酸洗磷化废水处理技术探讨
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摘要：金属表面处理时会产生大量的酸洗磷化废水，这种污水中含有较高的磷酸盐污染物，如果没有对其进行有效的处理就直接排放，会给环境造成非常恶劣的影响。磷化废水的处理方法包括生物法和化学法两大类，本文主要对电絮凝法以及钙法含磷污水处理技术进行了探讨。
关键词：磷化废水;电絮凝;钙法
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）06-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.063
Abstract：A large amount of pickling phosphating wastewater is produced during metal surface treatment. This kind of sewage contains high phosphate pollutants. If it is not treated effectively， it will be directly discharged， which will have a very bad impact on the environment. . The treatment methods of phosphating wastewater include biological and chemical methods. This paper mainly discusses the electroflocculation method and the calcium-containing phosphorus wastewater treatment technology.
Key words：Phosphating wastewater;Electrocoagulation;Calcium method
当前我国水体富营养化问题比较严重，这主要是由于水中氮、磷等元素超标引起的，这一问题不仅污染环境，还制约了我国水产业、旅游业和农业的发展，造成了比较大的危害。水体中磷等元素的超标，主要是由于大量含磷污水没有经过处理就排放到了水体之中，因此为了解决这一问题，应采取有效措施来降低污水中磷的浓度，基于此本文酸洗磷化废水处理技术进行探讨。
1 电絮凝法
1.1 电絮凝法简介
电絮凝法是一种利用电化学方法来处理污水的工艺，其主要工作原理如下：通过施加外加电场的作用下，使作为阳极的金属极板溶出金属离子Mn+，其中最常用的金属极板为铁或者铝，与此同时阴极附近水会与水体中的溶解氧发生反应，从而生成OH-。当采用铁为阳极时，其主要反应如下所示：
阳极： Fe- 2e- = Fe2 +
Fe2 + + 2OH- = Fe（ OH） 2
Fe（ OH）2 +O2 + 2H2O = Fe（ OH） 3
阴极： 2H2O + 4e - + O2= 4OH-
通过反应会生成金属氢氧化物和水解络合物，并作为絮凝剂来使污染物聚集并将其吸附，然后利用沉淀的方法来去除污染物，实现污水的净化。这一方法的优点在于所需要应用到的设备体积比较小，在实际应用中节省空间，而且操作起来也比较灵活，不会产生大量的污泥，因此后续处理也不复杂，正是由于这一优点，电絮凝法已经得到了人们的广泛关注，并对其进行了大量的研究。
1.2 电絮凝法影响因素分析
电絮凝法具有良好的污水除磷效果，而且反应时间短、去除效率高，而且在应用中具有很多方面的优势，因此得到了人们广泛的关注，在实际应用中电絮凝法的效果会受到电流密度、极板间距、溶液初始的pH以及氧化剂等多方面的因素的影响，因此本文对这些因素对于电絮凝法除磷反应的影响进行了分析。
金辉等曾在以下实验条件下对电流密度、极板间距、溶液初始的pH以及氧化剂等因素对于电絮凝法的除磷效果的影响进了分析：通过磷酸二氢钠溶液配制酸洗磷化废水，并将其加入到电絮凝反应槽中，实验水量为3L，安装好电解装置之后，通过稳压电源向其施加恒定的电解电流，在接通电源之后开始计时，在预定时间之后迅速去除极板，反应混合液静置沉淀，并将上清液经0.22mm微孔滤膜过滤后进行分析。
1.2.1 电流密度
