无机含磷氟污水处理电化学絮凝方法
1.概观
面对日益严峻的环保形势，“三废”治理的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，不可避免地会产生大量含磷、氟的废水。如何高效稳定地处理含磷氟废水已成为磷化工领域的研究热点。
目前含磷氟污水处理的方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法和电化学法。
(1)化学沉淀法技术相对成熟，对水质要求低，对高浓度含磷氟废水处理效果好。但是投资成本比较高，需要投加大量的药剂，运行成本高，出水水质不稳定。
(2)吸附法对有机物、金属离子、氟化物、磷酸盐的去除效果较高，但投资费用较高，运行费用较高，需要定期反冲洗填料，吸附饱和后再生或更换填料。
(3)离子交换法对污水中的污染物去除率高，不仅能去除磷，还能去除其他钙镁等离子体。但投资成本相对较高，运行成本高，离子交换树脂容易饱和，难以实现工业化应用。
(4)生物法依靠微生物除磷，耗电量少，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，只有当水中含有大量有机物时，除磷效果较好，有机物含量低的高浓度含磷生产废水处理效果不好。
(5)电化学法对无机磷和氟的处理效果较好，具有絮凝和浮选作用，应用前景广阔。但这种方法目前还不成熟，传统技术投资成本高，运行成本高，设备制造难度大。
为了高效稳定地处理无机含磷含氟污水，改善厂区周围的水环境，作者利用可溶性金属阳极电解过程中产生的金属氢氧化物，研究了无机含磷含氟污水的絮凝工艺，为磷化工企业污水处理开辟了一条新的途径。
2.实验研究方案
2.1原材料
含磷氟的实验污水，处理用的石灰乳和聚丙烯酰胺均由开滦集团某污水站提供。其中，污水质量指标如下:
2.2工艺原理
处理无机含磷氟污水的电化学絮凝工艺是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被腐蚀产生铝铁等离子体，通过一系列水解、聚合、亚铁氧化过程，转化为各种羟基络合物、多核羟基络合物甚至氢氧化物，污染物被溶解的金属盐和羟基(OH-)沉淀，转化为沉淀物。
溶解的金属盐与羟基(OH-)相互结合形成氢氧化物，通过氢氧化物的吸附力吸附污染物。氢氧化物逐渐形成更大尺寸的晶格状结构，然后吸附污染物。同时，通过电荷中和，污染物集中在带相反电荷的极板上，无机含磷和含氟污水中的带电污染物颗粒在电场中游动，其部分电荷被电极中和，促进其失稳和聚集，胶体杂质和悬浮杂质凝聚沉淀分离。此外，由于阳极的氧化和阴极的还原，污水中的氨氮等其他污染物指标也可以降低。
含磷氟污水处理的电化学絮凝工艺反应原理如图1所示。
以铝片和铁片为例，以下化学反应分别发生在阳极和阴极。
(1)铝板
(2)铁皮
2.3电化学絮凝装置
电化学絮凝装置(见图2)的主要部件包括电化学絮凝反应箱、极板、极性反转整流器、极板清洗系统和辅助电源系统等。
处理无机含磷和含氟污水的电化学絮凝系统需要定期更换极板。为了操作方便，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)周期性地改变极板的极性，使极板与溶解的金属盐反应形成结垢后，废水中的硬度成分附着在极板上，采用极性反转整流器周期性地切换极板的电凝聚性能，以缓解极板单级快速结垢现象。 实现装置的长期稳定运行，极性反转周期根据待处理污水的水质进行调整。 自动清洁系统自动感应极板的污染状态并进行自动清洁。自动控制微泡系统用于抑制污染物粘附在极板上，同时最小化由于微泡干扰而导致的带电效率。
2.4工艺流程
电化学絮凝处理无机磷和含氟污水的工艺流程如图5所示。定量测量无机磷和含氟污水，用石灰乳调节污水的pH值至6.15；设定电化学絮凝装置的电流值为5A，总反应时间为45min，根据电化学絮凝装置的电压变化启动极性反转整流系统，每15s更换一次极板的极性；电化学絮凝反应后，将污水送入高效絮凝沉淀池，加入质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺，加入量为污水质量的0.1%，搅拌沉淀20min，液固分离后送分析。
2.5实验结果和讨论
电化学絮凝处理含磷氟无机废水的水质指标如下:
上述实验结果表明，在经电化学絮凝处理的含磷氟污水中，磷和氟的去除率分别为99.85%和99.39%，磷和氟的去除效果显著。污水处理绝对干污泥量(以污水质量计算，下同)为36kg/t；直接电耗1.87 kW·h/t，电价按0.5元/(kW·h)计算，电费0.935元/吨；加上电化学板的维护费用、调节pH值的费用和聚丙烯酰胺的费用，电化学絮凝污水处理装置的整体运行费用约为1.5元/吨。
3.结论
上述实验结果表明，含磷氟污水处理的电化学絮凝工艺具有很好的经济、社会和生态效益。与传统的含磷氟污水处理的方法相比，含磷氟污水处理的电化学絮凝方法具有工艺流程简单、运行成本低、最大限度节能、最少使用化学品和最少使用人力的优点；产生的污泥量少，降低了废渣的处置成本，提高了污水处理后循环利用的可能性。同时，电化学絮凝装置采用极性反转整流系统、自动清洗系统和自动控制微泡系统，解决了传统电絮凝技术中耗电量大、处理量小、运行周期短、极板更换困难等技术难题。它是处理无机含磷和含氟污水的最新一代成熟的电化学絮凝技术，具有广阔的应用前景。而且“P-F 污水处理工艺”的研究坚持“双高一优”(即“采用高新技术改造传统产业，推进高新技术产业化，优化产业结构和技术结构”)的指导方针，符合大力开展科技创新和技术改造，探索磷化工P-F废水深度净化处理的方针。(来源:贵州林锴集团有限公司)
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