床有较高且稳定的去除率。即使当SV=5.2 m3/(m2·h)时，固定床去除率仍达91.8%，说明固定床是耐冲击负荷的。一般固定床除磷时水力负荷在5～6 m3/(m2·h)左右。

    图4　脱磷固定床的除磷率与SV的关系

    3　工程实践

    　　青岛某家电集团涂装工艺生产线的脱脂磷化废水水质为：SS=120 mg/L，pH=2～8.5，油类＜20 mg/L，Zn2+?=100～400 mg/L，PO43-(以P计)=300～900 mg/L，COD=8 0～250 mg/L，水量1 400 m3/d。采用混凝沉淀结晶综合方法处理该废水。工艺流程见图5。

    图5　青岛某集团家电涂装废水处理工艺流程

    　　流程说明：

    　　(1)竖流沉淀池反应器先投加Ca(OH)2调节pH大于11，辅助投加CaCl2，主要目的在于除磷，形成［Ca10(OH)2(PO4)6］沉淀。

    　　(2)该工艺可同时除Zn2+?，斜管沉淀池的预反应池投加FeSO4既可完成混凝反应，亦可回调pH，使Zn2+?形成Zn(OH)2沉淀，而不致使pH过高形成ZnO22-而溶解，使Zn2+?难以除尽。

    　　(3)工艺不设除碳酸池，因前述处理已将［HCO-3］降至对结晶除磷效率基本无影响的范围内。

    　　(4)进入脱磷固定床PO43-浓度较低，且杂质也很少。因此固定床运行周期较长( 约1周)。

    　　(5)本工艺兼除COD，SS和油类，去除效果佳，整个系统除磷率可达99.9%，出水水质稳定。

    　　该工艺废水逐段除磷效果见表1。

    　　表1　废水逐段除磷效果指标进水竖流沉淀池斜管沉淀池脱磷固定床 GB8978-96
    (一级)
    PO43-(以P计mg/L) 349 36 8.6 0.21 0.5
    COD(mg/L) 243 127 87.6 51.5 100
    Zn2+(mg/L) 126 34.7 8.5 0.48 2.0
    SS(mg/L) 120 81.0 28.2 15.0 70
    pH 7.8 11.26 10.6 2 10.62 6～9


    　　由表1可见，出水均达标，且该法的总运行费用(包括药剂费0.45元/m3，电费0.21 元/m3，人工费0.17元/m3，设备折旧费0.307元/m3)为1.137元/m3，出水可回用作冲洗水及绿地浇灌。

    4　结语

    　　石灰沉淀及脱磷固定床小试试验和工程实践表明，石灰沉淀法与结晶法处理技术工艺流程简单，所用沉淀剂石灰来源广泛；脱磷固定床结晶母体滤料磷矿石或骨碳等易取得，组合工艺除磷率高；该工艺可同时去除Zn2+?、悬浮物等，出水可回用。

    　　参考文献

    1　贝拉G利普泰克.环境工程师手册(水污染及其处理).北京：中国建筑工业出版社，1985
    2　(日)宗功宫编著.污水除磷脱氮技术.北京：中国环境科学出版社，1987
    3　(日)建设省土木研究所.ソン除去汇关する调查.昭和五十七年度下水道关系调查研究年次报告集.昭和五十八年七月


    　　

    　?◇作者通讯处：210096 东南大学环境工程系
    　?○电话：(025)3614262(H)
    　?○E-mail:linsheng-zh@263.net
    　?○收稿日期：2001-7-9

信息来源：《给水排水》2002 年第 5 期张林生　鞠宇