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次磷廢水主要產(chǎn)生於電鍍行(háng)業。在化學鍍鎳過程中,需要還原劑提供(gòng)電子(zǐ)給鎳離子,以便鎳離子還原為鎳金屬,在大多數的化學(xué)鍍液中,多采用次磷酸鈉為還原劑,這就導致清洗廢水中含(hán)有磷,而且磷的狀態多為次亞磷。
我們平常說的(de)廢(fèi)水中的磷就是說的正磷酸鹽(yán),正磷酸鹽是磷的***穩(wěn)定價態,也是我們***常見的磷酸鹽,一般的廢水中的TP主要就是(shì)正磷酸鹽,磷(lín)酸鹽的來源主要是生活中必需品、人類排泄物、自然(rán)水體、化石能源等(děng)。
但隨著現代工業的發展,有機化(huà)合物的生產、合成日益增多。化工(gōng)、造(zào)紙、橡膠、染料和紡織印染、農(nóng)藥、焦化、石油化(huà)工、發(fā)酵、醫藥與醫療(liáo)及食品等行業排(pái)放的廢水常含有有機(jī)磷化(huà)合物,造成了環境汙染、地麵水體惡化,威脅著人(rén)類健康,有機磷化合物汙染日益受到人們的關注。
2.2根據磷(lín)的存在形態
含磷洗衣粉是含磷廢水的主要來源之一。20世紀(jì)60年代中期日本的“琵琶湖事件(jiàn)”引起人們(men)對(duì)磷的富(fù)營養化的關注,於是(shì)洗滌劑的無磷化問題便成為(wéi)研究的熱點。人們通過重(chóng)組產品配(pèi)方和(hé)使用4A沸石替代磷酸鹽作(zuò)為主要(yào)助劑來合成無(wú)磷洗衣粉取代原(yuán)來的含磷洗衣粉取得了不錯的(de)效果;對於農業肥料,一部分磷被植物吸收,一部分被土壤吸附,還(hái)有一部分隨水土流失,所以在使用肥料(liào)時應(yīng)考慮到盡量減少土壤流失,可以通過綠化荒山荒漠、因地(dì)製宜科學種田、建立農田防護(hù)林以及在江河湖泊流域建立(lì)綠化帶等手段***大限(xiàn)度(dù)地降低水土流失(shī),這(zhè)也是降低(dī)廢水含(hán)磷量的一(yī)個重要方麵;對於人體的排泄,可以對其進行(háng)特殊處理後用於農業肥料。
第二,利用土壤處理,正磷酸根離子會與土壤中的Fe和Al的氧化物反應或與(yǔ)粘土中的OH-或SiO22-進行置換,生成難溶性磷酸化(huà)合物;
第三種方法是活性汙泥法,這是目前國內外應(yīng)用***為廣(guǎng)泛的(de)一類生(shēng)物脫(tuō)磷技術。
叢廣治等主(zhǔ)持的大(dà)連開發區汙水廠A/O改造實踐表明,係統在下列參數下可取得較(jiào)好的淨化效果:BOD5負荷為0.2~0.3kg/(kgMLSS˙d),TP負荷為(2.8~3.0)×10-3kg/(kgMLSS˙d)。厭氧段容積∶好氧段容積(jī)=1∶2,厭氧(yǎng)段DO<0.6mg l,好氧段(duàn)do為3~3.5mg="" l,水溫12℃。出水含磷量穩定在10mg="" l以下。厭(yàn)氧(yǎng)好(hǎo)氧活性汙泥除磷(lín)工藝在不增加標準活性汙(wū)泥法(fǎ)基建投資和維護費用條件下,可以(yǐ)較(jiào)徹底(dǐ)地除磷,且運行穩定(dìng)。這一工藝不但繼承了傳統的(de)標準活性汙泥法的優點,又增加(jiā)了生物除磷功能。
