電絮凝工藝在生活污水除磷中的應(yīng)用

呂慶龍

（廈門綠動(dòng)力環(huán)境治理工程有限公司，福建 廈門 361009）

目前小型生活污水站除磷常以化學(xué)除磷為主?；瘜W(xué)除磷工藝需要投加藥劑、處理污泥，對操作管理要求較高，而小型污水處理站的操作、管理水平有限，尤其是農(nóng)村生活污水處理站，常常無專職運(yùn)營人員或一個(gè)專職人員需要同時(shí)運(yùn)營幾個(gè)污水處理站點(diǎn)。因此，小型生化污水處理站易出現(xiàn)加藥不及時(shí)、加藥量不足造成出水總磷超標(biāo)，加藥量過大造成出水pH 值過低，排泥壓泥不及時(shí)造成出水懸浮物過高等情況。

電絮凝技術(shù)是一種環(huán)境友好的新技術(shù)，該技術(shù)在外加電場作用下，可利用可溶性陽極產(chǎn)生的大量陽離子的絮凝作用將廢水中的污染物去除[1]。采用電絮凝工藝處理含磷廢水已經(jīng)有了一些研究和應(yīng)用實(shí)例。例如，楊洪新等人采用電絮凝工藝處理模擬含磷廢水，當(dāng)廢水初始pH 值為7、電導(dǎo)率為150μs/cm、反應(yīng)時(shí)間為30min、極板間距為1cm、電流密度為2.54mA/cm2時(shí)，磷的去除效果達(dá)到最佳，去除率可以達(dá)到90%[2]；馮爽等人采用電絮凝工藝處理含磷廢水，電極間距為1.5—2.0cm，電解6min 后對磷的去除率即可達(dá)70%左右，電解10min 后對磷的去除率可達(dá)90%以上[3]。

近年來，電絮凝技術(shù)因其具有運(yùn)行成本低、處理效果穩(wěn)定、占地面積小、易于操作管理等優(yōu)點(diǎn)，成為水處理的熱門工藝。而電絮凝除磷作為小型生活污水的除磷工藝，因操作管理簡單、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定，可解決小型污水處理因操作管理水平低而造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定的問題。本實(shí)驗(yàn)以廈門翔安區(qū)某農(nóng)村生活污水為原水進(jìn)行電絮凝除磷實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)確定電絮凝工藝用于生活污水除磷的可行性及反應(yīng)時(shí)間、板電流密度、極板間距等的最佳值，為后續(xù)電絮凝工藝用于生活污水除磷提供參考。

1 電絮凝除磷實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、過硫酸鉀，抗壞血酸、酒石酸銻鉀、鉬酸銨、聚丙烯酰胺等，試劑均為分析純。

儀器：721 型紫外可見分光光度計(jì)、PHSJ-3F 型pH 計(jì)、MS-305D 型直流穩(wěn)壓電源。

1.2 電絮凝除磷工藝原理

電絮凝除磷工藝的常用鐵為極板，通過施加外部電場，在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生一系列的氧化還原反應(yīng)以達(dá)到除磷目的。當(dāng)以鐵作為電極時(shí)，反應(yīng)原理如下：

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

電絮凝除磷實(shí)驗(yàn)裝置由電解槽（1000mL 燒杯）、電極板（150mm×60mm×2mm 的鐵板）、直流穩(wěn)壓電源、磁力攪拌裝置組成。示意見圖1。

圖1 示意圖

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

以廈門翔安某農(nóng)村生活污水處理站未投加除磷劑的好氧池水為原水，pH 值為6.88，總磷濃度為6.80mg/L。按照不同的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行電絮凝除磷實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)后廢水投加聚丙烯酰胺（PAM）進(jìn)行絮凝沉淀，取上清液按《水質(zhì)總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—89）測定總磷質(zhì)量濃度，計(jì)算總磷去除率。

2 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)分析

2.1 反應(yīng)時(shí)間對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在極板間距為1.0cm、pH 值為6.88、電流為0.15A（電流密度4.17mA/cm2）的條件下，反應(yīng)時(shí)間由5min 延長至40min 的總磷去除率變化情況見圖2。

