氯化铁、钙复合处理印染废水含磷浓度研究

2008年,太湖发生了蓝藻爆发事件,使得太湖流域水质恶化,无锡、杭州市居民饮用水受到严重影响.氮、磷是引起蓝藻爆发的主要诱因.由于氮可通过水中固氮微生物获得补充,水体中的磷必须由外界提供,而排放污水中的磷是水体中磷的主要来源,其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷,其中正磷酸盐和聚磷酸盐占绝大多数[1].因此有效降低污水排放中磷的浓度成为人们关注的问题.废水中总磷的去除方法以化学法和生物法为主,19世纪后期,英美等国广泛采用化学沉淀方法处理污水,但不久即被生物处理所取代,其原因是化学沉淀法引入了新的化合物,而且该法的试剂消耗量大,运行费用高,产生大量且易造成二次污染的污泥,这些问题在当时不能得到好的解决[2-3].到了20世纪80年代,为进一步提高污水中的有机物和磷的去除率,又开始重新重视化学沉淀.在化学法中使用的除磷剂主要为钙盐、铁盐、铝盐等.熊鸿斌等[4]利用钙法对处理冰箱厂高浓度含磷废水进行了研究,去除率达到99%以上.王立立等[5]以生活污水二级生物处理后的出水为研究对象,考察了铁盐对浓度在2~4 mg/L范围内的总磷的混凝去除效果及影响因素,结果表明,铁盐除磷的最佳pH为7?5~8,氯化铁投药量为10mg/L(以Fe3+计)时,可使出水中总磷降至1?0 mg/L以下.但针对印染废水中低浓度磷的去除,尚未见相关报道.

青岛市某印染厂印染废水中磷含量1?38~1?5 mg/L,pH为8左右.该厂现有一套污水生化处理系统,采用的是生物接触氧化工艺,目前其出水COD、BOD5、悬浮物、氨氮等指标均已达国家标准,但出水总磷始终达不到<1?0 mg/L的控制标准.若重新改造其污水处理系统来达到总磷排放标准,则投资较高,企业负担较重.目前,这种原污水站出水水质需要再提高的现象,较为普遍存在.因此,在污水处理站现有设施的基础上,探求简单易行的总磷处理技术具有重要的现实指导意义.本文以该印染厂含磷废水为研究对象,采用氯化钙、氯化铁做混凝剂,对其影响因素及使用方法进行了研究,以期为类似工程的改造提供借鉴.

1试验方法

1.1试验材料

本试验采用的印染废水,取自青岛市城阳区某印染厂的二沉池出水,其中总磷含量1?38~1?5 mg/L,pH为8左右,COD、BOD5、悬浮物、氨氮等指标均已达国家标准.

1.2总磷的测定

采用钼锑抗坏血酸分光光度法[6].

1.3除磷药剂的配制

该印染厂废水中总磷含量为1?38~1?5 mg/L,平均含量为1?44 mg/L,根据废水处理的原则,处理的废水量和加入处理药剂的体积比在100∶1左右[7],氯化钙和氯化铁溶液配制浓度均为250 mg/L.

1.4试验内容

1)氯化钙处理效果测定.取100 mL原水,氯化钙投加浓度梯度设定为1?26、2?52、5?04、7?56、10?08、12?6 mg/L(以钙计),根据氯化钙的特性,选择pH为8和10两个条件,测定上清液总磷.

2)氯化铁处理效果测定.取100 mL原水,氯化铁投加浓度梯度设定为1?23、2?46、4?92、7?38、9?84、12?3 mg/L(以铁计),根据氯化铁的特性,选择pH为6和8两个条件,测定上清液总磷.

3)协同处理效果的测定.按以上氯化钙和氯化铁各自的浓度梯度,各自减半并按1∶1的比例配制混合液,投加浓度梯度设定为1?24、2?49、4?98、7?47、9?96、12?4 mg/L,调节pH至6、8、10三个条件,充分搅拌沉淀后测定上清液总磷.

2试验结果

2.1氯化钙处理效果测定

采用氯化钙做除磷剂处理废水的试验结果见图1.

由图1可以看出,随着氯化钙投药量的增加,总磷的去除率均逐渐升高,当投药量增至7?56mg/L以后,去除率增幅逐渐平缓,但pH为10时的去除率略高于pH为8时的去除率.

