晶析法脱磷的研究_赵庆祥

一130-工环1989年第9卷晶析法脱磷的研究赵庆祥郑月华(华东化工学院环境工程系)木文介绍了晶析法脱磷的基本原理及间歇和连续晶析脱碑试验情况。试验中研究了pH、.钙磷比、晶(种)磷比、搅拌时间和水力学停留时间对脱磷效果的影响。通过与石灰沉淀法相比较,证明晶析法具有方法简单,操作方便,脱磷效率高,渔最少等优点。晶析过程类似于热最传递的分子扩散过程,可用InC/oC二~Koae动力学方程表示,并求得晶析速度常数K。为3.8一4.0一、前言随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,排入水体的营养物质不断增加,地面水体富营养化趋势日益严重。对我国34个主要湖泊调查资料分析表明,目前处于贫一中营养、中营养状态的湖泊有15个,中富营养状态的湖泊10个,已达到富营养和重营养状态的湖泊有9个r”。除了湖泊外,我国沿海海域也陆续发生过红潮。富营养化是水体衰老的一种表现,对鱼类的生长和人体健康都有严重的危害。同时富营养化引起湖泊生态系统的变化,使淡水资源的贮存量减少。一般讲,水体中总磷超过20毫克/米3或无机氮超过300毫克/米“,即可认为水体处于富营养化`2’。对于人为的富营养化防治方法,着重于限制氮和磷进入水体的量。但是研究发现,一旦这种现象发生之后,对氮很难加以控制,因为富营养化的水中,以兰藻占优势的藻类群落能吸收空气中的氮,且死后亦分解释放出氮,供其它藻类吸收。由此可知,防止富营养化的关键在于控制磷。目前已基本普及二级水处理的发达国家,都把脱磷作为水处理的主攻目标之一。对脱磷的方法已进行过许多研究,归结起来,有化学法和生物法〔3,。化学法是向预先调节到一定pH的含磷废水中加入石灰、硫酸铝等沉淀剂,生成不溶性的磷郑合物沉淀而除去。这种方法除磷效率高,操作性能弹性大,但产生的污泥量多,运行费用高。70年代美国Spector发现〔幻,微生物在好气状态下能摄取磷,而在有机物存在的厌气状态下,则放出磷。但这种能摄取磷的微生物在一般的生物处理设施中占的比例小,脱磷效果只有10一30%。微生物经过厌气一好气不断的反复过程,会使磷积累菌增加,脱磷效果大大提高,从而使生物脱磷成为可能,这就是A/O系统脱磷的理论依据。A/O系统脱磷可利用现有生物处理设施,不需要增加更多的设备,减少化学污泥量,但操作控制比较复杂,脱磷效率比化学法低,一般只适用于含磷较低的生活污水。因此近年来晶析法脱磷逐渐受到人们的重视。晶析法脱磷理论上不产生污泥,操作简单,运行费用低廉,适用范围广,磷容易回收,是一种值得推广的经济有效的脱磷方法。本文研究了化学法和晶析法对不同含磷废水脱磷的操作工艺条件,比较了两种方法1988年10月7日收稿翱期__化工_呸保·131·J的脱磷效果,利用连续脱磷装置研究了晶析脱磷的动力学过程,测定了晶析速度常数。二、实验方法不称定区Ar,1.。亚备区1。晶析法脱磷的原理在碱性条件下,溶液中的PO:+和Ca升反应可以生成多种化合物,它们的化学式,溶度积和生成能如表1所示。称~~定.,区表1磷酸钙化合物的溶度积和生成能磷化物溶度积生成能一△q(千卡/摩尔)CaHPO`·ZHZOCaHI〕O`aC:(po`):Ca:11(POs)saC:HPO:(OH):以,。(01王)2(p仇)。10嘴·5`10一6。6`10一27.010一J6一,10一57·o10一1120。200。05一5。81一6.84一7。60一18。930030朵\祝御3袭件O。30.030。003溶娜度/曲线过饱和溶解度曲线101112OU.,HP甲.此O根据Oswtald法则,反应一开始并不立即到达最稳定状态,而是先生成稳定性差的化合物,然后变成稳定性高的化合物。由表1所列不同磷酸钙化合物的生成自由能可知,先生成一钙磷酸盐,最后变成经基磷酸钙〔Ca,。(OH):(pOJ)。〕,对生成物的分析结果表明这一推论是正确的〔5,。影响晶析反应的重要因素是结晶物质的溶解度和过饱和度。溶解度可以用表1的溶度积计算,经基磷酸钙具有比其他任何一种磷化合物小的溶解度。过饱和度一般由实测得到。经基磷酸钙的溶解度和过饱和溶解度曲线如图1所示。溶解度曲线左边称为稳定区,磷、钙等都以离子状态存在,不产生沉淀。过饱和溶解度曲线右边为不稳定区,到达这个区域时,迅速生成颗粒微小的经基磷酸钙沉淀,将磷除去。化学法利用这个原理,往溶液中投加过量石灰,使钙离子浓度超过饱和溶解度生成沉淀。溶解度曲线和饱和溶解度曲线之间的这个区称为亚稳区,虽然这时钙离子和磷酸根离子浓度都已超过溶度积,但不加入其他固体颗粒(晶种),通常图1经基磷酸钙的溶解度(Ca=切毫克/升)不会产生沉淀。晶析法脱磷则是往溶液中添加一种结构和表面性质与经基磷酸钙相似的固体颗粒,破坏溶液的亚稳态,而使经基磷酸钙以实用的速度结晶沉淀,从而达到脱磷目的。如图1中处于状态A的溶液