黃理輝等主持的倒置A2/O工藝克服了(le)A2/O工藝比較複雜以及在吸磷動力利用方麵存在明顯不足的缺點,將厭氧(yǎng)、缺氧環境(jìng)倒置,隻(zhī)利用一套汙泥回流係統來取代原來的幾套回流係統。
通過投加化學沉澱劑與廢水中的(de)磷酸鹽生成(chéng)難溶沉澱物,可把磷分離出去,同時形成的絮凝體對磷也有吸附去除作用。常用的混凝沉澱劑(jì)有石灰、明礬、氯化鐵,石灰(huī)與氯化鐵的混合物等。影響此類反應的主要因素是pH、濃度(dù)比、反應時(shí)間等。
為了降低廢水的處理成(chéng)本,提高處理效果,學者(zhě)們在研製開發新型廉價(jià)***化(huà)學沉澱劑方麵做了大量工作。王光輝發現,原水含磷10mg/L時,投(tóu)加300mg/L的Al2(SO4)3或90mg/L的FeCl3,可除磷70%左右,而在初沉時(shí)加入過量石灰,一般總磷可去除80%左右。他(tā)根據化學(xué)凝聚能(néng)增加可沉澱物質的沉降(jiàng)速度,投加新型淨水劑堿式氯化鋁,沉降效果達80%~85%,很好地解決了生產用水的PO43-汙染(rǎn)問(wèn)題。混(hún)凝沉澱法是一種傳統(tǒng)的除磷方法,具有簡便(biàn)易行,處理效果好的(de)優點(diǎn)。
聚磷菌(jun1)也叫做攝磷菌、除磷菌,是傳(chuán)統活性汙泥工藝中一類特(tè)殊的細菌,在好氧狀態下能超量(liàng)地將汙水中的磷吸入體內,使體內(nèi)的含磷量超過(guò)一(yī)般細菌(jun1)體內(nèi)的含磷量的數倍,這類細菌被廣泛(fàn)地用於生物除磷。
3.4吸附法
鄒偉國(guó)等研究的新型雙汙泥脫氮除磷工藝係統處理生活汙水取得成功。傳統的脫氮除磷工藝多采用單汙泥係統,因此存在著(zhe)硝化和除磷泥齡之間的矛盾,將活性汙(wū)泥法與生物膜法相結合,可解決這個問題(tí)。
3.6 國內外常用(yòng)的含有機磷化合物廢水處理的方法
臭氧氧化法適於處理濃度(dù)較低、難被生物降解或對生物有毒的農藥廢水,如馬拉硫磷(lín)、伏殺磷等。一般(bān)生成疑基化合物,***後(hòu)生成CO2和H2O,無二次汙染,在分(fèn)解有機物的同時,還具有脫色、脫臭和殺菌作用(yòng)。臭氧氧化的缺點是臭(chòu)氧發生器耗電量較(jiào)高(gāo),故在電量供應充足的條件下才適合。
(2)濕(shī)式氧化法
是一種在空氣存在下,將廢水加熱、加壓,使其COD、BOD、懸(xuán)浮物都(dōu)大幅度降低的方法。該方法適(shì)於處理濃度較大(dà)、毒(dú)性高,生物難降解的物質,該法對COD去除效(xiào)率較(jiào)低。用濕式氧化法(fǎ)處理廢(fèi)水,有機磷(lín)去除率達80%左(zuǒ)右。反應以水解為主,有機磷轉化(huà)為水解產物H3PO4、HCl、CH3OH等,***後磷以Ca3(PO4)2的形式回收。
(3)氯氧化法(fǎ)
含(hán)氯氧化劑有Cl2、ClO2、次氯酸鹽等。在pH<3時,氧化對(duì)硫酸效果***好。氯氣氧化法處理馬拉硫磷廢水,用燒堿中和至ph為(wéi)7,通c2至ph2~3,分去底層油狀物,再投燒(shāo)堿(占廢水量的2%),在40℃下攪拌4pu6h,毒性磷含量降至7~12mg l。
3.6.2 生化處理法
(1)活性汙泥法
