电化学絮凝法处理无机含磷氟污水工艺研究

２０１８年第４期硫磷设计与粉体工程ＳＰ＆ＢＭＨＲＥＬＡＴＥＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ电化学絮凝法处理无机含磷氟污水工艺研究樊斌，吴有丽，项双龙（贵州开磷集团股份有限公司，贵州贵阳５５１１０９）摘要：如何高效稳定处理磷复肥生产过程中产生的大量含磷氟污水已成为当前磷化工领域的研究热点。介绍了电化学絮凝法处理无机含磷氟污水的工艺原理和最佳工艺条件。采用该工艺磷氟去除率分别为９９．８５％和９９．３９％，绝干污泥产生量少，直接电耗低，总体运行费用低，为磷化工企业污水处理开辟了一条新途径。关键词：污水处理；电化学絮凝；磷化工；含磷氟污水；化学沉淀中图分类号：Ｘ７８６文献标识码：Ａ文章编号：１００９－１９０４（２０１８）０４－００１９－０３１概述面对日趋严峻的环保形势，三废治理技术水平已成为制约磷复肥企业可持续发展的关键因素。在磷复肥生产过程中，不可避免地产生大量含磷氟污水，如何高效稳定处理含磷氟污水已成为当前磷化工领域的研究热点。目前，含磷氟污水处理方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法及电化学法等［１～７］。１．化学沉淀法技术较为成熟，对水质要求低，对高浓度含磷氟废水处理效果好，但投资成本比较大，需要投加大量化学药剂，运行成本较高，出水水质不太稳定。２．吸附法对有机物、金属离子、氟化物、磷酸盐都有很高的去除效果，但投资成本比较大，运行成本较高，需要定时对填料进行反冲洗，在吸附饱和后须对填料进行再生或更换。３．离子交换法对污水中污染物去除率高，既能去除磷，也能去除其他钙镁等离子，但投资成本比较大，运行成本较高，离子交换树脂很容易饱和，工业化应用难以实现。４．生物法依靠微生物除磷，需要动力消耗少，运行费用少，对有机磷处理效果好，但对无机磷处理效果不稳定；受水质限制，只有水中含有大量有机物时除磷效果比较好，对有机物含量低的高浓度含磷生产废水处理效果不佳。５．电化学法对无机含磷氟处理效果较好，既有絮凝作用，又有气浮效果，具有广泛推广应用前景。但该方法目前尚不成熟，传统技术投资成本比较大，运行成本较高，设备制造困难。为高效稳定处理无机含磷氟污水，改善厂区周边水域环境，笔者研究了利用可溶性金属阳极在电解过程中产生的金属氢氧化物絮凝处理无机含磷氟污水工艺，该技术将为磷化工企业污水处理开辟一条新的途径。２实验研究方案２．１原料实验用的含磷氟污水及处理用的石灰乳和聚丙烯酰胺均由开磷集团某污水站提供。其中污水水质指标如下：ｐＨ值２．０６ρ（Ｐ）总５６４３．８６ｍｇ／Ｌρ（Ｆ）２０８９．３７ｍｇ／Ｌ电导率１１４１０μＳ／ｃｍ硬度１９２４５７．５μｍｏｌ／Ｌ２．２工艺原理电化学絮凝法处理无机含磷氟污水工艺是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生铝铁等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁·９１·的氧化过程，转变为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，利用溶出的金属盐和羟基（ＯＨ－）析出污染物并转换成沉淀物。溶出的金属盐和羟基（ＯＨ－）相互结合生成氢氧化物，通过氢氧化物的吸附力吸附污染物。氢氧化物逐渐形成较大尺寸的窗格子样结构后再吸附污染物。同时，通过电荷中和作用，将污染物集中到反向电荷的极板，无机含磷氟污水中带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉，胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。此外，由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能够降低污水中氨氮等其他污染物指标。电化学絮凝法含磷氟污水处理工艺的反应原理如图１所示。图１电化学絮凝法处理无机含磷氟污水的反应原理示意分别以铝片和铁片为例，其阳极和阴极分别发生如下化学反应。１．铝片阳极：Ａｌ→Ａｌ３＋＋３ｅ－４ＯＨ－→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ－阴极：Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＯＨ－２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２２．铁片阳极：Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ－Ｆｅ→Ｆｅ３＋＋３ｅ－４ＯＨ－→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ－阴极：Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＯＨ－Ｆｅ２＋＋２ＯＨ－→Ｆｅ（ＯＨ）２↓Ｆｅ３＋＋３ＯＨ－→Ｆｅ（ＯＨ）３↓２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２２．３电化学絮凝装置电化学絮凝装置（见图２）主体部件包括电化学絮凝反应箱、极板、极性反转整流器、极板清洗系统及辅助电源系统等。图２电化学絮凝装置电化学絮凝法处理无机含磷氟污水系统需要定期更换极板，为了操作的便利性，极板设计成组件结构（见图３）。同时采用极性反转整流系统（其工作原理如图４所示）定期变更极板极性，废水中的硬度成分在极板与溶出的金属盐反应后附着到极板形成结垢，采用极性反转整流器周期性切换极板电絮凝属性，缓解极板单级快速结垢现象，实现装置长周期稳定运行，极性反转周期根据待处理污水水质情图３极板组件结构图４极性反转整流系统工作原理示意·０２·硫磷设计与粉体工程ＳＰ＆ＢＭＨＲＥＬＡＴＥＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ２０１８年第４期况调整。自动清洗系统自动感应极板的污染状态并进行自动清洗，