有機(jī)廢水中提取磷酸鹽純化技術(shù)研究

郝曉翠，王 亮，張文燕，路紹琰，王俐聰，黃西平

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

1 前言

近年來，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象越來越受到人們的重視，而引起水體富營養(yǎng)化的重要物質(zhì)為氮和磷。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，合理利用不可再生的磷資源是所面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)，研究廢水除磷的方法意義重大。因此，對(duì)其進(jìn)行有效的資源化利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，高含鹽廢水的利用技術(shù)有熱濃縮技術(shù)[1]、膜分離技術(shù)[2]、膜蒸餾技術(shù)[3]、直接脫鹽的電吸附技術(shù)[4]等，這些技術(shù)對(duì)高含鹽廢水的治理取得了一定成效，但是投資及運(yùn)行成本較高，能耗較大。

文章采用新型資源化控制結(jié)晶技術(shù)低成本提取了有機(jī)廢水中的磷酸鹽。將廢水中的磷提取為工業(yè)上有著廣泛用途的磷酸氫二鈉，即提高了產(chǎn)品的附加值又減少了磷排放而引起的環(huán)境污染。磷酸鹽的回收率(以磷計(jì)算)達(dá)到90%以上。但是制備的產(chǎn)品中會(huì)夾帶有機(jī)物，文章研究了純化方式對(duì)磷酸鹽產(chǎn)品COD的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

將上述提取的磷酸鹽置于燒杯中，同時(shí)加入水進(jìn)行洗滌，開啟攪拌，攪拌一定時(shí)間后進(jìn)行分離。經(jīng)過純化后，得到的產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 洗滌水用量對(duì)產(chǎn)品COD的影響

采用上述控制結(jié)晶技術(shù)得到的磷酸鹽會(huì)夾帶少量的有機(jī)物，因此需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行純化。純化方式采用自來水洗滌。在洗滌水溫度、攪拌速度、攪拌時(shí)間一定時(shí)，研究洗滌水用量與被洗滌產(chǎn)品關(guān)系曲線，如圖1所示，橫坐標(biāo)代表用水量與被洗滌產(chǎn)品的量的倍數(shù)關(guān)系，縱坐標(biāo)代表洗滌后產(chǎn)品的COD。從圖1可以看出，隨著洗滌水用量的增加，產(chǎn)品的COD降低。當(dāng)洗滌水用量是產(chǎn)品量的2倍時(shí)，產(chǎn)品中的COD約為0.003 1%，再增加洗滌水的用量COD基本不變。

圖1 洗滌水倍數(shù)與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線Fig.1 Relation curve between washing water multiple and product COD

3.2 洗滌水溫度對(duì)產(chǎn)品COD的影響

在洗滌水用量、攪拌速度、攪拌時(shí)間一定時(shí)，研究洗滌水溫度對(duì)產(chǎn)品COD的影響。從圖2可以看出，在研究溫度范圍內(nèi)，當(dāng)洗滌水溫度在零下時(shí)，產(chǎn)品的COD去除率較低，為0.028%。隨著洗滌水溫度的升高，產(chǎn)品的COD逐漸降低，由0 ℃時(shí)的0.003 8%降至10 ℃時(shí)的0.002 1%，降低幅度減小。這是由于溫度較低時(shí)，有機(jī)物溶解度較小，雜質(zhì)吸附在產(chǎn)品上，隨著溫度的升高，有機(jī)物的溶解度增加，溶解在洗滌母液中，因此產(chǎn)品的COD降低。

3.3 攪拌速度對(duì)產(chǎn)品COD的影響

圖3為攪拌速度與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線。從圖3中可以看出，在洗滌水用量、洗滌水溫度、攪拌時(shí)間一定時(shí)，產(chǎn)品中的COD隨著攪拌速度的增加而增大。當(dāng)攪拌速度大于300 r/min時(shí)，產(chǎn)品的COD增加明顯。這是由于攪拌速度增加時(shí)產(chǎn)品的晶體粒徑變小，比表面積增加，產(chǎn)品變成固液比很大的粘稠狀狀態(tài)，有機(jī)物附著在產(chǎn)品上，因此，產(chǎn)品中的COD逐漸增加。

圖2 洗滌水溫度與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線Fig.2 Relation curve between washing water temperature and product COD

圖3 攪拌速度與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between stirring speed and product COD

3.4 攪拌時(shí)間對(duì)產(chǎn)品COD的影響

圖4為攪拌時(shí)間與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線。從圖4中可以看出，當(dāng)洗滌水用量、洗滌水溫度、攪拌速度一定時(shí)，在考察的攪拌時(shí)間范圍內(nèi)，產(chǎn)品COD隨著攪拌時(shí)間的增加而減小。攪拌時(shí)間由5 min增加到20 min時(shí)，產(chǎn)品的COD下降顯著，由0.024%下降到0.006 4%，再延長攪拌時(shí)間，降低幅度減小，由20 min的0.006 4%下降到50 min的0.002 0%。在研究的范圍內(nèi)，當(dāng)攪拌時(shí)間超過40 min時(shí)，產(chǎn)品的COD基本保持不變。這是由于延長時(shí)間，增加了有機(jī)物從產(chǎn)品上脫附的概率，更多的有機(jī)物進(jìn)入到洗滌液中，因此產(chǎn)品的COD降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)40min時(shí)，有機(jī)物的溶解和脫附到達(dá)一平衡值，因此產(chǎn)品的COD基本不變。

3.5 不同種類的洗滌水對(duì)產(chǎn)品COD的影響

上述研究中均采用自來水洗滌和純化產(chǎn)品。在上述研究的基礎(chǔ)上，采用蒸餾水對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行洗滌和純化，當(dāng)洗滌水溫度、攪拌時(shí)間、攪拌速度一定時(shí)，結(jié)果如圖5所示。

圖4 攪拌時(shí)間與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between stirring time and product COD

圖5 洗滌蒸餾水倍數(shù)與產(chǎn)品COD的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between washing distilled water multiple and product COD

從圖5可以看出，與自來水相比，產(chǎn)品中的COD變化趨勢(shì)一致，在洗滌水用量相同的情況下，產(chǎn)品的COD基本一致，從經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇自來水進(jìn)行洗滌和純化產(chǎn)品。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用資源化利用技術(shù)成功提取了廢水中的磷酸鹽，并對(duì)磷酸鹽的洗滌和純化方式進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明：當(dāng)洗滌水的用量是被洗滌產(chǎn)品的2倍時(shí)產(chǎn)品中的COD較低；洗滌水的溫度在0 ℃～10 ℃之間時(shí)產(chǎn)品的COD變化較小；攪拌速度對(duì)產(chǎn)品的COD影響較大，當(dāng)攪拌時(shí)間超過40 min時(shí)對(duì)產(chǎn)品的COD影響較??；在所研究的范圍內(nèi)，洗滌水的種類對(duì)產(chǎn)品的COD幾乎沒有影響。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，從經(jīng)濟(jì)性考慮，產(chǎn)品的最佳洗滌和純化工藝為：自來水用量為被洗滌產(chǎn)品量的2倍，洗滌水溫度為3 ℃～5 ℃，攪拌速度為100 r/min，攪拌時(shí)間為40 min。該工藝為高含鹽廢水的資源化利用開辟了新的途徑。