氧化鎂煙氣脫硫廢渣用于廢水除磷

廢水除磷的方法大體分為物化除磷和生化除磷兩類(lèi)。生化除磷成本較低，但有一定的局限性，只適用于磷濃度較低的水體；物化除磷則可應用于高濃度的含磷廢水，但其處理成本較高。開(kāi)發(fā)一種低廉的物化除磷藥劑已成為亟待解決的問(wèn)題。

鎂鹽在廢水除磷領(lǐng)域中的應用已經(jīng)非常廣泛。鎂離子可與磷酸根和銨根離子反應生成磷酸銨鎂。氧化鎂、氯化鎂、氧化鎂廢渣、苦土等均可作為鎂源使用。目前熱電廠(chǎng)逐漸推廣應用濕式氧化鎂法煙氣脫硫工藝，其脫硫廢渣中含有氧化鎂、氫氧化鎂、硫酸鎂、硅藻土等（Mg、Ca、S 的質(zhì)量分數分別為9%~11%、2%~3%、0.1%~0.3%），在酸性條件下釋放出鎂離子和鈣離子，可分別與磷酸根反應生成磷酸鹽（磷酸鎂的Ksp為1.04×10-24 ，磷酸鈣的Ksp為2.07×10-33），形成穩定的沉淀物而被去除。因此，氧化鎂法煙氣脫硫廢渣（MDWR）在廢水除磷方面具有較好的應用前景。

1 實(shí)驗部分

1.1 實(shí)驗藥品

氧化鎂煙氣脫硫廢渣（含水率30%），南通醋酸纖維有限公司提供。硫酸（質(zhì)量分數98%）、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、酒石酸銻氧鉀、鉬酸銨、鹽酸、甲酸、乙二胺四乙酸、過(guò)硫酸鉀、酚酞、硝酸等均為分析純，購自南京化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗方法

廢渣除磷工藝過(guò)程分兩步：（1）加酸溶解廢渣，釋放鎂離子和鈣離子；（2）調節pH 至堿性，通過(guò)化學(xué)沉淀、吸附去除磷酸根。典型的實(shí)驗操作如下：按照10 g/L 向含磷廢水（總磷為807 mg/L）投加廢渣，加入硫酸（1 g/L），靜置下溶解5 min，產(chǎn)生Mg2+、Ca2+等，用NaOH 調節溶液pH 至10~11，沉淀5 min。過(guò)濾后檢測濾液中總磷，計算磷去除率。

1.3 分析方法與儀器

（1）用PE ICP-OES Optima 2100（美國鉑金埃爾默公司）檢測水溶液中的金屬離子。ICP-AES 工作參數：等離子氣流量1.5L/ min，輔助氣流量0.2L/ min，霧化器流量0.80L/ min，徑向觀(guān)察高度15 mm，積分時(shí)間3 s（取3次測量平均值），射頻功率1 300W。元素波長(cháng)（nm）：P 213.617，Mg 285.213，Fe 238.205，Ca317.933。等離子體氣、輔助氣、霧化氣均采用Ar 氣。

（2）用配備X 射線(xiàn)能譜分析儀（EDAX）的卡爾·蔡司EVO18 掃描電鏡（SEM）分析廢渣的表面形貌和元素組成。

（3）用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）檢測濾液中的總磷。

（4）MDWR 的元素組成分析見(jiàn)文獻。

（5）MDWR 的比表面積：熱電廢渣于105 ℃干燥2 h 后，用NOVA 型BET 液氮比表面積分析儀（美國康塔儀器公司）分析比表面積。

2 結果與討論

2.1 MDWR形貌分析

為了解MDWR 的微結構，用掃描電鏡對樣品進(jìn)行分析，如圖1 所示。與硅藻土對比可知，MDWR 主要由硅藻土組成，其表面覆蓋著(zhù)脫硫產(chǎn)物，表面微孔孔徑約為300~400 nm。經(jīng)BET 法分析，廢渣比表面積約為20 m2/g，具有較好的吸附性能。

