【水處理】專(zhuān)項(xiàng)污染物處理之無(wú)機(jī)磷篇

磷是一種活潑元素,在自然界中不以游離狀態(tài)存在。磷是植物和動(dòng)物生長(zhǎng)的基本養(yǎng)料,并和氮一樣是通過(guò)分解和光合作用而循環(huán)的。磷主要以磷酸鹽形式在地表水和地下水中出現(xiàn)。在水中,磷離子以H2PO4-還是HPO42-形式存在,這取決于pH值,當(dāng)pH值在2-7之間,水中的磷酸鹽離子多數(shù)以H2PO4-離子形式存在,而pH值在7-12之間,則多數(shù)以HPO42-離子形式存在。

在污水中,磷主要以正磷酸鹽離子、聚合磷酸鹽或縮合磷酸鹽及有機(jī)磷化合物的形式出現(xiàn)。磷的主要形式為正磷酸鹽,它能以不同的化學(xué)形式出現(xiàn),隨污水的pH值而定。對(duì)城市污水通常的pH范圍(接近中性)來(lái)講,正磷酸鹽的主要形式是HPO42-。在水溶液中,聚合磷酸鹽逐漸水解成正鹽的形式。提高溫度,降低pH或者存在細(xì)菌酶時(shí)將加速此化學(xué)還原速度。在污水生物處理過(guò)程中,有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成正磷酸鹽,聚合磷酸鹽也被水解成正鹽形式。用化學(xué)方法從污水中除磷時(shí),這種還原現(xiàn)象非常有利,因?yàn)檎姿猁}是最容易進(jìn)行化學(xué)沉淀的磷。

一、處理技術(shù)

1、磷的化學(xué)沉淀

多價(jià)金屬陽(yáng)離子(鋁、鈣和鐵)均可與磷生成不溶性沉淀物。一般來(lái)說(shuō),化學(xué)沉淀法除磷程度是以下四種因素的函數(shù):

1、開(kāi)始的磷濃度;

2、沉淀用的陽(yáng)離子濃度;

3、與磷爭(zhēng)奪陽(yáng)離子產(chǎn)生沉淀的其他陰離子濃度;

4、廢水的pH值。

鋁和鐵在水溶液中有水解的趨勢(shì),引起氫氧根離子和磷酸根離子爭(zhēng)奪金屬離子產(chǎn)生沉淀。因此,除磷效率取決于溶液中這二種陰離子的相對(duì)濃度,從而取決于pH 值。更確切地講,pH下降,即氫氧根減少,有利于金屬陽(yáng)離子的磷酸鹽沉淀。用鈣離子作沉淀劑時(shí),爭(zhēng)奪鈣的主要是磷酸根和碳酸根這兩種陰離子。同樣,除磷效率取決于存在的陰離子的相對(duì)濃度和pH值,羥值磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6是最穩(wěn)定的固態(tài)磷酸鈣。

2、磷的加鋁沉淀

在適宜的pH條件下,生成磷酸鹽沉淀所需要的鋁離子,除磷時(shí)Al與PO43-物質(zhì)的量比約為1:1,實(shí)踐中,在不便進(jìn)行過(guò)濾和調(diào)節(jié)pH的場(chǎng)合時(shí),必須投加過(guò)量鋁,這樣有利于除磷。磷的化學(xué)沉淀過(guò)程有兩個(gè)階段:1、通過(guò)使用化學(xué)沉淀劑,磷必須變成不溶性質(zhì);2、必須能用沉淀或者過(guò)濾的方法將沉淀物從溶液中去除。投加各種聚合電解質(zhì)或過(guò)量金屬離子所生成的金屬氫氧化物,可使不溶性金屬磷化物微粒聚集成容易沉淀或容易過(guò)濾的大顆粒。利用明礬,即水合硫酸鋁,可以從含磷量為10mg/L的污水中去除85%的磷,需要加入的明礬量為:16×10=160mg/L。

3、磷的加鐵沉淀Fe3+和Fe2+兩種離子在磷的沉淀方面都是有效的。

用三價(jià)鐵除磷時(shí),Fe3+和PO43-的物質(zhì)的量比為1:1時(shí),Fe與P的質(zhì)量比為1．8:1。用亞鐵離子可以生成不溶性磷酸亞鐵,Fe和PO43-物質(zhì)的量比為3:2。與加鋁時(shí)的反應(yīng)相似,實(shí)際應(yīng)用中要加過(guò)量的鐵,即加鐵量應(yīng)大于化學(xué)計(jì)算值,以保證達(dá)到所要求的除磷率,用鐵來(lái)除磷還取決于pH,對(duì)于三價(jià)鐵離子,最適合的pH范圍為4．5-5．0,而對(duì)于二價(jià)鐵離子則為7．0-8．0。沉淀磷用的鐵化合物通常有硫酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵和廢酸洗液。由于亞鐵鹽呈酸性,需投加石灰或氫氧化鈉以有效地除磷。若污水加入亞鐵離子后進(jìn)行曝氣,就可能不需要使用中和酸的化學(xué)藥劑。

4、磷的加石灰沉淀

污水加石灰除磷時(shí),可沉淀出羥基磷灰石。除了此沉淀外,石灰還將與污水中的堿度和硬度反應(yīng)生成碳酸鈣,生成碳酸鈣的這一反應(yīng)很重要,理由有二:1、有效地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;2、生成的碳酸鈣可以作為增重劑,有助于沉淀而使污水澄清。高堿度廢水要求投加大量石灰將pH調(diào)至10-11,在此氫離子濃度下,磷的沉淀是有效的。只有在堿度非常低的廢水中,所用的石灰才主要消耗在磷沉淀反應(yīng)中。在用石灰沉淀磷的工藝中,由于堿度的變化,通常需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理能力的研究,以便獲得這種污水處理裝置工程設(shè)計(jì)所必需的資料。

化學(xué)沉淀除磷通過(guò)控制沉淀用的陽(yáng)離子濃度和廢水的pH值,可以將廢水中的大部分磷通過(guò)沉淀和過(guò)濾的方式脫出系統(tǒng)之中,但由于投加比例的不同和工藝的原理限制等原因,化學(xué)沉淀達(dá)到的除磷百分率在75-95%之間,對(duì)于現(xiàn)行的磷排放指標(biāo)來(lái)講,僅靠化學(xué)沉淀是不能滿(mǎn)足環(huán)保需求的。

二、深度除磷材料FERROLOX?

FERROLOX?是一種特別工藝制成的顆粒狀氫氧鐵,是從水中去除磷酸鹽的最有效也是最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的介質(zhì)材料。pH值和濃度對(duì)氫氧化鐵的吸附能力有很大的影響。FERROLOX?獨(dú)特的吸附性能可以使殘留的磷酸鹽濃度達(dá)到小于0．05ppm。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3838-2002中地表Ⅰ類(lèi):主要適用于源頭水、國(guó)家自然保護(hù)區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)),可滿(mǎn)足國(guó)家磷排放指標(biāo),同時(shí),FERROLOX?可重復(fù)使用,,經(jīng)濟(jì)高效。