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城镇污水处理厂尾水磷浓度过高是受纳水体富营养化重要原因,对城镇污水处理厂二级出水磷的深度处理是当前水环境保护与防治的重要策略。众多污水除磷工艺,由于多种原因(如投资成本、工艺设计、运行费用、处理效率等),目前在国内尚未广泛应用。因此,研发适合我们国国情的污水除磷提级技术与工艺,对改善水环境,促进相应生态修复技术发展等方面具有重要意义。电化学方法用于除磷提级刚刚起步,设备体积小、操作简单、处理效率可控等优点被广泛研究,但用于实践的不多。针对这一现实,本文利用单质铁作阳极,以出水水质中磷不高于0.05mg/L为目标,重点探讨了电化学去磷提级的机理和环境因子与除磷效率的关系,并通过小试加以验证。主要研究结果如下:
1.阳极溶出的铁通过水解形成氢氧化铁聚合物,对水溶性磷进行絮凝。计算出的单位铁最大磷固持容量为176mgP/gFe,表现出较强的除磷效率。分析结果显示,氢氧化铁聚合物对磷的高效固持能力与部分亚铁有关,随着亚铁氧化,部分絮凝磷被释放。
2.絮凝物老化可提高除磷效率。如当水溶性磷从0.50mg/L降到0.15mg/L时,当絮凝物老化1h,在不增加溶出铁的情况下,可使水溶性磷降至0.05mg/L。
3.当以单质为电极料材时,尽管可以达相同的除磷指标,但絮凝物的老化时间长,且成本较单质铁高。
4.与化学法除磷提级相比(以硝酸铁为絮凝剂),以铁为阳极的化学法除成本相对较低。计算出每1000t污水(磷浓度为0.50mg/L)达标时(磷浓度为0.05mg/L),成本约为39.4元。
5.温度影响电化学除磷提级效率。当反应温度于10-20℃时,絮凝效果最好。温度过高或过高,都将降低电化学除磷效率。
6.反应体系的pH与电化学除磷效率密切相关。中性条件下,除磷效果最好,弱酸性或弱碱性环境不利于电化学除磷。pH效应主要表现在对老化过程的影响。弱碱性环境老化效果最差。
7.反应体系中Ca2+明显能促进电化学除磷效率。当污水中Ca2+在40.00mg/L-65.00mg/L时,利用电化学法很容易将0.50mg/L降至预定目标0.05mg/L。
8.反应体系中的铵离子对电化学除磷有一定抑制作用。当污水中铵离子增加到16.00mg/L时,磷降至相同浓度所需的铁量3.80mg/L。能耗增加约35%。当污水中铵离子为7.00mg/L时,除磷提级所消耗铁量略高于无铵离子者。
9.污水中的COD类型与除磷效率有关。当体系中存在类似柠檬酸具有很强络合能力有机物时,除磷效果极差,而其它类型有机物尽管对除磷有影响,但可以通过提高溶出铁量的办法使出水水质达到预定目标。
10.实验结果显示,电化学法除磷提级的同时,对污水中的COD也有一定的除去效果。对草酸类有机物质,去除率达73%;而对醋酸类有机物,则高达88%。
11.小型模拟结果显示电化学除磷提级在保证出水水质稳定的前提下,可实现长效运行。计算结果表明,运行成本与除磷速率有关。絮凝速率越大,所用需电压越高,成本相应增加。