程 鳳

（九江市生態(tài)環(huán)境預(yù)警應(yīng)急管控中心，江西 九江 332000）

引言

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，工業(yè)污水和城市污水的排放量激增，這些污水中含有大量的磷元素，若不經(jīng)處理直接排放到水體中，將導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成嚴(yán)重的水體污染。目前常用的除磷方案主要包括物理吸附法、化學(xué)沉淀法、生物處理法等。物理吸附法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但吸附效率低、成本高，化學(xué)沉淀法需要在水體中加入化學(xué)藥劑，容易導(dǎo)致水體的二次污染，生物處理法則存在著效率低、對(duì)磷的處理效果差，無(wú)法滿足高效、經(jīng)濟(jì)除磷的需求[1]。

本文提出了一種新的電化學(xué)處理方案，對(duì)電化學(xué)處理方案原理和電化學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，電流對(duì)電化學(xué)處理效果的影響不明顯，電壓越大電化學(xué)處理效果越好，電壓越小電化學(xué)處理效果越差。以質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL～13 mg/mL 的電解磷為例，以鐵作正極，鋁作負(fù)極，在電壓為30 V，電流為1 A 的情況下電解60 min，對(duì)污水中磷的去除效率達(dá)到了96.2%以上，極大地提升了污水中的除磷效率和經(jīng)濟(jì)性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了確保電化學(xué)除磷方案測(cè)試的準(zhǔn)確性，所使用的鋁棒和鐵棒均使用純金屬制作，所使用的廢水取自污水站，廢水中電解磷的質(zhì)量濃度選擇為最常見(jiàn)的0.5 mg/mL～13 mg/mL，磷測(cè)定試劑盒采用了杭州陸恒生物的產(chǎn)品，分光度采用了722N 型高精密分光度計(jì)，供電設(shè)備采用了MPS-3005L-3 型直流電源[2]。

目前電化學(xué)法常用的電極材料為金屬鋁和金屬鐵，在給兩個(gè)電極通電后，在陽(yáng)極釋放出陽(yáng)離子，在陰極電處接觸氫氧根離子[3]，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后生成氫氧化物膠體[4]，同時(shí)產(chǎn)生的金屬陽(yáng)離子還能和污水中的磷酸根離子反應(yīng)，生成絮狀沉淀物，達(dá)到凈化除磷的目的。

在測(cè)試時(shí)，首先取100 mL 中水放入燒杯中，然后插入電極并按表1 所列的實(shí)驗(yàn)條件逐一進(jìn)行測(cè)試，最后計(jì)算每種方案下廢水中的磷去除率[5]。

表1 電化學(xué)法測(cè)試條件匯總表

由實(shí)際對(duì)比可知，各因素對(duì)磷去除率的影響依次是電極、電壓、電流和電解時(shí)間，因此在進(jìn)行廢水電化學(xué)處理時(shí)需要將鐵作為正極、將鋁作為負(fù)極，提高反應(yīng)時(shí)的效率和除磷效果。

2 廢水電化學(xué)處理分析

在中水電化學(xué)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，將鐵作為正極，將鋁作為負(fù)極，對(duì)廢水進(jìn)行電化學(xué)處理分析，實(shí)驗(yàn)方案匯總?cè)绫? 所示。

表2 廢水處理方案匯總表

由表2 可知，當(dāng)電化學(xué)處理的陽(yáng)極和陰極確定后，各因素對(duì)磷去除率影響從大到小依次是電解時(shí)間、電壓、電流。由此可知當(dāng)電壓為30 V，電流為1 A，電解時(shí)間為60 min 的情況下具有最大的磷去除率。

2.1 電壓對(duì)處理效果的影響分析

對(duì)中水處理驗(yàn)證結(jié)果、廢水處理驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行匯總，不同電壓情況下的磷去除率變化情況如圖1 所示。

圖1 電壓對(duì)水中磷處理率影響效果分析

由圖1 可知，不管是在中水中還是在污水中，磷的去除率均隨著電壓的增加而增大，這主要是由于電壓越大，在工作時(shí)電解出的陽(yáng)離子就越多，能夠和水中的化合物形成更多的磷酸鹽沉淀[6]，因此能夠表現(xiàn)出更強(qiáng)的除磷效果。

2.2 電流對(duì)除磷效果影響

對(duì)中水處理驗(yàn)證結(jié)果、廢水處理驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行匯總，不同電流情況下的磷祛除率變化情況如圖2 所示。

圖2 電流對(duì)水中磷處理率影響效果分析

由圖2 可知，在處理中水時(shí)，對(duì)水中的除磷效果先降低，然后逐步增加，當(dāng)電流為0.5 A 時(shí)具有最高的除磷率，而當(dāng)電流為1 A 時(shí)的除磷率反而最低。當(dāng)在污水中進(jìn)行除磷時(shí)，除磷效果隨著電流的增加而增大，當(dāng)電流超過(guò)0.5 A 后除磷效率增加極慢，當(dāng)電流為1 A 時(shí)具有最大的除磷效果。這主要是因?yàn)?，油液廢水中的化學(xué)成分復(fù)雜，導(dǎo)致污水中的離子濃度不得發(fā)生變化，影響了鐵離子和水質(zhì)中的磷酸根的反應(yīng)[7]，因此在污水中，電流的變化，對(duì)磷的處理效率影響有限。

2.3 電解時(shí)間對(duì)磷去除率的影響

對(duì)中水處理驗(yàn)證結(jié)果、廢水處理驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行匯總，不同電解時(shí)間情況下的磷去除率變化情況如圖3所示。

圖3 電解時(shí)間對(duì)水中磷處理率影響效果分析

由實(shí)際對(duì)比結(jié)果可知，在處理中水時(shí)，磷去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加先增大后減小，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為40 min 時(shí)具有最大的去除率。在處理廢水時(shí)，廢水中的磷去除率則是隨著反應(yīng)時(shí)間的增加逐步增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60 min 的情況下具有最大的磷去除率。但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)40 min 后水中的磷酸鐵[8]濃度逐漸降低，因此在一定程度上影響了磷去除率的提升，因此需要根據(jù)實(shí)際需求選擇廢水的電化學(xué)處理時(shí)間。

3 結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)污水處理方案效率低、經(jīng)濟(jì)性差的不足，提出了一種新的電化學(xué)除磷工藝技術(shù)，對(duì)電化學(xué)除磷的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)電流、電壓、除磷時(shí)間對(duì)廢水中的除磷效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：

1）在處理中水時(shí)，各因素對(duì)磷去除率的影響依次是電極、電壓、電流和電解時(shí)間，因此在進(jìn)行廢水電化學(xué)處理時(shí)需要將鐵作為正極、將鋁作為負(fù)極，提高反應(yīng)時(shí)的效率和除磷效果。

2）在處理廢水時(shí)，在電極一定的情況下，各因素對(duì)磷去除率影響從大到小依次是電解時(shí)間、電壓、電流。

3）以鐵作正極，鋁作負(fù)極，在電壓為30 V、電流為1 A 的情況下電解60 min，對(duì)污水中磷的祛除效率達(dá)到了96.2%以上。