生化處理是將均化後的廢水與含有馴(xùn)化的耐有機磷的(de)細(xì)菌的活性汙泥混合,並進(jìn)行曝氣。曝氣後進入沉澱池,經沉澱池處理後再進行二次曝氣。曝氣生(shēng)化處理可使BOD下降至(zhì)13mg/L,有機磷中的磷可作為生物營養物質被回收利用。生(shēng)化處理法應用廣泛,效果較好。
(2)藻類處理法
有機磷殺蟲劑可用綠藻有效(xiào)去除,但用藻(zǎo)類(lèi)處理時,有時會(huì)形成極毒且穩定的中(zhōng)間(jiān)產物,藻類處理對硫磷時,得到更毒(dú)的中間產物。處理某些有機磷廢水在20℃用ChlorellValgaris處理2~30d,可有90%~98%的去除率。
(3)酶法
在酶法處理含酚、甲(jiǎ)酚、二甲酚及磷酸三久酯廢水時,可用辣根過氧化酶處理,能取得(dé)較好的效果。
3.6.3吸附法
有機磷吸附效(xiào)果更(gèng)好,也可經堿解後再用活性炭,活(huó)性炭可用蒸汽再(zài)生,如對硫磷、EPN等。廢水中的磷(lín)酸三丁酯可用飛灰及粘土(tǔ)作吸附劑(jì)去除,但在酸性介質(zhì)中加硝(xiāo)酸可提高去除率。聚乙烯用醇或酮處理後可用來吸附水(shuǐ)中微量的有機磷化合物。
3.6.4水解法
(1)酸解法
酸(suān)解(jiě)能使有機磷分子的堿性(xìng)基斷裂,生成正磷酸。水解法的缺點是要求設(shè)備耐腐蝕,在高溫高壓處理對磷酸廢水,pH3~4,壓(yā)力40~50atm,200~250℃,可使有機磷的無機(jī)化率(lǜ)達到90%~100%。
堿解常用堿解或(huò)石(shí)灰乳(rǔ)。在堿性條件下,有機磷分子中(zhōng)酸酐易斷裂,因此堿解有(yǒu)較好的去除效果,但有有機磷產生,***終回收困難,殘渣難處理(lǐ) 。
學除磷劑的作用(yòng)機理及其優缺點
4.1鋁鹽除磷劑
原(yuán)理:鋁鹽除磷的原理一般認為是當鋁(lǚ)鹽分散於水(shuǐ)體時,一方麵 Al離子與 磷酸根反應,另一方麵,Al離子 首先水解生成單核絡合物Al(OH)2+、 Al(OH)2+及 AlO2ˉ等,單核絡合物通過碰撞進(jìn)一步縮合,進而形成一係列多核絡合物Aln(OH)m(3n-m)+(n>1,m≤3n),這些鋁的多核絡(luò)合(hé)物往往具有較高的正電荷和比表麵積,能迅速吸附水體中帶負電荷的雜(zá)質,中和膠體電荷,壓(yā)縮雙電層及降低膠體 ξ 電位,促進了膠(jiāo)體(tǐ)和懸浮(fú)物等快速脫穩、凝聚和沉澱,表(biǎo)現出良好的除磷效果。
原理:溶於(yú)水中後,Fe3+一方(fāng)麵與磷酸根生成難溶鹽,一方麵通過溶解和吸水可發生強烈水解,並在水解的(de)同時發生各種聚合反應,生成具有較長線性結構的多核羥基絡合物(wù),如Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+、Fe5(OH)96+、Fe5(OH)87+、Fe5(OH)78+、Fe6(OH)126+、Fe7(OH)129+等。這些含鐵的羥基絡合物能有效降低或消除水體中膠體的 ξ 電(diàn)位,通過電中和,吸附架橋及(jí)絮體的(de)卷掃作用使膠體(tǐ)凝聚(jù),再通過沉澱分離將磷去除。
藥(yào)劑:目前常(cháng)用鐵鹽有低分子無機鐵鹽(yán)(硫酸亞鐵,氯化鐵等)和高分子無機鐵(tiě)鹽(聚合硫酸鐵(tiě)、聚合硫酸氯鐵)。
