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某纺织服装城废水除磷中聚合硫酸铁的应用效果

2020-08-11 198 上传者：管理员

摘要：采用聚合硫酸铁混凝剂对某纺织服装城污水处理厂调节池废水总磷进行处理，并研究聚合硫酸铁浓度、聚丙烯酰胺浓度、pH值、搅拌速度和搅拌时间等反应条件对废水总磷去除率的影响。其结果表明通过优化工艺，具有较高的处理效率，可以将该纺织服装城污水处理厂调节池废水总磷从初始的3.97mg/L降至《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287—2012）规定的排放限值（0.5mg/L）以下。

关键词：
pH值
总磷
纺织废水
聚丙烯酰胺浓度
聚合硫酸铁
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随着经济社会的不断发展，越来越多的磷元素通过各种途径进入到了废水和自然水体中。高含磷物质进入水体后增加了水体中的营养物质，造成水体富营养化，从而引起各种藻类和浮游生物大量繁殖，使得大量水生动植物因缺氧死亡，严重影响了江河湖泊的生态平衡。因此，对废水进行除磷作为防治水体富营养化的一项重要措施，也越来越受到人们的重视。

目前，国内外常用的除磷方法有生物法[1]、吸附法[2]和化学沉淀法[3]等。虽然生物除磷在废水处理中具有成本低、产泥量少等优点，但也存在处理效果不稳定，当废水磷含量较高时处理效率低下，甚至需要进行二次磷处理等缺点[4]。吸附法除磷则在具有工艺简单，运行可靠，适用范围广等优点的同时，也存在着吸附剂饱和吸附量低，成本高，易受pH变化的影响等缺点[5]。而化学沉淀法作为一种实用高效、经济方便的除磷方法，对高含磷废水具有较高的处理效率，受到了国内外废水处理厂的普遍欢迎[6]。

因此，本实验通过采用聚合硫酸铁作为混凝剂研究了其对巴州某纺织服装城污水处理厂调节池废水化学除磷的效果，同时考察了不同混凝剂聚合硫酸铁、助凝剂聚丙烯酰胺浓度以及废水pH值、搅拌速度等对除磷效果的影响，从而为工业的实际应用提供最佳的参数，以达到最好的除磷效果。

1、实验材料与方法

1.1 实验试剂

主要实验试剂有：聚合硫酸铁，聚丙烯酰胺，钼酸铵，过硫酸钾，抗坏血酸，氢氧化钠和盐酸等，均购于某化学试剂有限公司。

本实验采用的水样为巴州某纺织服装城污水处理厂调节池的废水。其废水中总磷含量为3.97mg/L,COD浓度为704mg/L,pH为7.44。

1.2 实验仪器

主要实验仪器包括：紫外可见分光光度计，混凝试验搅拌机，高压蒸汽灭菌锅，电子分析天平，pH计等。

1.3 实验方法

取适量的废水水样，置于混凝试验搅拌机上，然后添加一定量的聚合硫酸铁溶液和聚丙烯酰胺溶液，添加完毕后先以180r/min的搅拌速度快速搅拌30s使试剂与废水充分混合，再以一定的搅拌速度慢速搅拌4min，搅拌完毕静置沉淀30min后吸取上清液，采用《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893—89）规定的方法测得总磷含量。

采用上述方法，通过调整聚合硫酸铁浓度、聚丙烯酰胺浓度、废水pH值、搅拌速度等条件，采取控制变量法研究不同反应条件对废水总磷去除效果的影响。

2、结果与讨论

2.1 聚合硫酸铁浓度对废水除磷效果的影响

不同聚合硫酸铁浓度对废水除磷效果如图1所示。

图1不同聚合硫酸铁浓度对废水总磷去除率的影响

由图1可以看出：随着聚合硫酸铁浓度的增加废水水样的总磷去除率也逐渐增大，这是因为聚合硫酸铁是带正电荷的高分子混凝剂，它的浓度逐渐增大使其与废水中带负电的离子发生电性中和作用增强，导致废水中胶体脱稳形成大量絮状体，这些絮状体在不断长大过程中使得混凝剂吸附架桥和沉淀网捕作用增强，从而使废水中总磷的去除率迅速上升。当聚合硫酸铁浓度达到120mg/L时，废水中的总磷去除率已达到了85%以上，但聚合硫酸铁浓度继续增加时废水总磷去除率不仅没有升高反而开始下降，这是因为过量的聚合硫酸铁使废水胶体表面的电荷发生逆转，导致已失稳的絮凝体重新稳定，从而使得废水总磷去除率开始下降。所以本实验选定的最佳聚合硫酸铁浓度为120mg/L。

