钡渣石灰协同作用处理含磷废水的研究.doc

钡渣石灰协同作用处理含磷废水的研究第33卷第1期2010年1月I暑诧尉匙求EnvironmentalScience&TechnologyVo1.33No.1Jan.2010钡渣石灰协同作用处理含磷废水的研究姚琚,赵野(洛阳理工学院环境与化学工程系,河南洛阳471023)摘要:以钡渣为水处理剂,研究钡渣与氢氧化钙协同作用对水中磷去除率的影响.试验表明,钡渣与氢氧化钙协同作用去除水中磷时,去除率高于钡渣或氢氧化钙单独作用的处理效果.投加比例为钡渣lg+氢氧化钙1.5lmg磷,时,对水中磷的去除率达到90.42%出水含磷量已经降低到lmg/L以下,可以达到国家排放标准.去除率随着pH提高而增加.关键词:钡渣;石灰协同作用;含磷废水中图分类-:X703文献标志tiq:Adoi:10.39690.issn.1003-6504.2010.01.040文章编号:1003-6504(2010)01-0163-03PhosphorusRemovalfromWastewaterbySynergisticEffectofBariumResidueandLimeYAOJun,ZHAOYe(DepartmentofEnvironmentalandChemicalEngineering,LuoyangInstituteofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)Abstract:Withbariumresidueaswatertreatmentagent,thephosphorusremovalfromwastewaterbybariumresidueandlimewasstudied.Resultsshowedthatthesynergisticeffectofbariumresidueandlimeoffthephosphorusremovalwashigherthantheindependenteffect.UnderthedosageofbariumresiduelgandCa(OH)21.5gforlmgphosphoruswastewater,theremovalefficiencywas90.42%,witheffluentlessthanlmg/L,whichcansatisfythenationalemissionstandard.Keywords:bariumresidue;lime;synergisticeffect;phosphoruswastewater防治水体富营养化的关键是控制水体中的磷含量,目前常用的除磷工艺有生物法和化学法.生物法除磷成本较低,常与脱氮工艺结合在一起使用,但运行稳定性较差,出水难以达到排放标准.化学法效果较好,但药剂费用较高.钡渣是钡盐生产中产生的固体废物,我国每年钡渣的生产量为6.OxlOt以上,这些废渣中含有大量的钡离子,对环境影响较大口.目前,钡渣的再利用主要是生产氯化钡,硫酸钡,硝酸钡和制砖.钡渣中含有大量的水溶性钡和酸溶性钡,还含有大量金属氧化物.在水溶液中有的Ba析出.钡渣加入到含磷废水中,一定条件下Ba2+磷酸根可生成钡盐沉淀,此外,钡渣中还含有SiO.,Fe20.,A120.等,一定pH时产生羟基化,可对水中的磷产生吸附凝聚的作用.由于以上作用机理,可以去除水中的磷.氢氧化钙可以与磷生成沉淀使水中含磷量降低.本文的研究可进一步探索钡渣的利用途径,也是探索一种新的含磷废水处理的方法.1实验部分1.1实验材料,试剂与仪器实验材料:钡渣来自河南省某钡盐厂,主要成分如表1.表1钡渣化学成分分析结果Table1Compositioncontentofbariumresidue(%)经过研磨后过140目筛,水洗,110oC烘干2h后备用.含磷废水在实验室中自配,采用磷酸二氢钾(分析纯),配成1000mg/L,(以含P量计)贮备液,使用时再稀释成所需浓度.试验仪器:HY一3型多功能振荡器,江苏金坛医疗收稿日期:2008-0528;修回20081223基金项目:洛阳市科技基金项目资助(030532)作者简介:姚瑁(1963一),女,副教授,硕士,主要研究方向为水污染控制,(手机电子信箱).ca.164I夏砣尉教第33卷仪器厂.752紫外可见分计,匕海奥谱勒仪器有限公司.TDL一50B低速台式离心机,上海优浦科学仪器公司.1.2试验方法水中磷的测定采用钼酸铵分光光度法.向三角瓶加人人工配制的含磷废水,投加一定量钡渣,置于振荡器上反应一定时间,停止反应后离心分离,取上清液测定反应后的水样中的磷含量.2实验结果与讨论2.1正交试验在钡渣处理含磷废水的研究中,确定影响试验结果的因素有钡渣投加量,反应时间,pH和氢氧化钙投加量.为了确定上述4种因素对试验结果的综合影响,用以上4个因素3个水平下做正交试验,以对水中磷的去除率为指标,考察不同因素的综合试验效果.