在絮凝(níng)劑投加量為1500 mg/L的情況下(xià),氯化鐵和聚合硫酸鐵對總磷的去除率分別為92.12%和78.65%,氯化(huà)鐵的作用(yòng)效果***佳,聚合硫酸鐵次之。
4.3鈣鹽除(chú)磷劑
藥劑:鈣鹽除磷一般常用的有石灰和氯化鈣。
通過試驗發現加入(rù)無水氯化鈣之後,對原水中總磷的去除效果較差,故(gù)直接(jiē)棄用無水氯化鈣。由圖8可以看出,要使出水中總磷濃度降到0.5mg/L以下,需加(jiā)入80mg/LCa2+。從去除(chú)效果看,Ca(OH)2的去除效果(guǒ)明顯好於CaCl2的去除效果,但是用Ca(OH)2除磷,加藥量很大。
如果從成本、效果和(hé)操作複雜性(xìng)綜合考慮,鐵(tiě)鹽較鋁(lǚ)鹽,鈣鹽(yán)除磷效果更好,鐵鹽是***佳的除磷藥劑。
前置除磷工藝的(de)特點是化學藥劑投加在沉砂池中、初沉池的進水(shuǐ)渠(管)中(zhōng)、或者文丘裏渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能量以滿(mǎn)足混合的需要。相應產生的沉(chén)析產物(大塊狀的絮凝體)在初沉池中通過沉澱被分離。如(rú)果生物段采用的(de)是生物(wù)濾池,則不允許使用鐵鹽藥劑,以防止對填料產生危(wēi)害(產生黃鏽)。
2同步除磷(lín)
5.3後置除磷
後置除磷是(shì)將沉析、絮凝以(yǐ)及被絮凝物質的分離在一個與生物處理相分離的設(shè)施中進行,因此也叫二段法工藝。一般將化學藥(yào)劑投加到二沉池後的一(yī)個混合池中(zhōng),並在其後設置絮凝(níng)池和沉澱池(或氣浮池)。
對於要求(qiú)不嚴的受納水體,在後置除(chú)磷工藝(yì)中可采用石灰乳液藥劑,但必須對出水pH值加以(yǐ)控製,如可采用CO2進行中和。采用氣浮池可以比沉澱池更好地去除懸浮物和總(zǒng)磷,但因為需(xū)要恒定供應空氣因而運行費用較高。
近年來對活(huó)性炭(tàn)用於吸附的研究,大多以改(gǎi)性的(de)方式出現,通過增強活性炭的化學吸附能力來提(tí)高(gāo)除(chú)磷效果。
含鐵(tiě)活性炭有(yǒu)很好的吸附磷效果,Zhengfang Wang等〔2〕對(duì)比含鐵活性(xìng)炭(AC-Fe)和含鐵氧化活性炭(AC/O-Fe)後發現,通過硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭載更多的Fe,從而在活性炭表麵(miàn)形成大量的活性位點,得到(dào)了比AC-Fe更高(gāo)的磷吸附效果(guǒ)。其中AC/N-FeⅡ和AC/N-FeⅢ的(de)吸附過程主要以表麵(miàn)吸附和顆粒內擴散為主,且AC/N-FeⅡ較AC/N-FeⅢ顆粒內擴散能力強,活(huó)化(huà)能更高,因此綜合研究表明:AC/N-FeⅡ對磷吸附效果優於AC/N-FeⅢ〔3〕。
ACF-La的吸附磷能力會因溶液中存(cún)在NO3-、SO42-、CO32-而變差(chà)〔4〕。ACF-LaOH吸附磷的主要機理是配體交換、靜電作用和Lewis酸堿(jiǎn)反應。pH增加會減弱配體交換和(hé)靜電作用的能力,而增強Lewis酸堿反應的能力,致使綜合吸附量(liàng)減少〔5〕。Jianyong Liu等〔6〕研究ACF-LaFe吸附磷發現,ACF-LaFe帶有大量淨正電(diàn)荷,使得其***大吸附容量高於ACF-LaOH,室(shì)溫下***大吸(xī)附容量可達29.44 mg/g,共存陰離子對吸附磷(lín)有不利影響,順序為:F->SO42->NO3- >Cl-。
