專利名稱：：含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法(一)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法。(二)
背景技術(shù)：
：含磷廢水來源于化工、造紙、橡膠、染料和紡織印染、農(nóng)藥、焦化、石油化工、發(fā)酵、醫(yī)藥與醫(yī)療及食品等行業(yè)的廢水排放。磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，含磷廢水影響了魚類等水生生物的生存，造成地面水體惡化，從而威脅人類健康。目前，國內(nèi)外污水除磷技術(shù)主要有生物法、化學(xué)法和吸附法等三種。生物法如A/0、A2/0、UCT工藝，具有良好的處理效果，但要求管理較嚴(yán)格，主要適合處理低濃度及有機(jī)態(tài)含磷廢水；化學(xué)法主要有混凝沉淀法、結(jié)晶法、離子交換吸附法、電滲析、反滲透等工藝，主要適合處理無機(jī)態(tài)含磷廢水，化學(xué)沉淀法中化學(xué)沉淀劑的投加會(huì)引起廢水pH的上升，在池子及水管中形成堅(jiān)硬的垢片，還會(huì)產(chǎn)生一定量的污泥；電滲析除磷是膜分離技術(shù)的一種，它只是濃縮磷的一種途徑，自身無法從根本上去除磷；吸附法中應(yīng)用的多孔隙物質(zhì)有價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)特的物化性質(zhì)，預(yù)期將會(huì)更多的應(yīng)用于解決廢水除磷問題，但工業(yè)化的處理工藝還需研究。近年來，國內(nèi)外在臭氧氧化法及聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用研究方面取得了可喜的進(jìn)展。臭氧氧化法與常規(guī)水處理方法比較具有顯著的特點(diǎn)，如對于生物難降解物質(zhì)處理效果好、降解速度快、占地面積小、自動(dòng)化程度高、無二次污染、浮渣和污泥產(chǎn)生量較少，同時(shí)具有殺菌、脫色、防垢等作用。單獨(dú)臭氧處理雖然效果較好，但是操作和設(shè)備費(fèi)用相對較高。電化學(xué)氧化的基本原理是污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧化轉(zhuǎn)變，后者為間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化。其中，電絮凝法對于廢水處理有很高的效率，并且可以減少污泥的產(chǎn)生量，進(jìn)而減少污泥處置的費(fèi)用。近io年來，電絮凝法處理廢水技術(shù)在南美、歐洲等地得到快速發(fā)展，目前已經(jīng)有很多學(xué)者對電絮凝處理染料廢水進(jìn)行了研究。但臭氧強(qiáng)化電絮凝法處理含磷廢水的相關(guān)工作鮮見報(bào)道。臭氧強(qiáng)化電絮凝技術(shù)可以形成協(xié)同效應(yīng)，為含磷物質(zhì)的污染控制提供了廣闊的前景，代表了高級氧化及電化學(xué)技術(shù)在除磷領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基本無需添加化學(xué)藥劑、操作簡單、能有效去除廢水中所含磷的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法。一種含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法，其特征在于以鐵片為陽極和陰極對含磷廢水進(jìn)行電解，同時(shí)通入臭氧。進(jìn)一步，極水比0.03;以鐵片為陽極和陰極，鐵片的尺寸為40mmX50mmX1ram，總有效表面積近4X10—3m2，兩電極板間距為50mm，以KH2P04廢水(含磷廢水)為電解液，控制電流和臭氧流恒定進(jìn)行電解，以除去廢水中磷。本處理工藝的原理為反應(yīng)過程中首先陽極鐵片失去電子轉(zhuǎn)化為Fe2+進(jìn)入電解液并凝聚成微小的顆粒，然后顆粒在攪拌混和的條件下生成鐵的氫氧化物絮體，導(dǎo)致磷通過吸附混凝或絡(luò)合從水中去除。以鐵為電極的電絮凝的一個(gè)可能機(jī)理如下-陽極Fe。一Fe2+(aq)+2e(1)Fe2+(aq)+20H—(aq)—Fe(0H)2(s)(2)4Fe2+(aq)+10H20(1)+02(g)—4Fe(0H)3(s)+8H+(aq)陰極2H20(aq)+2e—H2(g)+20H—(aq)(4)總反應(yīng)Fe°+2H20—Fe(0H)2(s)+H2(g)(5)4Fe0+10H20(1)+02(g)—4Fe(0H)3(s)+4H2(g)(6)通入臭氧后，在高級氧化過程中，形成了氧化性更強(qiáng)、反應(yīng)選擇性較低的羥基自由基(OH)，進(jìn)而誘發(fā)一系列自由基鏈反應(yīng)。OH基團(tuán)非?；顫?