磷是一种活泼元素,在自然界中不以游离状态存在。磷是植物和动物生长的基本养料,并和氮一样是通过分解和光合作用而循环的。磷主要以磷酸盐形式在地表水和地下水中出现。在水中,磷离子以H2PO4-还是HPO42-形式存在,这取决于pH值,当pH值在2-7之间,水中的磷酸盐离子多数以H2PO4-离子形式存在,而pH值在7-12之间,则多数以HPO42-离子形式存在。
在污水中,磷主要以正磷酸盐离子、聚合磷酸盐或缩合磷酸盐及有机磷化合物的形式出现。磷的主要形式为正磷酸盐,它能以不同的化学形式出现,随污水的pH值而定。对城市污水通常的pH范围(接近中性)来讲,正磷酸盐的主要形式是HPO42-。在水溶液中,聚合磷酸盐逐渐水解成正盐的形式。提高温度,降低pH或者存在细菌酶时将加速此化学还原速度。在污水生物处理过程中,有机磷转化成正磷酸盐,聚合磷酸盐也被水解成正盐形式。用化学方法从污水中除磷时,这种还原现象非常有利,因为正磷酸盐是最容易进行化学沉淀的磷。
一、处理技术
1、磷的化学沉淀
多价金属阳离子(铝、钙和铁)均可与磷生成不溶性沉淀物。一般来说,化学沉淀法除磷程度是以下四种因素的函数:
1、开始的磷浓度;
2、沉淀用的阳离子浓度;
3、与磷争夺阳离子产生沉淀的其他阴离子浓度;
4、废水的pH值。
铝和铁在水溶液中有水解的趋势,引起氢氧根离子和磷酸根离子争夺金属离子产生沉淀。因此,除磷效率取决于溶液中这二种阴离子的相对浓度,从而取决于pH 值。更确切地讲,pH下降,即氢氧根减少,有利于金属阳离子的磷酸盐沉淀。用钙离子作沉淀剂时,争夺钙的主要是磷酸根和碳酸根这两种阴离子。同样,除磷效率取决于存在的阴离子的相对浓度和pH值,羟值磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6是最稳定的固态磷酸钙。
2、磷的加铝沉淀
在适宜的pH条件下,生成磷酸盐沉淀所需要的铝离子,除磷时Al与PO43-物质的量比约为1:1,实践中,在不便进行过滤和调节pH的场合时,必须投加过量铝,这样有利于除磷。磷的化学沉淀过程有两个阶段:1、通过使用化学沉淀剂,磷必须变成不溶性质;2、必须能用沉淀或者过滤的方法将沉淀物从溶液中去除。投加各种聚合电解质或过量金属离子所生成的金属氢氧化物,可使不溶性金属磷化物微粒聚集成容易沉淀或容易过滤的大颗粒。利用明矾,即水合硫酸铝,可以从含磷量为10mg/L的污水中去除85%的磷,需要加入的明矾量为:16×10=160mg/L。
3、磷的加铁沉淀Fe3+和Fe2+两种离子在磷的沉淀方面都是有效的。用三价铁除磷时,Fe3+和PO43-的物质的量比为1:1时,Fe与P的质量比为1．8:1。用亚铁离子可以生成不溶性磷酸亚铁,Fe和PO43-物质的量比为3:2。与加铝时的反应相似,实际应用中要加过量的铁,即加铁量应大于化学计算值,以保证达到所要求的除磷率,用铁来除磷还取决于pH,对于三价铁离子,最适合的pH范围为4．5-5．0,而对于二价铁离子则为7．0-8．0。沉淀磷用的铁化合物通常有硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁和废酸洗液。由于亚铁盐呈酸性,需投加石灰或氢氧化钠以有效地除磷。若污水加入亚铁离子后进行曝气,就可能不需要使用中和酸的化学药剂。
4、磷的加石灰沉淀