2.2 硫酸用量對鈣鎂離子析出濃度的影響

MDWR 中的鈣、鎂主要以碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鎂等固體形式存在，為析出鈣鎂離子，可用酸溶解MDWR。實(shí)驗中控制酸溶解時(shí)間為30 min，MDWR懸濁液質(zhì)量濃度為10 g/L，改變硫酸用量〔m（硫酸）∶m（MDWR）=0~1∶50〕對MDWR 進(jìn)行酸解。酸解結束后過(guò)濾，用ICP 分析濾液中的鈣鎂離子，探討硫酸用量對鈣鎂離子析出量的影響，如圖2 所示。隨著(zhù)硫酸用量的增加，析出的Ca2+、Mg2+不斷增加。當硫酸與MDWR 的質(zhì)量比為1∶100 時(shí)，Mg2+、Ca2+的質(zhì)量濃度達到最大值，分別約為1 000 mg/L 和300 mg/L。

2.3 酸解時(shí)間對鈣鎂離子析出濃度的影響

控制m（硫酸）∶m（MDWR）=1∶100，MDWR 質(zhì)量濃度為10 g/L，考察酸解時(shí)間（1~7 min）對鈣鎂離子析出濃度的影響，見(jiàn)圖3。隨著(zhù)酸解時(shí)間的增加，鈣鎂離子濃度不斷提高。酸解時(shí)間超過(guò)4 min 后，鈣鎂離子不再增加。確定最佳的酸解時(shí)間為4 min。

2.4 MDWR 用量對磷去除率的影響

MDWR 除磷過(guò)程見(jiàn)圖4。酸解后產(chǎn)生的鈣鎂離子與水中的磷酸根反應，生成磷酸鎂、磷酸鈣沉淀。同時(shí)，MDWR 對鈣鎂離子與磷酸根具有良好的吸附作用，離子得到富集，沉淀速度較快。

控制m（硫酸）∶m（MDWR）=1∶100，酸解時(shí)間5 min，沉淀除磷的pH 為10，考察MDWR 質(zhì)量濃度（2~20 g/L）對磷去除率的影響（見(jiàn)表1）。結果顯示，磷的去除率隨廢渣投加量的增加而增加，當MDWR達到10 g/L 時(shí)，磷去除率達到95.34%，此后繼續增加MDWR，磷去除率增加不大。從工程應用角度考慮，MDWR 最佳投加質(zhì)量濃度約為10 g/L。

2.5 沉淀反應pH 對磷去除率的影響

控制m（硫酸）∶m（MDWR）=1∶100，酸解時(shí)間為5 min，沉淀反應時(shí)間為15 min，考察沉淀pH（3~14）對磷去除率的影響，見(jiàn)表2。由表2 可知，沉淀過(guò)程的pH 對廢水中磷的去除率影響很大。在低pH 條件下，磷以H3PO4、H2PO4-、HPO42-等形式存在，難以形成沉淀，因此磷去除率很低。隨著(zhù)pH 從3 增到10，PO43-不斷沉淀，磷的去除率也由20%增加到99.4%。當pH 繼續升高后，隨著(zhù)水中OH-濃度提高，Ca2+和Mg2+開(kāi)始轉化為Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀，磷的去除率開(kāi)始下降。因此，最佳除磷pH 為10 左右。

2.6 沉淀時(shí)間對磷去除率的影響

控制m（硫酸）∶m（MDWR）=1∶100，酸解時(shí)間為5 min，沉淀pH 為10，考察沉淀時(shí)間（1~7min）對磷去除率的影響，見(jiàn)表3。由表3 可知，磷酸鹽的沉淀反應十分迅速，3 min 時(shí)磷去除率已經(jīng)達到98%以上。從工程實(shí)際考慮，最佳沉淀反應時(shí)間約為5 min。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.7 除磷費用比較

MDWR 為熱電廢棄物，價(jià)格十分低廉。相比較市場(chǎng)上其他除磷劑，MDWR 除磷費用較低，見(jiàn)表4。MDWR 的循環(huán)利用不僅節約了廢棄物的處置費用，保護環(huán)境，還將為企業(yè)創(chuàng )造可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

3 結論

（1）用MDWR 處理總磷為807 mg/L 的廢水，在MDWR 用量為10 g/L、硫酸用量為1 g/L、酸解時(shí)間為5 min、沉淀pH 為10~11，沉淀時(shí)間為5 min 時(shí)，磷去除率最高可達99.4%。

（2）MDWR 除磷費用比同類(lèi)除磷劑低，不僅可解決廢棄物的處置難題，還可給企業(yè)創(chuàng )造經(jīng)濟效益，具有良好的發(fā)展前景。