，與大多數(shù)有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)通常為106109L/(mol，s);其氧化電極電位高達(dá)2.80V，氧化能力僅次于氟；另外，該基團(tuán)具有高電負(fù)性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。在電絮凝過程中通入03氣體，反應(yīng)體系中同時(shí)存在Fe2，n03，發(fā)生如下反應(yīng)Fe2+(aq)+03(g)—Fe02+(aq)+02(g)(7)Fe02+(aq)+H20—Fe3+(aq)+OH+0H_(aq)(8)Fe3+(aq)+30H—(aq)—Fe(0H)3(s)(9)Fe3+(aq)+P043—(aq)—FeP04(s)(10)因此，臭氧強(qiáng)化電絮凝過程中產(chǎn)生了更多的鐵的氫氧化物絮體，起到了協(xié)伺作用，實(shí)現(xiàn)了對污染物的有效去除。本發(fā)明具體的方法所述如下采用樹脂玻璃電解槽(尺寸為60mmX50mmX100■)，以鐵片為陽極和陰極，兩電極板間距為50腿，通過臭氧發(fā)生器提供臭氧。采用直流穩(wěn)壓電源，電流密度為15mA/cm2、電壓36V，臭氧由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)后通入電解槽底部，流率為20mL/min。本發(fā)明所述的含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法的有益效果主要體現(xiàn)在處理工藝簡單，基本無需添加化學(xué)藥劑，處理效率高，具有設(shè)備體積小、易操作及后處理簡單，不形成堅(jiān)硬積垢，是處理含磷廢水的有效方法之一，具有十分重大的市場開發(fā)前景。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例l:實(shí)施方案和工作原理首先進(jìn)行單獨(dú)臭氧氧化處理工藝、單獨(dú)電絮凝處理工藝和臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝的比較實(shí)驗(yàn)。含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝，采用樹脂玻璃電解槽，以鐵片為陽極和陰極，兩電極板間距為50mm，以50mg/L的KH2P04廢水為電解液，pH不調(diào)(pH4.6)，電絮凝的電源為直流穩(wěn)壓電源，電流密度為15mA/cm2、電壓36V，通入的臭氧流率為20mL/min。工作原理如下陽極表面FeQ—Fe2+(aq)+2eFe2+(aq)+20H—(aq)—Fe(0H)2(s)4Fe2+(aq)+10H20(1)+02(g)4Fe(0H)3(s)+8H+(aq)附極表面2H20(aq)+2s—H2(g)+20H_(aq)溶液中:Fe2+(aq)+03(g)Fe02+(aq)+02(g)Fe02+(aq)+H20—Fe3+(aq)+OH+OH—(aq)Fe3+(aq)+30H—(aq)—Fe(0H)3(s)Fe3+(aq)+P043—(aq)—FeP04(s)總反應(yīng):Fe。+2H20—Fe(0H)2(s)+H2(g)4Fe。+10H20(1)+02(g)—4Fe(0H)3(s)+4H2(g)單獨(dú)臭氧氧化實(shí)驗(yàn)中，KH2P04廢水濃度為50mg/L，pH不調(diào)(pH4.6)，通入的臭氧流率為20mL/min。工作原理如下03+H20—2H02*03+H02'—HO'+202單獨(dú)電絮凝處理實(shí)驗(yàn)中，以鐵片為陽極和陰極，兩電極板間距為50腿，以50mg/L的KH2P04廢水為電解液，pH不調(diào)(pH4.6)，電絮凝的電源為直流穩(wěn)壓電源，電流密度為15mA/cm2、電壓36V。工作原理如下陽極表面FeQ—Fe2+(aq)+2eFe2+(aq)+2。H—(aq)—Fe(0H)2(s)4Fe2+(aq)+跳O(l)+02(g)—4Fe(0H)3(s)+8H+(aq)陰極表面2H20(aq)+2e—H2(g)+20H—(叫)總反應(yīng)Fe°+2H20—Fe(0H)2(s)+H2(g)4Fe。+跳O(l)+02(g)—4Fe(0H)3(s)+4H2(g)Fe3+(aq)+P043—(aq)—FeP04(s)槽內(nèi)廢水停留時(shí)間均為15min，廢水處理結(jié)果見表l。表l三種工藝的比較^\_指標(biāo)工處理前KH2P04(mg/L)處理后KH2P04(mg/L)去除率(％)單獨(dú)臭氧50.049.21.6單獨(dú)電絮凝50.04.990.2臭氧強(qiáng)化電絮凝50,00.798.6檢測方法磷酸鹽采用國家環(huán)保總局編著的《水和廢水監(jiān)測分析方法》中規(guī)定的鉬銻抗分光光度法測定，其中采用了T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì)。表1結(jié)果表明，單獨(dú)臭氧氧化工藝基本不能處理含磷廢水，臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝比單獨(dú)電絮凝處理工藝處理效果要好，本發(fā)明能有效的處理含磷廢水，反應(yīng)15min后對含磷廢水的去除率為98.6%。