2.2 聚丙烯酰胺浓度对处理废水的影响

在最佳聚合硫酸铁浓度下，不同聚丙烯酰胺浓度对废水除磷效果的影响如图2所示。

图2不同聚丙烯酰胺浓度对废水总磷去除率的影响

由图2可以得出：随着聚丙烯酰胺浓度增大其废水总磷去除率迅速增大，这是因为聚丙烯酰胺的加入增强了混凝剂的吸附架桥和网捕卷扫作用，使得形成密度更加密实的矾花絮体，这些絮凝体又与磷酸盐络合物结合形成了更大、更稳定的絮凝体，从而沉淀下来，使得废水总磷去除率增大。当聚丙烯酰胺浓度到达1.6mg/L时，废水中的总磷去除率可以达到90%以上，但浓度继续增加会使得过量的聚丙烯酰胺破坏已沉淀下来的絮凝体，使得部分溶解性磷酸盐又重新回到废水中，导致废水总磷去除率下降。因此本实验选定的最佳聚丙烯酰胺浓度为1.6mg/L。

2.3 废水pH值对处理废水的影响

在最佳聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺浓度下，pH对废水除磷效果的影响如图3所示。

图3不同pH值对废水总磷去除率的影响

由图3可知：当pH值较低时，废水中总磷去除率较低，随着pH值的增加，总磷的去除率迅速上升，在pH=8附近达到最大值，当pH值继续增加则使得总磷去除率开始下降。这是因为当pH较低时，废水呈现强酸性，这时废水中的磷主要以H3PO4形式存在，它们很难与混凝剂发生反应，同时聚合硫酸铁在酸性条件下水解后主要是以Fe3+的形式存在，在混凝过程中不能起到吸附架桥作用，从而导致废水总磷去除率不高；随着pH的增加，当废水呈现中性或弱碱性时，废水中的磷开始以H2PO4-和HPO42-形式存在，聚合硫酸铁水解产物也以带高电荷的高聚络合物为主，此时废水中的磷与混凝剂结合可以反应生成难溶性的金属磷酸盐络合物，在网捕卷扫和吸附架桥作用下使废水中的磷得以去除，从而提高总磷去除率；当pH继续升高，废水呈现出强碱性，使得废水中大量的OH-优先与混凝剂中的Fe3+反应生成难溶性氢氧化铁沉淀，使得混凝剂吸附网捕作用降低，导致总磷除磷效率下降。因此本实验选定的最佳pH为8。

2.4 搅拌速度对处理废水的影响

在最佳聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺和pH条件下，搅拌速度对废水除磷效果的影响如图4所示。

图4不同搅拌速度对废水总磷去除率的影响

从图4可得：搅拌速度过慢，会使混凝剂分布不均匀，难以发挥最佳的混凝作用，所以从表中可以看出速度较慢时总磷的去除率不佳，当搅拌速度在60～120r/min范围内，效果最佳，去除率达到了90%以上，超过120r/min速度过快会打碎矾花，悬浮物较多，处理效果有下降趋势。所以搅拌速度不能太慢也不能太快，要适宜，在本实验选定的最佳搅拌速度为80r/min。

3、结语

通过采用聚合硫酸铁混凝剂对来自巴州某纺织服装城污水处理厂调节池废水总磷进行处理，并对不同反应条件进行研究发现：投加的聚合硫酸铁浓度为120mg/L时，废水总磷去除率较高；当助凝剂聚丙烯酰胺浓度为1.6mg/L左右时可以有效提高总磷去除率；pH值对总磷的去除影响较大，当pH在8左右时，去除效果最好，过酸或过碱都会使总磷去除率下降；搅拌速度不是越快越好，过快的搅拌速度会使形成的矾花颗粒被水力打碎，导致一部分被吸附的总磷又重新溶解到废水中，使得总磷去除率下降，一般搅拌速度在80r/min左右时为宜。此外，在最适宜运行条件下，可以将该纺织服装城污水处理厂调节池废水总磷从初始的3.97mg/L降至《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287—2012）规定的排放限值（0.5mg/L）以下。

参考文献：

[1]张婷瑜,武瑞平,赵雪芹.腐殖土序批式反应器强化生物除磷及微生物群落响应的研究[J].水处理技术,2019,45(7):64-68,74.

[2]唐朝春,刘名,陈惠民,等.吸附除磷技术的研究进展[J].水处理技术,2014,40(9):1-7,12.

[3]高教成.磷污染处理技术的研究进展[J].科技资讯,2016,14(29):64,182.

[4]郭琇,孙洪伟.生物除磷主要影响因素的研究[J].水处理技术,2008,34(9):7-10.

[5]秦安荣.聚硫酸铁的絮凝特性及其在环境保护中的应用[J].上海环境科学,1987,6(1):24-28,8.

[6]张继华.化学沉淀法处理磷化废水[J].工业水处理,2000,20(5):43-44.

蔡吉祥,翟露露,薛江鹏,查向浩,李有文.聚合硫酸铁对某纺织服装城废水除磷效果的影响[J].轻纺工业与技术,2020,49(07):17-18+30.

基金:2019年喀什大学校内课题《氯硅烷残液资源化利用制备纳米二氧化硅的研究》(192656).