1.概觀

面對日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，“三廢”治理的技術(shù)水平已成為制約磷復(fù)肥企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。在磷復(fù)肥生產(chǎn)過程中，不可避免地會產(chǎn)生大量含磷、氟的廢水。如何高效穩(wěn)定地處理含磷氟廢水已成為磷化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前含磷氟污水處理的方法主要有化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、生物法和電化學(xué)法。

(1)化學(xué)沉淀法技術(shù)相對成熟，對水質(zhì)要求低，對高濃度含磷氟廢水處理效果好。但是投資成本比較高，需要投加大量的藥劑，運(yùn)行成本高，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

(2)吸附法對有機(jī)物、金屬離子、氟化物、磷酸鹽的去除效果較高，但投資費(fèi)用較高，運(yùn)行費(fèi)用較高，需要定期反沖洗填料，吸附飽和后再生或更換填料。

(3)離子交換法對污水中的污染物去除率高，不僅能去除磷，還能去除其他鈣鎂等離子體。但投資成本相對較高，運(yùn)行成本高，離子交換樹脂容易飽和，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

(4)生物法依靠微生物除磷，耗電量少，運(yùn)行費(fèi)用少，對有機(jī)磷處理效果好，但對無機(jī)磷處理效果不穩(wěn)定；受水質(zhì)限制，只有當(dāng)水中含有大量有機(jī)物時(shí)，除磷效果較好，有機(jī)物含量低的高濃度含磷生產(chǎn)廢水處理效果不好。

(5)電化學(xué)法對無機(jī)磷和氟的處理效果較好，具有絮凝和浮選作用，應(yīng)用前景廣闊。但這種方法目前還不成熟，傳統(tǒng)技術(shù)投資成本高，運(yùn)行成本高，設(shè)備制造難度大。

為了高效穩(wěn)定地處理無機(jī)含磷含氟污水，改善廠區(qū)周圍的水環(huán)境，作者利用可溶性金屬陽極電解過程中產(chǎn)生的金屬氫氧化物，研究了無機(jī)含磷含氟污水的絮凝工藝，為磷化工企業(yè)污水處理開辟了一條新的途徑。

2.實(shí)驗(yàn)研究方案

2.1原材料

含磷氟的實(shí)驗(yàn)污水，處理用的石灰乳和聚丙烯酰胺均由開灤集團(tuán)某污水站提供。其中，污水質(zhì)量指標(biāo)如下:

2.2工藝原理

處理無機(jī)含磷氟污水的電化學(xué)絮凝工藝是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被腐蝕產(chǎn)生鋁鐵等離子體，通過一系列水解、聚合、亞鐵氧化過程，轉(zhuǎn)化為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物甚至氫氧化物，污染物被溶解的金屬鹽和羥基(OH-)沉淀，轉(zhuǎn)化為沉淀物。

溶解的金屬鹽與羥基(OH-)相互結(jié)合形成氫氧化物，通過氫氧化物的吸附力吸附污染物。氫氧化物逐漸形成更大尺寸的晶格狀結(jié)構(gòu)，然后吸附污染物。同時(shí)，通過電荷中和，污染物集中在帶相反電荷的極板上，無機(jī)含磷和含氟污水中的帶電污染物顆粒在電場中游動，其部分電荷被電極中和，促進(jìn)其失穩(wěn)和聚集，膠體雜質(zhì)和懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀分離。此外，由于陽極的氧化和陰極的還原，污水中的氨氮等其他污染物指標(biāo)也可以降低。

含磷氟污水處理的電化學(xué)絮凝工藝反應(yīng)原理如圖1所示。

以鋁片和鐵片為例，以下化學(xué)反應(yīng)分別發(fā)生在陽極和陰極。

(1)鋁板

(2)鐵皮

2.3電化學(xué)絮凝裝置

電化學(xué)絮凝裝置(見圖2)的主要部件包括電化學(xué)絮凝反應(yīng)箱、極板、極性反轉(zhuǎn)整流器、極板清洗系統(tǒng)和輔助電源系統(tǒng)等。

