無機(jī)含磷氟污水處理電化學(xué)絮凝法

　　1、概述

　　面對(duì)日趨嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，三廢治理技術(shù)水平已成為制約磷復(fù)肥企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。在磷復(fù)肥生產(chǎn)過程中，不可避免地產(chǎn)生大量含磷氟污水，如何高效穩(wěn)定處理含磷氟污水已成為當(dāng)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(duì)水質(zhì)要求低，對(duì)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(yùn)行成本較高，出水水質(zhì)不太穩(wěn)定。

　　(2)吸附法對(duì)有機(jī)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(yùn)行成本較高，需要定時(shí)對(duì)填料進(jìn)行反沖洗，在吸附飽和后須對(duì)填料進(jìn)行再生或更換。

　　(3)離子交換法對(duì)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(yùn)行成本較高，離子交換樹脂很容易飽和，工業(yè)化應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。

　　(4)生物法依靠微生物除磷，需要?jiǎng)恿ο纳?，運(yùn)行費(fèi)用少，對(duì)有機(jī)磷處理效果好，但對(duì)無機(jī)磷處理效果不穩(wěn)定;受水質(zhì)限制，只有水中含有大量有機(jī)物時(shí)除磷效果比較好，對(duì)有機(jī)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(duì)無機(jī)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(yīng)用前景。但該方法目前尚不成熟，傳統(tǒng)技術(shù)投資成本比較大，運(yùn)行成本較高，設(shè)備制造困難。

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

　　2、實(shí)驗(yàn)研究方案

　　2.1 原料

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

　　2.2 工藝原理

　　電化學(xué)絮凝法處理無機(jī)含磷氟污水工藝是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被溶蝕，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程，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成沉淀物。

　　溶出的金屬鹽和羥基(OH-)相互結(jié)合生成氫氧化物，通過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(jié)構(gòu)后再吸附污染物。同時(shí)，通過電荷中和作用，將污染物集中到反向電荷的極板，無機(jī)含磷氟污水中帶電的污染物顆粒在電場中泳動(dòng)，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)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(biāo)。

　　電化學(xué)絮凝法含磷氟污水處理工藝的反應(yīng)原理如圖1所示。

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

　　(1)鋁片

　　(2)鐵片

　　2.3 電化學(xué)絮凝裝置

　　電化學(xué)絮凝裝置(見圖2)主體部件包括電化學(xué)絮凝反應(yīng)箱、極板、極性反轉(zhuǎn)整流器、極板清洗系統(tǒng)及輔助電源系統(tǒng)等。

　　電化學(xué)絮凝法處理無機(jī)含磷氟污水系統(tǒng)需要定期更換極板，為了操作的便利性，極板設(shè)計(jì)成組件結(jié)構(gòu)(見圖3)。同時(shí)采用極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)(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(yīng)后附著到極板形成結(jié)垢，采用極性反轉(zhuǎn)整流器周期性切換極板電絮凝屬性，緩解極板單級(jí)快速結(jié)垢現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，極性反轉(zhuǎn)周期根據(jù)待處理污水水質(zhì)情況調(diào)整。自動(dòng)清洗系統(tǒng)自動(dòng)感應(yīng)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(tǒng)抑制污染物附著到極板的同時(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)絮凝法處理無機(jī)含磷氟污水工藝流程如圖5所示。定量量取無機(jī)含磷氟污水，使用石灰乳調(diào)節(jié)污水pH值至6.15;設(shè)定電化學(xué)絮凝裝置電流值為5A，總反應(yīng)時(shí)間為45min，根據(jù)電化學(xué)絮凝裝置電壓變化情況啟動(dòng)極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)，每15s變更極板極性;電化學(xué)絮凝反應(yīng)結(jié)束后，污水送至高效絮凝沉降池中，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yàn)結(jié)果與討論

　　電化學(xué)絮凝法處理后的無機(jī)含磷氟污水水質(zhì)指標(biāo)如下:

　　上述實(shí)驗(yàn)結(jié)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。污水處理過程中絕干污泥產(chǎn)生量(按污水質(zhì)量計(jì)，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(jì)，電費(fèi)為0.935元/噸；加上電化學(xué)極板維護(hù)費(fèi)用、pH值調(diào)節(jié)費(fèi)用和聚丙烯酰胺費(fèi)用，電化學(xué)絮凝法污水處理裝置的總體運(yùn)行費(fèi)用約為1.5元/噸。

　　3、結(jié)論

　　前述實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。與傳統(tǒng)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單，運(yùn)行費(fèi)用低，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)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(fèi)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(zhuǎn)整流系統(tǒng)，自動(dòng)清洗系統(tǒng)和自動(dòng)控制微泡系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)中耗電量大、處理容量小、運(yùn)行周期短、極板替換難等技術(shù)問題，是最新一代較為成熟的電化學(xué)絮凝處理無機(jī)含磷氟污水技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。而且，研究“含磷氟污水處理工藝”堅(jiān)持“雙高一優(yōu)”(即“采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)”)的指導(dǎo)方針，符合大力開展科技創(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。(來源：貴州開磷集團(tuán)股份有限公司)