實(shí)施例2:電解液KH2P04廢水的濃度分別為50mg/L和100mg/L，臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝的其它條件同上，處理結(jié)果見表2。表2不同濃度含磷廢水的處理結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>監(jiān)測方法同實(shí)施例l。表2結(jié)果表明，含磷廢水濃度的增加降低了磷酸鹽的去除，在KH2P04廢水濃度為100mg/L時(shí)，反應(yīng)15min后本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝廢水處理工藝對含磷廢水的去除率為85.9%。實(shí)施例3:電絮凝中采用的電流密度分別為10mA/cm2和15mA/cm2，以50mg/L的KH2P04廢水為電解液，pH不調(diào)(pH4.6)，通入的臭氧流率為20mL/min。槽內(nèi)廢水停留時(shí)間均為15min，處理結(jié)果見表3。表3不同電流密度下含磷廢水的處理效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>監(jiān)測方法同上。表3結(jié)果表明，在電流密度為10威/，2條件下，本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝對含磷廢水的去除率相對于電流密度為15mA/cm2時(shí)略有降低，為92.8%。實(shí)施例4:通入的臭氧流率為10mL/min和20mL/min，采用樹脂玻璃電解槽，以鐵片為陽極和陰極，兩電極板間距為50mm，以50mg/L的KH2P04廢水為電解液，pH不調(diào)(pH4.6)，電絮凝的電源為直流穩(wěn)壓電源，電流密度為15mA/cm2、電壓36V，槽內(nèi)廢水停留時(shí)間均為15min，處理結(jié)果見表4。表4不同臭氧流率下含磷廢水的處理效果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>監(jiān)測方法同上。表4結(jié)果表明，在臭氧流率為10mL/min條件下，本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝對含磷廢水的去除率相對于臭氧流率為20mL/min時(shí)略有降低，為89.2%。綜上所述，本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝能有效處理含磷廢水。在樹脂玻璃電解槽內(nèi)，以50100mg/L的KH2P04廢水為電解液，pH不調(diào)(pH4.6)，以鐵片為陽極和陰極，兩電極板間距為50mm，采用直流穩(wěn)壓電源，電流密度為1015mA/cm2、電壓36V，通入臭氧流率為1020mL/min，水力停留時(shí)間15min條件下，本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝對含磷廢水的去除率達(dá)到85.998.6%。含磷廢水的pH值經(jīng)過本發(fā)明臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝處理后有略微變化，從處理前的pH4.6變?yōu)閜H6.2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理工藝基本無需添加化學(xué)藥劑，處理工藝簡單，處理效率高，具有設(shè)備體積小、易操作及后處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，具有十分重大的市場開發(fā)前景。本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。權(quán)利要求1、含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法，其特征在于以鐵片為陽極和陰極對含磷廢水進(jìn)行電解，同時(shí)通入臭氧。2、如權(quán)利要求1所述的含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法，其特征在于極水比O.03;以鐵片為陽極和陰極，鐵片的尺寸為40mmX50mmX1mm，總有效表面積近4X10—3m2，兩電極板間距為50腿，以KH2P04廢水為電解液，控制電流和臭氧流恒定進(jìn)行電解，以除去廢水中磷。全文摘要含磷廢水的臭氧強(qiáng)化電絮凝處理方法，以鐵片為陽極和陰極對含磷廢水進(jìn)行電解，同時(shí)通入臭氧。處理工藝簡單，基本無需添加化學(xué)藥劑，處理效率高，具有設(shè)備體積小、易操作及后處理簡單，不形成堅(jiān)硬積垢，是處理含磷廢水的有效方法之一，具有十分重大的市場開發(fā)前景。文檔編號C02F1/78GK101618905SQ20081006302公開日2010年1月6日申請日期2008年7月4日優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日發(fā)明者何志橋,爽宋,徐樂瑾,裘建平申請人:浙江工業(yè)大學(xué)