【化学论文】对含磷高硬度废水中磷的电化学脱除的文献综述

【内容摘要】:水中磷元素的增加会加快水体富营养化，导致藻类过度繁殖，这种现象在我国越来越明显。因此，降低水中磷含量，对水质、环境有极其重要的意义。,　　　目前，国内外的废水除磷法主要有生物法和化学法两大类。生物法包括法、法、Bardenpho 法、Phoredox 法、UCT工艺以及SBR 工艺等，主要用于低浓度和有机态含磷废水。化学法主要包括吸附法、结晶法、离子交换法、沉淀法等。主要使用与无机态的含磷废水。本文主要通过对各种除磷方法的介绍，确定除磷的最佳方法。,【关键词】：除磷 化学法,导言,　　　磷是水生植物生长所需的关键营养元素之一,是必不可少的。但如果水体中磷含量过高，就会导致水体富营养化。而随着人们对自然环境开发活动日益增加，使大量含磷酸盐的生活污水、工业废水排入江河湖泊中, 增加了水体营养物质的负荷,导致了水体富营养化。,　　　近年来，我国水体富营养化的现象有愈来愈严重的趋势。这不仅给工业、水产业、农业以及旅游业都带来了极大的危害，也对社会的发展、人们的生活以及生态环境带造成了一定程度的危害。因此，如何有效降低污水中磷的浓度，对消除污染，保护环境，具有十分重要的意义。,正文,废水除磷常用方法,1.1 生物除磷法,　　　生物法除磷技术于20世纪80年代在欧洲得到了较广泛的应用。生物除磷法是利用微生物并在厌氧环境下完成磷的释放，使废水中的磷转化到生物体内，并在好氧条件下完成磷的过量吸收过程。,　　目前，研究较多的是聚合磷酸盐累积微生物在厌氧好氧条件下释磷、聚磷原理和兼性厌氧硝化菌(DPS)在缺氧(无，而存在)的环境下摄磷原理。大致工艺图如图1所示：,　　⑴法,　　　在此方法中，含磷的微生物在厌氧的条件下进行内源呼吸，然后释放出磷。紧接着，在好氧条件下，微生物摄取大量磷并在体内转化。典型法工艺如图2所示：,⑵法,　　　相对于法而言，法增加了缺氧除磷阶段，并使好氧区的混合液回流到缺氧区，因此就让厌氧、缺氧、好氧的微生物菌群有机配合起来，达到除磷脱氮的功能。此方法在除磷的同时，缩小了曝气池的体积，也降低了剩余高浓度含磷污泥量。据研究可知，法具有更好的实用性，但是一般得在高负荷状态下才能达到较理想的除磷效果，并且同时须提高混合液的回流量。,　　　⑶Bardenpho 法,　　　Bardenpho 法由两个工艺串联而成，一共四个反应池。研究表明，废水的反硝化程度越高，废水的除磷效果就越好，但也要求增大厌氧池的容积。Bardenpho法具有较好的除磷效果（大约为97%）,　　　⑷ Phoredox 法,　　　Phoredox工艺是生物法和化学法的结合，是对Bardenpho工艺的改善。它是在第一厌氧区前面增加了一个厌氧发酵区。其主要作用部分为活性污泥曝气池。实践证明，Phoredox工艺具有较高的除磷效果，而且运行费用低。,　　　⑸UCT工艺,　　　在上述的工艺中，污泥一般是直接回流到厌氧池，但是很难保证回流污泥中不才存在任何的硝酸盐及亚硝酸盐，这会对厌氧池造成损害。而UCT工艺则是把沉淀池的回流污泥回流到厌氧池，接着再由厌氧池将混合液回流到厌氧池。而在厌氧池内反硝化作用相对完全，而缺氧池的硝酸盐浓度很低，当混合液从缺氧池回到厌氧池，因此在厌氧池中的硝酸盐浓度非常低。这样就可以保证理想的厌氧条件。也就因为这样，此工艺是目前应用最为广泛的生物除磷工艺。,　　　⑹SBR 工艺,　　　SBR工艺是一个间歇式的活性污泥系统，反应均在同一个池中完成。此工艺运行简单，占地少，并且耐冲击负荷，又可抑制丝状菌的膨胀，同时除磷效果较好。,　　　使用生物除磷时，同时须满足以下几个条件：,　　　①废水处理过程中存在着聚磷菌；,　　　②废水处理过程中存在厌氧期和好氧期；,　　　③废水处理过程中存在易生物降解物质和相对较高的磷含量。,　　　相对而言，生物除磷法是较为经济的，但同时也存在着许多问题。首先，它对反应条件的改变较为敏感。其次，生物除磷必须保持在非常低的出水悬浮物浓度。再者，它的污泥存在难处理的问题。再有就是除磷效率一般只有30%-40%。,1.2 膜技术除磷,　　　膜技术多应用于废水的生物处理，用膜组件代替二沉池，提高了泥和水的分离率。并且通过增大曝气池中活性污泥浓度，从而提高反应的速率，减少污泥的产量。,　　　就经济角度而言，运用单一的膜技术除磷几乎是不可能的。因此，膜技术也仅作为一种特殊用途的除磷方法。,1.3 化学除磷法,1.3.1 化学除磷法的特点,⑴除磷效果,　　　化学除磷法效果优于生物除磷法，并且稳定可靠。一般来说，出水中磷的含量可小于。当采用化学法与后续生物法处理相结合后，出水的磷含量可达到的排放标准。而当在化学法后增加出水过滤时，出水的磷含量可以达到。,⑵值,磷的去除效率取决于磷酸盐的溶解度，利用与磷酸盐浓度的变化关系可以优化反应器的除磷效率。研究表明，当调节到中性水平（6-8）时，污水中的磷酸盐浓度将降低到一个较低的水平。,　　　化学沉淀法是一种实用又有效的技术，它的优点是：操作简单，除磷效果达80%—90%。且效果较稳定，不易因重新放磷而导致二次污染。及时进水的浓度有较大波动，仍然有较好的除磷效率。,1.3.2化学除磷法分类,⑴离子交换法,　　离子交换法是用多孔的阴离子交换树脂，选择性地吸收了污水中的磷，再将之去除。