處理無機(jī)含磷和含氟污水的電化學(xué)絮凝系統(tǒng)需要定期更換極板。為了操作方便，極板設(shè)計(jì)成組件結(jié)構(gòu)(見圖3)。同時(shí)，采用極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)(其工作原理如圖4所示)周期性地改變極板的極性，使極板與溶解的金屬鹽反應(yīng)形成結(jié)垢后，廢水中的硬度成分附著在極板上，采用極性反轉(zhuǎn)整流器周期性地切換極板的電凝聚性能，以緩解極板單級快速結(jié)垢現(xiàn)象。 實(shí)現(xiàn)裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行，極性反轉(zhuǎn)周期根據(jù)待處理污水的水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。 自動清潔系統(tǒng)自動感應(yīng)極板的污染狀態(tài)并進(jìn)行自動清潔。自動控制微泡系統(tǒng)用于抑制污染物粘附在極板上，同時(shí)最小化由于微泡干擾而導(dǎo)致的帶電效率。

2.4工藝流程

電化學(xué)絮凝處理無機(jī)磷和含氟污水的工藝流程如圖5所示。定量測量無機(jī)磷和含氟污水，用石灰乳調(diào)節(jié)污水的pH值至6.15；設(shè)定電化學(xué)絮凝裝置的電流值為5A，總反應(yīng)時(shí)間為45min，根據(jù)電化學(xué)絮凝裝置的電壓變化啟動極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)，每15s更換一次極板的極性；電化學(xué)絮凝反應(yīng)后，將污水送入高效絮凝沉淀池，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的聚丙烯酰胺，加入量為污水質(zhì)量的0.1%，攪拌沉淀20min，液固分離后送分析。

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

電化學(xué)絮凝處理含磷氟無機(jī)廢水的水質(zhì)指標(biāo)如下:

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在經(jīng)電化學(xué)絮凝處理的含磷氟污水中，磷和氟的去除率分別為99.85%和99.39%，磷和氟的去除效果顯著。污水處理絕對干污泥量(以污水質(zhì)量計(jì)算，下同)為36kg/t；直接電耗1.87 kW·h/t，電價(jià)按0.5元/(kW·h)計(jì)算，電費(fèi)0.935元/噸；加上電化學(xué)板的維護(hù)費(fèi)用、調(diào)節(jié)pH值的費(fèi)用和聚丙烯酰胺的費(fèi)用，電化學(xué)絮凝污水處理裝置的整體運(yùn)行費(fèi)用約為1.5元/噸。

3.結(jié)論

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含磷氟污水處理的電化學(xué)絮凝工藝具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。與傳統(tǒng)的含磷氟污水處理的方法相比，含磷氟污水處理的電化學(xué)絮凝方法具有工藝流程簡單、運(yùn)行成本低、最大限度節(jié)能、最少使用化學(xué)品和最少使用人力的優(yōu)點(diǎn)；產(chǎn)生的污泥量少，降低了廢渣的處置成本，提高了污水處理后循環(huán)利用的可能性。同時(shí)，電化學(xué)絮凝裝置采用極性反轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)、自動清洗系統(tǒng)和自動控制微泡系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)中耗電量大、處理量小、運(yùn)行周期短、極板更換困難等技術(shù)難題。它是處理無機(jī)含磷和含氟污水的最新一代成熟的電化學(xué)絮凝技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。而且“P-F 污水處理工藝”的研究堅(jiān)持“雙高一優(yōu)”(即“采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)”)的指導(dǎo)方針，符合大力開展科技創(chuàng)新和技術(shù)改造，探索磷化工P-F廢水深度凈化處理的方針。(來源:貴州林鍇集團(tuán)有限公司)

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標(biāo)簽:  無機(jī)含磷氟污水處理電化學(xué)絮凝法