無(wú)機含磷氟污水處理電化學(xué)絮凝法

　　1、概述

　　面對日趨嚴峻的環(huán)保形勢，三廢治理技術(shù)水平已成為制約磷復肥企業(yè)可持續發(fā)展的關(guān)鍵因素。在磷復肥生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生大量含磷氟污水，如何高效穩定處理含磷氟污水已成為當前磷化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　目前，含磷氟污水處理方法主要有化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、生物法及電化學(xué)法等。

　　(1)化學(xué)沉淀法技術(shù)較為成熟，對水質(zhì)要求低，對高濃度含磷氟廢水處理效果好，但投資成本比較大，需要投加大量化學(xué)藥劑，運行成本較高，出水水質(zhì)不太穩定。

　　(2)吸附法對有機物、金屬離子、氟化物、磷酸鹽都有很高的去除效果，但投資成本比較大，運行成本較高，需要定時(shí)對填料進(jìn)行反沖洗，在吸附飽和后須對填料進(jìn)行再生或更換。

　　(3)離子交換法對污水中污染物去除率高，既能去除磷，也能去除其他鈣鎂等離子，但投資成本比較大，運行成本較高，離子交換樹(shù)脂很容易飽和，工業(yè)化應用難以實(shí)現。

　　(4)生物法依靠微生物除磷，需要動(dòng)力消耗少，運行費用少，對有機磷處理效果好，但對無(wú)機磷處理效果不穩定;受水質(zhì)限制，只有水中含有大量有機物時(shí)除磷效果比較好，對有機物含量低的高濃度含磷生產(chǎn)廢水處理效果不佳。

　　(5)電化學(xué)法對無(wú)機含磷氟處理效果較好，既有絮凝作用，又有氣浮效果，具有廣泛推廣應用前景。但該方法目前尚不成熟，傳統技術(shù)投資成本比較大，運行成本較高，設備制造困難。

　　為高效穩定處理無(wú)機含磷氟污水，改善廠(chǎng)區周邊水域環(huán)境，筆者研究了利用可溶性金屬陽(yáng)極在電解過(guò)程中產(chǎn)生的金屬氫氧化物絮凝處理無(wú)機含磷氟污水工藝，該技術(shù)將為磷化工企業(yè)污水處理開(kāi)辟一條新的途徑。

　　2、實(shí)驗研究方案

　　2.1 原料

　　實(shí)驗用的含磷氟污水及處理用的石灰乳和聚丙烯酰胺均由開(kāi)磷集團某污水站提供。其中污水水質(zhì)指標如下:

　　2.2 工藝原理

　　電化學(xué)絮凝法處理無(wú)機含磷氟污水工藝是以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下，陽(yáng)極被溶蝕，產(chǎn)生鋁鐵等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過(guò)程，轉變?yōu)楦鞣N羥基絡(luò )合物、多核羥基絡(luò )合物以至氫氧化物，利用溶出的金屬鹽和羥基(OH-)析出污染物并轉換成沉淀物。

　　溶出的金屬鹽和羥基(OH-)相互結合生成氫氧化物，通過(guò)氫氧化物的吸附力吸附污染物。氫氧化物逐漸形成較大尺寸的窗格子樣結構后再吸附污染物。同時(shí)，通過(guò)電荷中和作用，將污染物集中到反向電荷的極板，無(wú)機含磷氟污水中帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩聚沉，膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離。此外，由于陽(yáng)極的氧化作用和陰極的還原作用，能夠降低污水中氨氮等其他污染物指標。