圖2 電絮凝除磷反應(yīng)時(shí)間與去除率的關(guān)系圖

由圖2 可知，在電流密度相同、極板間距相同、pH 值不變的情況下，反應(yīng)時(shí)間由5min 延長至40min，總磷的去除率由55.00%上升至95.54%。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在20min 以內(nèi)時(shí)，磷的去除率隨時(shí)間延長而增加明顯；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在20min 時(shí)，磷的去除率達(dá)到90.44%，剩余磷濃度為0.65mg/L，已經(jīng)滿足1.0mg/L的排放限值；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為20—40min 時(shí)，磷的去除率隨時(shí)間延長而緩慢增加，而且隨極板電解時(shí)間延長，產(chǎn)生的泥量也明顯增加，單位除磷量能耗增加。因此，電絮凝除磷最佳反應(yīng)時(shí)間為20min。

2.2 電流密度對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在極板間距為1.0cm、反應(yīng)時(shí)間為20min、pH 值為6.88 的條件下，電源恒流運(yùn)行由0.06A 調(diào)至0.20A，電絮凝除磷極板電流密度與去除率的關(guān)系見圖3。

圖3 電絮凝除磷極板電流密度與去除率的關(guān)系圖

由圖3 可知，在反應(yīng)時(shí)間相同、極板間距相同、pH 值不變的情況下，電源電流由0.06A 調(diào)至0.20A，電流密度由1.67mA/cm2升高至5.56mA/cm2，總磷的去除率由47.94%上升至94.78%左右。總體來說，在其他條件相同的情況下，總磷的去除率隨電流密度的增加而增加，因?yàn)殡娏髅芏仍酱?，單位時(shí)間電解的Fe2+越多，除磷效果越好，但電流密度過大時(shí)，極板易鈍化，不利于電絮凝的進(jìn)一步反應(yīng)，再增加電流密度對總磷的去除效果影響不大，而單位去除磷量的能耗將加大。因此，最佳電流密度為3.33mA/cm2，此時(shí)總磷去除率為90.12%。

2.3 極板間距對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在反應(yīng)時(shí)間為20min、pH 值為6.88、電流為0.12A（電流密度3.33mA/cm2）的條件下，將極板間距由1.0cm 調(diào)至3.0cm 對總磷去除率的影響見圖4。

圖4 電絮凝除磷極板間距與去除率的關(guān)系圖

由圖4 可知，在原水pH 值相同、電流密度相同、反應(yīng)時(shí)間為20min 的情況下，極板間距由1.0cm 升至3.0cm 時(shí)，總磷的去除率由90.44%降至72.79%。這主要是因?yàn)闃O板間距的增加會(huì)導(dǎo)致極板間電阻增加，電子轉(zhuǎn)移速率降低，F(xiàn)e2+與PO43-反應(yīng)速率變慢，因而除磷效果不佳。因此，確定電絮凝除磷的最佳極板間距為1cm。

3 結(jié)語

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，針對該農(nóng)村生活污水的電絮凝除磷實(shí)驗(yàn)，出水總磷完全可達(dá)到《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35/1869—2019）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（≤1.0mg/L），磷去除率為90%以上，確定的最佳反應(yīng)時(shí)間為20min、最佳電流密度為3.33mA/cm2、最佳極板間距為1cm。應(yīng)用該技術(shù)的某工程采用一體化PP 槽體作為電化學(xué)反應(yīng)槽，反應(yīng)時(shí)間按20min 設(shè)計(jì)，尺寸為1.0m×2.0m×1.5m，有效容積為2.5m3；設(shè)計(jì)采用鐵極板，間距為1cm，極板尺寸為730mm×1180mm×3mm，選用40V/100A直流電源。工程安裝調(diào)試后，實(shí)際運(yùn)行電流為60A，電壓為15—20V，出水總磷濃度穩(wěn)定小于1.0mg/L，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。