污水加石灰除磷时,可沉淀出羟基磷灰石。除了此沉淀外,石灰还将与污水中的碱度和硬度反应生成碳酸钙,生成碳酸钙的这一反应很重要,理由有二:1、有效地除磷所需要的石灰投加量主要取决于软化和脱碱所消耗的石灰量;2、生成的碳酸钙可以作为增重剂,有助于沉淀而使污水澄清。高碱度废水要求投加大量石灰将pH调至10-11,在此氢离子浓度下,磷的沉淀是有效的。只有在碱度非常低的废水中,所用的石灰才主要消耗在磷沉淀反应中。在用石灰沉淀磷的工艺中,由于碱度的变化,通常需要在实验室进行处理能力的研究,以便获得这种污水处理装置工程设计所必需的资料。
化学沉淀除磷通过控制沉淀用的阳离子浓度和废水的pH值,可以将废水中的大部分磷通过沉淀和过滤的方式脱出系统之中,但由于投加比例的不同和工艺的原理限制等原因,化学沉淀达到的除磷百分率在75-95%之间,对于现行的磷排放指标来讲,仅靠化学沉淀是不能满足环保需求的。
二、深度除磷材料FERROLOX®
FERROLOX®是一种特别工艺制成的颗粒状氢氧铁,是从水中去除磷酸盐的最有效也是最具经济价值的介质材料。pH值和浓度对氢氧化铁的吸附能力有很大的影响。FERROLOX®独特的吸附性能可以使残留的磷酸盐浓度达到小于0．05ppm。这个标准符合《地表水环境质量标准》GB 3838-2002中地表Ⅰ类:主要适用于源头水、国家自然保护区水质标准),可满足国家磷排放指标,同时,FERROLOX®可重复使用,节能环保,经济高效。
三、相关参数
1、化学分子式和成分:颗粒状 Fe(OH)3;
2、矿物质成分:三价铁离子含量占总重量的比例高达40%;
3、物理性质:
4、物理参数:操作条件及吸附能力:
四、磷酸盐的吸附
磷酸盐阴离子的酸性特质使得表面电荷更容易吸附于FERROLOX®介质。pH值的增加导致了吸附性能的降低。最高的吸附能力是pH在6与7之间;pH值大于9将阻止吸附过程(pH值大于9时,溶液中金属氧化物的表面覆盖满了羟基团OH,促使吸附剂表面电荷发生了负离子吸附),并且释放所有吸附的磷酸盐阴离子。磷酸盐吸附在FERROLOX®颗粒状吸附剂上后,可以使用0．1%的氢氧化钠溶液,盐溶液在高pH值情况下简单浸泡1小时来洗脱。FERROLOX®介质表面是负电荷,因此会在FERROLOX®介质颗粒和磷酸盐阴离子之间产生排斥。吸附的磷酸盐阴离子会在pH值较高的溶液中释放,pH值需要在12．5-13．5之间进行调整,通过调节pH可以回收高达90-99%的磷酸盐。
五、吸附接触时间
关于吸附剂FERROLOX®吸附磷酸盐的接触时间,对于磷酸盐浓度从1mg/l到80 mg/l,pH为5到6．5之间,完全吸附时间不到3分钟,当pH为5-6．5时净水或者废水中的磷酸盐浓度完全不影响吸附性能,在这些条件下使用FERROLOX®介质滤料,不需要额外的酸或者碱,大大节约了设备的运行成本,高的床体积可以增大处理水的体积,并降低系统出水的磷酸盐浓度,最好的效果约为20BV。
六、深度除磷树脂Tulsimer®A-107
Tulsimer®A-107是一款专门开发的,基于含有优良物理和化学稳定性的I型季胺官能基强碱性阴离子交换树脂,适用于磷酸盐去除,混床等应用。Tulsimer®A-107呈湿润的氯型球状,并且因拥有可控的粒径而减弱了大流量操作下的压力。常与Tulsimer®T-42UPS一起应用于混床中而起到更好的结果。Tulsimer®A-107强碱性丙烯酸阴离子交换树脂,具有极高的磷酸盐去除能力,且容易再生,并且比苯酚型离子交换树脂具有更强的抵抗有机物污染的能力,使用寿命更长,效果更持久稳定。
七、典型特性