两个pH条件下,氯化钙的最佳投药量均为7?56 mg/L,pH为8时的总磷去除率为32%,pH为10时的总磷去除率为36%.pH为10时,去除单位总磷消耗钙的量为14?5 mg/mg.在熊鸿斌等利用钙法对处理冰箱厂高浓度含磷废水的研究中,在进水pH=10,氯化钙投加浓度为120 mg/L时,可将废水中的总磷从60 mg/L降至0?5 mg/L以下,去除率达到99%以上,去除单位总磷需要钙的量为1?98 mg/mg.由此可知,利用氯化钙处理低浓度含磷废水时,去除单位总磷需要钙的量大幅增加,然而总磷的去除率却依然较低.

2.2氯化铁处理效果的测定

采用氯化铁处理废水的试验结果见图2.

由图2可以看出,随着氯化铁投药量的增加,总磷的去除率均逐渐升高,当投药量增至4?92mg/L以后,去除率增幅逐渐平缓,pH为6时的总磷去除率高于pH为8时的去除率.

两个pH条件下,氯化铁的最佳投药量均为4?92 mg/L,pH为8时的总磷去除率为47%,pH为6时的总磷去除率为58%.

由文献[8]可知,FePO4溶度积为1?3×10-22,Fe(OH)3溶度积为4×10-38,由溶度积计算,采用氯化铁去除总磷理论上的去除率应该达到87?7%以上,而实际最大去除率为65%.试验中pH为8时,由于Fe(OH)3溶度积比FePO4小16个数量级,因此溶液中形成了大量的Fe(OH)3沉淀,影响了PO3-4与Fe3+的结合,因此总磷去除率达不到理想值.

2.3钙、铁药剂联合处理效果印染机械设备的测定

采用钙、铁盐混合药剂处理废水的试验结果见图3.

由图3可以看出,随着混合药剂投药量的增加,总磷的去除率均呈现逐渐升高的趋势,当投药量增至4?98 mg/L以后,去除率增幅逐渐平缓.在总用药量不增加的情况下,总磷去除效率均比药剂单独使用时大幅提高.根据文献[8]可知,Ca3(PO4)2的溶度积为2?0×10-29,FePO4溶度积[5]为1?3×10-22,两者相差了7个数量级,钙盐的除磷效果应该优于铁盐,但钙盐的实际去除效率却较低,可能与磷浓度较低,形成的Ca3(PO4)2难以沉淀,影响了去除效果.氯化钙、氯化铁的联合使用,充分发挥了钙盐与磷的结合性能和铁盐的混凝性能,提印染机械设备高了除磷效果.

三个pH条件下,混合药剂的最佳投药量均为4?98 mg/L,pH为6时的总磷去除率可达70?5%,pH为8时的总磷去除率可达83%,pH为10时的总磷去除率可达77?6%.pH为8时,总磷的去除效果最好,比氯化铁单独使用时的总磷去除率高出25%.

3结论

1)当废水中总磷浓度较低时,宜采用氯化钙、氯化铁混合药剂进行除磷,此方式不仅能取得较好的除磷效果,而且药剂投加量也相对较小.

2)采用氯化钙、氯化铁联合处理该低浓度含磷印染废水时,最佳的工艺条件为:pH为8,投药量为4?98 mg/L,总磷去除率可达83%,处理后的出水总磷浓度可控制在1?0 mg/L以下,可满足该类低浓度含磷废水的处理要求.该工艺具有方法简单、去除效率高、成本低、实用性强等优点.

参考文献:

印染机械设备[1]计石祥,邬曼君.含磷洗涤剂仍是我国近期洗涤剂的主要品种[J].日用化学品科学,1998(1):32-34.

[2]邱维,张智.城市污水化学除磷的探讨[J].重庆环境科学,2002,24(2):81-84.

[3]江霜英,高廷耀.上海污水二期工程污水化学强化处理的印染机械设备试验研究[J].上海环境科学,2002,21(1):40-42.

[4]熊鸿斌,刘文清.钙法化学混凝处理高浓度含磷废水技术研究[J].水处理技术,2004,30(5):307-309.

[5]王立立,刘焕彬.生活污水二级生物处理后的铁盐混凝除磷试验研究[J].环境污染与防治,2002,24(6):361-364.

[6]国家环保总局.水和废水监测分析方法[M].北京:化学工业出版社,1989.

[7]王宝贞.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1990.

[8]武汉大学.分析化学[M].北京:高等教育出版社,1990.