芬頓氧化法降低廢水中總磷濃度的影響因素分析

李虎平，胡志龍，王斌，方中心，李秀燕

（甘肅稀土新材料股份有限公司，甘肅 白銀 730922）

目前國(guó)家對(duì)稀土工業(yè)生產(chǎn)的排放廢水中總磷的濃度要求低于1.0 mg/L，對(duì)稀土企業(yè)，特別是老稀土企業(yè)，是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。芬頓氧化法因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而被很多學(xué)者所青睞，如：工藝簡(jiǎn)單，試劑成本相對(duì)較低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等[1]。因此，本文采用芬頓氧化法，通過(guò)條件實(shí)驗(yàn)確定了芬頓氧化對(duì)廢水中總磷去除效率的主要影響因素，得到了最優(yōu)工藝參數(shù)，在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了驗(yàn)證，并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

30%雙氧水（白銀新發(fā)地經(jīng)貿(mào)有限公司），硫酸亞鐵（90%，甘肅綠科集團(tuán)股份有限公司），氫氧化鈉（30%，甘肅稀土新材料股份有限公司），氫氧化鈣（92%，甘肅中隴天玉新材料有限公司），不同分子量的聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團(tuán)股份有限公司），不同分子量的抗酸聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團(tuán)股份有限公司），非離子聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團(tuán)股份有限公司）等。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

總磷濃度測(cè)試儀（DR500，上海昕瑞儀器儀表有限公司），pH計(jì)（BPH-305，武漢吉爾德科技有限公司），電動(dòng)攪拌器（DJ1C，蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司），燒杯、移液管等玻璃儀器（南京科之都實(shí)驗(yàn)器材有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取稀土萃取分離廢水，測(cè)其總磷濃度和pH值，然后在不同的燒杯中分別各取200mL廢水，采用不同工藝條件，考察芬頓氧化后廢水的pH值、絮凝劑的種類和加入量、芬頓比和芬頓次數(shù)、硫酸亞鐵加入量、雙氧水加入量、中和劑的種類等不同影響因素對(duì)總磷去除效果的影響，最終確定利用芬頓氧化法去除廢水中總磷的最優(yōu)工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)處理后廢水中總磷的影響

隨著絮凝pH值的增加，廢水中的總磷濃度先減小后增大，這是因?yàn)樵诓煌琾H反應(yīng)條件下，芬頓氧化過(guò)程中生成的羥基自由基的量不同，并且當(dāng)pH升高至中性和堿性時(shí)，通過(guò)芬頓氧化去除的一部分磷又會(huì)溶解。因此按上述實(shí)驗(yàn)工藝流程處理后廢水的pH值為4.5時(shí)除磷效果最好。

2.2 PAM加入量對(duì)處理后廢水中總磷的影響

當(dāng)達(dá)到4ppm左右時(shí)，效果明顯，之后基本不再變化，因此絮凝劑的加入量對(duì)總磷濃度有影響，但不是最主要的影響因素。

2.3 硫酸亞鐵和雙氧水的加入比例對(duì)處理后廢水中總磷的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只要pH保持恒定并且產(chǎn)生足夠量的羥基自由基，廢水中的總磷濃度均可小于1.0mg/L。然而過(guò)量的雙氧水不僅使廢水處理成本升高，還會(huì)導(dǎo)致排放廢水中的COD嚴(yán)重超標(biāo)，因此二者的質(zhì)量比例最終定為1：1。

2.4 硫酸亞鐵加入量對(duì)處理后廢水中總磷的影響

當(dāng)硫酸亞鐵的加入量小于廢水中總磷濃度的20倍時(shí)，廢水中總磷濃度均大于1.0mg/L，達(dá)不到廢水排放總磷濃度標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)硫酸亞鐵的加入量大于廢水中總磷濃度的20倍時(shí)，廢水中總磷濃度均小于1.0mg/L。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，最終確定加入硫酸亞鐵的量為廢水中總磷質(zhì)量的30倍。

2.5 不同種類的絮凝劑對(duì)處理后廢水中總磷的影響

幾種不同種類的絮凝劑對(duì)廢水中總磷的去除沒有本質(zhì)的影響，這是因?yàn)橛绊憦U水中總磷濃度的主要因素是芬頓氧化過(guò)程的pH值，不同的絮凝劑只是為了在同等實(shí)驗(yàn)條件下找到最好的絮凝效果和最適宜的廢水處理成本。

2.6 不同種類的中和劑對(duì)處理后廢水中總磷的影響

用氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH值時(shí)，的確和我們預(yù)想的一樣，通過(guò)一次芬頓氧化后，總磷濃度更低，最低時(shí)降到了0.2mg/L。

然而在工業(yè)化處理廢水過(guò)程中，用氫氧化鈣來(lái)中和廢水時(shí)pH值較難控制，會(huì)給此過(guò)程帶來(lái)很多的不便，而采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值更易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

3 產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)

含總磷濃度（8.0mg/L～8.5mg/L）較高的稀土萃取分離廢水總流量為100m3/h～120m3/h，加入硫酸亞鐵和雙氧水來(lái)進(jìn)行一次芬頓氧化反應(yīng)30min～40 min，其中硫酸亞鐵的加入量為廢水中總磷質(zhì)量的20倍～30倍，雙氧水的體積比和硫酸亞鐵的質(zhì)量比為1∶1～1∶1.5，按其廢水流量計(jì)算，硫酸亞鐵的用量為25kg/h～30kg/h，雙氧水的體積為16L/h～30L/h，芬頓氧化的pH值為2.5～3.0，絮凝的pH值為4.5～5.0，加入絮凝劑的量為3ppm～6ppm，按其廢水流量計(jì)算，絮凝劑加入量為400L/h（0.1%），每隔兩小時(shí)取樣測(cè)一次廢水中的總磷濃度。

4 結(jié)論

按照以上確定的最優(yōu)工藝條件，在甘肅稀土新材料股份有限公司廢水處理生產(chǎn)線上進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證，最終總磷的濃度可以降到0.5mg/L～0.8 mg/L，效果良好，保證了稀土萃取分離廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。