6.2 生物(wù)質
生物質主要指自然界(jiè)中一切有生命的可以生(shēng)長的有機物(wù)質。用於吸附工程的有機物質及其廢棄物就是生物質吸附劑。生(shēng)物質吸附劑具備(bèi)以下優點〔7〕:材料成本低、分布廣;孔隙率(lǜ)高,表麵積大;表層含有較多羥基,改(gǎi)性簡(jiǎn)單,與磷酸根離子反應的活(huó)性較高(gāo);在(zài)水中不溶(róng)解,易分離。近年來研究的生(shēng)物質吸附劑(jì)有軟體動(dòng)物殼、蛋殼、甘蔗渣等。
Wanting Chen等〔8〕在研究用牡蠣殼吸(xī)附初始質量濃度為10 mg/L的(de)磷時發現,反應溫(wēn)度從20 ℃升到30 ℃和殼粒徑從(cóng)590 μm降到180 μm,都會增大牡蠣殼的吸附容(róng)量,牡蠣殼有豐富的吸附位點,並且比大多數吸附劑更環(huán)保。
T. Köse等〔9〕用焙燒廢蛋殼(CWE)吸附磷時發現,CWE對磷的吸附去除率在pH 為2~10時都能大於99%,並得到吸附劑的***佳投加質量濃(nóng)度為2 g/L;其他陰離子的存在對CWE吸附磷的影響不大,吸附(fù)磷後的CWE由於含有(yǒu)大量鈣、鎂和磷,可用作肥料和土壤改良(liáng)劑;附著氫氧化鐵的廢(fèi)蛋殼吸附磷的速率很快(kuài)。
W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗(zhè)渣(zhā)吸附磷的效果發現,附著Fe2+的甘蔗渣(0.06 mol/g)比不附著 Fe2+的甘蔗渣在吸附磷(lín)的效率方麵提高了45%,羧甲基改性(xìng)的甘蔗渣附著Fe2+的濃度比未改性的甘蔗渣(zhā)提高了80%,隻需要對原材料做稍微的化學改性,磷吸附性能就能得到大大的優化。
.3 金屬(氫(qīng))氧化物
氧化(huà)鐵吸附磷主要通過球(qiú)麵的靜電吸附和球內絡合的化(huà)學吸附〔11〕。磁性氧化鐵(tiě)納米粒子在磷的初始質量濃度為2~20 mg/L、吸附劑投加質量濃(nóng)度為0.6 g/L、反應(yīng)時(shí)間為24 h時,得到磷***大(dà)吸附(fù)容量為5.03 mg/g,在pH=11.1時,吸附(fù)容量則急劇(jù)下降到0.33 mg/g〔12〕。
L. Rodrigues等〔13〕研究水合氧化鋯吸附磷時發現,溫度由(yóu)25 ℃升至65 ℃時,吸附容量則由53 mg/g升至67 mg/g,且在12 h達到吸附平衡(héng),在pH=12時能解吸約74%的磷。氧化鋯納米粒子吸附磷的速率很快,在pH=6.2時可達***大吸附容量為99.01 mg/g,是吸附容量***高的(de)吸附劑之一(yī),高濃度的(de)共存陰離子對磷(lín)的吸附影響很小,吸附的***適pH 為2~6,吸附容量在pH超過7時急劇下降〔14〕。
水滑石(shí)
