無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(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前磷化工領(lǐng)域的研究熱點。

　　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(wěn)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，需要定時對填料進行反沖洗，在吸附飽和后須對填料進行再生或更換。

　　(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，離子交換樹脂很容易飽和，工業(yè)化應(yīng)用難以實現(xiàn)。

　　(4)生物法依靠微生物除磷，需要動力消耗少，運行費用少，對有機磷處理效果好，但對無機磷處理效果不穩(wěn)定;受水質(zhì)限制，只有水中含有大量有機物時除磷效果比較好，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(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，運行成本較高，設(shè)備制造困難。

　　為高效穩(wěn)定處理無機含磷氟污水，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、實驗研究方案

　　2.1 原料

　　實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)絮凝法處理無機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，通過電荷中和作用，將污染物集中到反向電荷的極板，無機含磷氟污水中帶電的污染物顆粒在電場中泳動，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。

　　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)計成組件結(jié)構(gòu)(見圖3)。同時采用極性反轉(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，緩解極板單級快速結(jié)垢現(xiàn)象，實現(xiàn)裝置長周期穩(wěn)定運行，極性反轉(zhuǎn)周期根據(jù)待處理污水水質(zhì)情況調(diào)整。自動清洗系統(tǒng)自動感應(yīng)極板的污染狀態(tài)并進行自動清洗，采用自動控制微泡系統(tǒng)抑制污染物附著到極板的同時，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)絮凝法處理無機含磷氟污水工藝流程如圖5所示。定量量取無機含磷氟污水，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)時間為45min，根據(jù)電化學(xué)絮凝裝置電壓變化情況啟動極性反轉(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)量分數(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 實驗結(jié)果與討論

　　電化學(xué)絮凝法處理后的無機含磷氟污水水質(zhì)指標如下:

　　上述實驗結(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，下同)為36kg/t；直接電耗1.87kW?h/t，電價按0.5元/(千瓦?時)計，電費為0.935元/噸；加上電化學(xué)極板維護費用、pH值調(diào)節(jié)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(jié)論

　　前述實驗結(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)濟效益、社會效益和生態(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，運行費用低，最大限度地實現(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用，提高了污水處理后循環(huán)再利用的可能性。同時，該電化學(xué)絮凝裝置采用極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)，自動清洗系統(tǒng)和自動控制微泡系統(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：貴州開磷集團股份有限公司)