　　電化學(xué)絮凝法含磷氟污水處理工藝的反應原理如圖1所示。

　　分別以鋁片和鐵片為例，其陽(yáng)極和陰極分別發(fā)生如下化學(xué)反應。

　　(1)鋁片

　　(2)鐵片

　　2.3 電化學(xué)絮凝裝置

　　電化學(xué)絮凝裝置(見(jiàn)圖2)主體部件包括電化學(xué)絮凝反應箱、極板、極性反轉整流器、極板清洗系統及輔助電源系統等。

　　電化學(xué)絮凝法處理無(wú)機含磷氟污水系統需要定期更換極板，為了操作的便利性，極板設計成組件結構(見(jiàn)圖3)。同時(shí)采用極性反轉整流系統(其工作原理如圖4所示)定期變更極板極性，廢水中的硬度成分在極板與溶出的金屬鹽反應后附著(zhù)到極板形成結垢，采用極性反轉整流器周期性切換極板電絮凝屬性，緩解極板單級快速結垢現象，實(shí)現裝置長(cháng)周期穩定運行，極性反轉周期根據待處理污水水質(zhì)情況調整。自動(dòng)清洗系統自動(dòng)感應極板的污染狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)清洗，采用自動(dòng)控制微泡系統抑制污染物附著(zhù)到極板的同時(shí)，最大限度降低因微泡干擾的通電效率。

　　2.4 工藝流程

　　電化學(xué)絮凝法處理無(wú)機含磷氟污水工藝流程如圖5所示。定量量取無(wú)機含磷氟污水，使用石灰乳調節污水pH值至6.15;設定電化學(xué)絮凝裝置電流值為5A，總反應時(shí)間為45min，根據電化學(xué)絮凝裝置電壓變化情況啟動(dòng)極性反轉整流系統，每15s變更極板極性;電化學(xué)絮凝反應結束后，污水送至高效絮凝沉降池中，并加入質(zhì)量分數為0.1%的聚丙烯酰胺，添加量為污水質(zhì)量的0.1%，攪拌沉淀20min，液固分離后送檢分析。

　　2.5 實(shí)驗結果與討論

　　電化學(xué)絮凝法處理后的無(wú)機含磷氟污水水質(zhì)指標如下:

　　上述實(shí)驗結果顯示，采用電化學(xué)絮凝法處理后的含磷氟污水中，磷去除率為99.85%，氟去除率為99.39%，磷氟去除效果顯著(zhù)。污水處理過(guò)程中絕干污泥產(chǎn)生量(按污水質(zhì)量計，下同)為36kg/t；直接電耗1.87kW·h/t，電價(jià)按0.5元/(千瓦·時(shí))計，電費為0.935元/噸；加上電化學(xué)極板維護費用、pH值調節費用和聚丙烯酰胺費用，電化學(xué)絮凝法污水處理裝置的總體運行費用約為1.5元/噸。

　　3、結論

　　前述實(shí)驗結果顯示，電化學(xué)絮凝法含磷氟污水處理工藝具有非常好的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和生態(tài)效益。與傳統的含磷氟污水處理方法相比，電化學(xué)絮凝法含磷氟污水處理工藝流程簡(jiǎn)單，運行費用低，最大限度地實(shí)現節能，最低限度地使用化學(xué)藥品，最小限度地使用人力;污泥產(chǎn)生量少，減少了廢渣的處置費用，提高了污水處理后循環(huán)再利用的可能性。同時(shí)，該電化學(xué)絮凝裝置采用極性反轉整流系統，自動(dòng)清洗系統和自動(dòng)控制微泡系統，解決了傳統電絮凝技術(shù)中耗電量大、處理容量小、運行周期短、極板替換難等技術(shù)問(wèn)題，是最新一代較為成熟的電化學(xué)絮凝處理無(wú)機含磷氟污水技術(shù)，具有廣闊的應用前景。而且，研究“含磷氟污水處理工藝”堅持“雙高一優(yōu)”(即“采用高新技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構和技術(shù)結構”)的指導方針，符合大力開(kāi)展科技創(chuàng )新和技術(shù)改造探索磷化工行業(yè)含磷氟污水深度凈化治理的方針政策。(來(lái)源：貴州開(kāi)磷集團股份有限公司)