研究发现电流密度对于电絮凝除磷反应效率的影响十分显著，可以说是最为重要的影响因素。电流密度的大小能够决定阳极产生多核羟基铁氧化物的数量和浓度，进而直接决定了磷酸盐的反应速率和反应完全程度，在加大电流下，通过电解反应生成的Fe2+会增大，从而使其通过氧化反应之后和水中OH-反应生成更多铁的各种多核羟基铁氧化物，进而提高除磷的效果。当然，在设置电流密度时还需要考虑到能耗因素，以及避免阳极的极化和钝化等，基于上述因素确定合适的电流密度。电絮凝反应的污水去除率还和反应时间有关，在反应开始初期，由于电絮凝所产生的多核羥基铁氧化物的浓度比较低，其与水中磷酸盐发生碰撞的几率是比较小的，就会导致磷的去除率比较低，而随着反应时间的不断增加，反应所产生的多核羟基铁氧化物的量也迅速增长，从而能够更快的和磷酸盐结合，提高了磷的去除效率。在上述实验方法下，最终确定的最佳电流密度为 6 mA/cm2，最适合的反应时间则为20 min。
1.2.2 极板间距
极板间距对电絮凝反应的影响速率主要表现在，其间距的变化会导致极板间电阻发生变化，从而导致电流发生变化。研究发现，电极极板之间的间距不断加大，除磷的效率会显著降低，而且能耗会增加，而随着极板间距的缩小时，极板间溶液的电阻会显著的降低，从而提升电流效率，这样的情况下阳极Fe2+的溶出速率就会增大，更快的和水中磷酸根反应，从而提高除磷反应的效率。但是极板间距过小也会导致一些问题，如果极板间距过小，过高的电流密度很可能会导致短路问题的发生，此外还可能会出现极板容易发生极化、钝化，以及电解絮体容易发生堵塞等问题，因此需要进行综合的考虑来进行确定。 1.2.3 pH
相关研究表明，在曝气及其他強氧化性物质的存在下，为了获得较高的除磷率，需要降低pH，在较低的pH条件下絮体的沉淀性也会更好，但是在选择pH时要考虑到药剂的成本，以及絮体的沉降性能等因素，在上述实验条件下，当pH为4.5时最佳。
1.2.4 氧化剂
氧化剂的使用过对于电絮凝法除磷效率的提升具有重要的作用，通过加入O3、H2O2、O2、K2FeO4等氧化剂能够促进反应过程中Fe2+离子的氧化效率，从而促进除磷率的提升，同时对于絮体沉降性能也能够起到改善作用。在选择氧化剂的种类时，即要考虑到其对电絮凝反应的结果影响，还要考虑到成本、对环境的影响等，因此O2是一个非常不错的选择。
2 钙法
钙法处理含磷废水是一种比较成熟的工艺，不仅能够起到良好的除磷效果，而且还具有工艺简单、操作简便等优点，在实际运行中运行的费用也比较低，因此在工业中具有比较多的应用。钙法处理含磷废水的原理为，通过将石灰或CaCl2作为药剂加入到含磷废水中，形成稳定的固态磷酸盐的方式来进行除磷，在反应过程中通常应用机械混合反应器和高效斜管沉淀器，需要对混合强度、沉淀表面负荷和反应pH值等进行有效的控制。在众多的固态磷酸盐中，以羟基磷灰石的平衡常数最大，而且也最为稳定，因此研究集中于磷酸钙的沉淀作用。在含磷废水中加入钙盐后具体的反应如下：
5Ca2++7OH-+3H2PO4-=Ca5（OH）（PO4）3↓+6H2O（1）
同时存在副反应：
Ca2++CO23-=CaCO3（2）
其中反应（1）的平衡常数为10-55.9，通过上述反应式可以看到，钙法除磷的效率主要受到pH值以及阴离子的相对浓度的影响。反应（2）对于钙法除磷工艺来说也是非常重要的，其对于钙的投入量有着比较大的影响，而且反应所生成的碳酸钙对于整个工艺也有重要作用，其可以作为增重剂来促进凝聚作用。除了除磷之外，反应中过量的Ca（OH）2还可以作为混凝剂，起到良好的凝聚作用，从而去除水中的其他污染物。反应（1）是在碱性条件下发生的，而且随着pH的增大反应会逐渐趋于完全，当pH≥10时，除磷的效果是最好的，能够保证水中的磷酸盐质量浓度低于0.5mg/L的标准，但是当pH高于12会造成絮凝物不稳定，从而让絮凝物脱稳解体，影响到除磷的效果，因此在实际钙法除磷工艺中，通常将pH控制在11～11.5，在出水时再用盐酸中和，实践表明，出水的pH值能够稳定在8.7左右，并且可以达到99.7%以上的磷酸盐去除率。除此之外，影响其除磷效果的另一关键要素是晶体的生长速率，因此在这一工艺中，除了要重点关注反应的pH值之外，还需要关注反应器的结构、混合搅拌强度、晶种情况及固液分离时间等因素，探讨其对于磷酸钙沉降速率的影响。
参考文献
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收稿日期：2019-01-23
作者简介：黑连宏（1991-），男，彝族，本科学历，研究方向为环境工程。
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