但是此方法存在药物易中毒、交换容量低以及选择性差等一系列的问题，所以这种方法很难得到实际应用。,　　⑵吸附法,　　吸附法是利用吸附剂和污水中磷之间发生的一系列化学反应得到除磷的效果。一些天然的物质以及工业炉渣对磷有一定的吸附作用，而且成本低。但是这个方法的缺点是吸附的容量低，而且吸附剂费用太高。,　　⑶结晶法,　　结晶法是利用污水中的磷酸盐、钙盐和氢氧根反应生成羟基磷灰石的反应，以此来除去磷酸盐，达到除磷的效果。,但是采用此法除磷，磷仅仅在表面析出、使晶核变大，而且此反应对进水的值要求较高（须呈碱性），同时对钙离子的浓度也有相应的要求。同时满足这些条件，成本过高，因此不实际。,⑷化学沉淀法,化学沉淀法是最早采用和应用最广泛的除磷方法。该法磷的去除率在75%左右,处理效果稳定，系统操作易于自动化。其原理是污水中的阳离子或者投加的阳离子与污水中的磷酸根反应，生成难溶性的金属盐，同时由于污水中氢氧根的存在，最终产生氢氧化物絮状体，从而达到除磷的目的。化学沉淀法除磷工艺可分为预沉淀、同步沉淀、后沉淀及两点加药工艺，其工艺流程如图3所示：,　最常用的混凝剂有铝盐、钙盐、铁盐三种。以钙盐为例，化学反应如下所示：,1.3.3 化学法除磷之电化学除磷法,　　电解法是一种高效的污水处理技术，占地面积少并且操作简单，还综合了絮凝、沉淀和气浮等多种方法。与生物法相比，电解法去除率比较高、选择性好、水力停留时间短等优点。较之常规的化学沉淀法，电场以及气浮的作用提高了颗粒物混凝效率，出水中总溶解性的固体较少，而且电解法污泥的含水率也较低，污泥利用前景好。因此，近年来采用电解法对不同类型的废水进行处理的研究和应用越来越广泛。,　　电化学除磷法的原理是通过调整反应过程中的主要运行参数，间歇性调换电极来时实现电解的过程，使得在通一个电解槽中不用添加药剂而达到除磷的目的。,总结,　　目前广泛应用于除磷的方法有生物法和化学法两种，但生物法对磷虽然有一定的去除率，但是存在费用高、产生大量难处理的污泥、反应过程稳定性差的问题。而电化学技术有稳定、高效、方便等优点，能够克服上述技术中难以解决的问题。从目前现有的文献来看，电化学方法除磷的去除效果是比较令人满意的。,　　污水的除磷技术一直是水体保护的重点和难点，而电化学方法因为其固有的优点，逐步成为污水处理技术重要的发展方向之一。随着电化学技术的发展，相信会出现越来越多新型的电化学除磷反应器，并且逐渐在实际中得到应用。,参考文献,[1]骆斌, 刘水清, 蒋志敏. 城市生活污水除磷技术的研究进展 [J]. 安徽农业科技, 2010, 39(9): 4769-4774.,[2]张丽, 何仁江. 城市污水除磷方法概述[J]. 广州化工, 2013, 41(15): 179-181.,[3]魏双勤, 刘媛. 废水除磷方法与原理的研究进展[J]. 中国环保产业, 2010, (10): 28-34.,[4]侯红娟, 周琪. 城市污水除磷技术发展[J]. 四川环境, 2004, 23(6): 41-49.,[5]王荣斌, 李军, 张宁, 宋玮华, 何恒海. 污水生物除磷技术研究进展[J]. 环境工程, 2007, 25(1): 84-88.,[6]吴燕, 安树林. 废水除磷方法的现状与展望[J]. 天津工业大学学报, 2001, 20(1): 74-78.,[7]张雪影. 污水的除磷技术概述[J]. 华辛, 209, (12): 157-158.,[8]贾晓燕. 废水除磷技术的研究进展[J]. 重庆环境科学, 2003, 25(12): 191-192.,[9]牛艳红. 污水处理中除磷方法的利弊分析[J]. 河北工业科技, 2006, 23(6): 256-284.,[10]杨焱明, 刘树元, 郑显鹏, 刘庆, 杜斌. 污水除磷技术现状及发展趋势[J]. 济南大学学报(自然科学版), 2008, 22(2): 165-170.,[11]孙梦, 张培玉, 张晨. 城市污水的除磷技术分析[J]. 水处理技术, 2010, 36(8): 16-20.,[12]ZHANG, Jin, SUN, Yu-xin, HUANG, Zhi-feng, LIU, Xing-qin, MENG, Guang-yao. Treatment of phosphate-containing oily wastewater by coagulation and microtiltration[J]. Journal of Environmental Science, 2006, (4): 629-633.,[13]尚晓, 王欣泽, 王美玲, 孔海南. 高浓度含磷废水的电解除磷技术研究[J]. 净水技术, 2009, 28(9): 43-46.,[14]NING, Ping, BART, Hans-J(o)rg, LI, Bing, LU, Xiwu, ZHANG, Yong. Phosphate removal from wastewater by model-La(III) zeolite adsorbents [J]. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES, 2006, (6): 670-674.