黃中子等(děng)〔15〕在研究(jiū)MgAl-CO3水滑石吸附磷時發現,當磷(lín)的初始質量濃度在25~100 mg/L時,30 min內即可達到吸附平衡,磷的去除率超過99%。MgAlZr-CO3水滑(huá)石(shí)對(duì)磷(lín)的選擇吸附性(xìng)很(hěn)高,吸附溶液(yè)中離子的排序為HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,這是由於磷酸根離子直接與層間Zr(Ⅳ)離子發生了絡合(hé)反應〔16〕。孫德智等〔17〕研究ZnAl-2-300水滑石吸附磷的效果發現,汙泥脫水液(yè)的溫度從25 ℃升到30 ℃時,水滑石的磷吸附容量明顯增加,水溫(wēn)繼續升至50 ℃時,水滑石吸附容量又降至25 ℃時的水平。焙(bèi)燒ZnAl水滑石會增大表麵積(jī)和增加孔隙率,焙燒溫度為300 ℃時除磷效果***佳,600 ℃時變成尖晶石從而減小了表麵積〔18〕。
Dandan Li等〔20〕研究粉煤灰一鍋法製備MCM-41吸附磷發(fā)現,在pH=10時(shí)MCM-41-CFA-10有***大的空隙體積0.98 cm3/g、***高的比表麵積1 020 m2/g和***低的n(Si)∶n(Al),並在25 ℃時有64.2 mg/g的吸附容量,比SBA-15的53.5 mg/g、MCM-41的31.1 mg/g和矽藻土的(de)62.7 mg/g都要大。Jianda Zhang等〔21〕在研(yán)究載鑭二氨基改性(xìng)的MCM-41吸附(fù)磷時發現,該吸附劑的吸附速率和吸附(fù)容量都很高,***大吸附容量為54.3 mg/g,pH 3.0~7.0為吸附反應***適的pH,溶液中(zhōng)Cl-和NO3-的存在對除磷影響很小,而F-和SO42-的存在則(zé)影響明顯。
J. Choi等〔22〕對比純的、氨基官能化(huà)的和共縮(suō)合的SBA-15發現,它們的***大吸附容量分別為2.018、59.890、69.970 mg/g,內孔表麵附著的氨基帶來的強化學親和力(lì)是較純(chún)SBA-15吸附容(róng)量更高的原因。
6.5 黏土礦物
黏土礦物是組(zǔ)成黏土(tǔ)岩(yán)和土壤的(de)主要礦物。它們是一些含鋁、鎂(měi)等為主的含水矽酸鹽礦物,是各(gè)類(lèi)土壤和沉(chén)積物的主要成分,其結構特征是一種含水的層狀結構。常用於吸附工程中(zhōng)的黏(nián)土礦物有高嶺石、膨潤土、蛭石、凹凸棒土(tǔ)和鹿沼土等。
翟由濤等〔23〕研究經(jīng)鹽酸和煆燒改性的高嶺土對磷的吸附效果發現,鹽酸改性(xìng)的高嶺土表麵積(jī)會增大(dà),從而大量的Al、Si等活性點位暴露,吸(xī)附磷能力變強,質量分(fèn)數為9%的酸改性的高嶺土在磷的初始質量濃度為20 mg/L的25 mL溶液中時吸附磷效果***佳,去除率(lǜ)為81.8%,500 ℃煆燒改性(xìng)的高嶺土中Al元素表現出***佳的活化狀態,對溶液中磷的去除率可(kě)達99.5%。S. Gupta等(děng)〔24〕對比未改性、煆燒(shāo)改性和酸改性的高(gāo)嶺石發現,酸改性的高嶺石是這其中吸(xī)附磷容(róng)量***大的,投(tóu)加少量的高嶺土能大量減少溶液中的(de)磷酸鹽。
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