按照表2,表3设计,向150mL三角瓶加人含磷量10mg/L的人工配水100mL,投加钡渣,置于振荡器上反应一定时间,停止反应后离心分离,取上清液测定反应后的水样中的磷含量(下面试验均参照以上条件).试验结果如表3.正交试验设计如下:4因子3水平正交试验,采用L9(3)正交试验表.表2试验因素及水平Table2Experimentfactorandlevel从正交试验可看出试验号(3)组合即AIB3C3D3水平对水中磷的去除率最高,出水磷浓度为0.639mg/L,去除率93.61%,试验因素对试验结果的影响顺序为:C>B>D>A.2.2钡渣投加量对去除水中磷的影响为了进一步考察4种因素对试验结果的影响,下面进行单因子试验,以确定试验的最佳条件.取5只三角瓶加入10mg/L含磷人工配水100mL,向瓶中各加入l,3,5,7,9g钡渣,试验结果如表4.表4钡渣投加量与出水中磷浓度的关系Table4Theeffectofbariumresiduedosingquantityon(P)removal从表4和图l可看出,随着钡渣投加量的增加,水中磷的浓度逐渐降低,从投加量1g增加到3g时,去除率提高较大,投加量5g时去除率达到最大64.9%,钡渣对水中磷的去除除了生成钡盐沉淀外,钡渣中的铝氧化物与水分子接触后表面立即与水结合,相界面发生荷电离子转移使得铝氧化物表面羟基化51,羟基化的铝氧化物可通过凝聚,吸附架桥和沉淀网捕等作用机理6,对水中的磷吸附凝聚进行去除.因此钡第1期姚瑁,等钡渣石灰协同作用处理含磷废水的研究165渣对水中磷的去除机理是比较复杂的,所表现出来得是一个综合结果.从试验结果可见,当钡渣投加量过大时,去除率降低,因此应控制钡渣的投加量.钡渣投加量/g1钡渣投加量与水中磷去除率的关系Fig.1TheeffectofbariumresiduedosingquantityonPremoval2.3反应时间对去除水中磷的影响在钡渣投加量5g,其他条件固定不变的情况下,从图2可看出,90min时去除率达到最高66.99%,时间过长去除率反而降低,这种试验结果与钡渣成分以及作用机理的复杂性有关.钡渣中金属氧化物羟基化后,在与水中磷的反应中可能有凝聚的作用,凝聚反应发生的后期需要一个相对缓和的水力环境.在振荡器上振荡时间过长,会影响到对磷的去除率,因此试验时间为90min即可.80757O芝65基60555O454002040608Ol00l20140l60t/mlii图2反应时问与水中磷去除率的关系Fig.2Effectofdifferentreactiontimeontheremovalofphosphorus2.4pH对去除水中磷的影响在钡渣与含磷废水的反应中,pH是很重要的影响因素,随着pH的增大,水中磷含量大大降低,pill1时,去除率为81.90%,见图3.pH增高,金属氧化物的9O8580萎7570656O024681012pH值HapH与水rI1磷去除率的关系Fig.3EffectofpHvalueontheremovalofphosphorus羟基化程度加强,可以生成羟基络合物和复杂的高聚物,而这些产物对水中去除磷产生重要作用.2.5氢氧化钙协同作用对去除水中磷的影响为了考察投加氢氧化钙协同作用对去除水中磷的影响,进行以下试验,进水含磷10mg/L,试验结果如表5.表5钡渣与石灰协同作用效果对比Table5Thecomparisonstudyonsynergisticeffectofbariumresidueandlime堕氢氢些!曼盍垩!(1)1o5.3546.8(2)o11.4985.09:竖:从表5可以看出氢氧化钙与钡渣协同作用后,对水中磷的去除率增加,下面试验考察氢氧化钙投加量对水中磷去除率的影响.以下试验中,各试样中均投加lg钡渣,反应时间90min,增加各个试样中氢氧化钙的投加量,观察氢氧化钙投加量变化对水中磷去除率的影响.见图4.1015202530氢氧化钙投加量/g图4氧氧化钙投加量与水中磷之除率的关系Fig.4RelationshipbetweenPremovalanddosingquantityoflime从试验结果可知,在试样中已经投加lg钡渣的情况下,随着氢氧化钙投加量的增加,出水磷浓度逐渐下降.氢氧化钙投加量1.5g时,对水中磷的去除率达到90.42%出水含磷量已经降低到lmg/L以下,可以达到国家排放标准.氢氧化钙投加量3g时,对水中磷的去除率达到95.74%出水含磷量已经降低到0.42mg/L.在水中pH较高的情况下,钙离子可以与磷生成ca5(OH)(PO).(羟磷灰石)啊,氢氧化钙与钡渣组合可以大大提高处理效率.表6石灰投加量对去除水中磷协同效果的影响Table6Effectoflimedosingquantityontheremovalofphosphorus试样(1)(2)(3)(4)(5)氢氧化钙(g)11.522.53出水P(mg/L)1.060.960.740.630.42去除率(%)89.3590.4292.5493.6195.743结论(1)钡渣对水中磷有去除作用,在钡渣单因子作用下,进水含磷10mg/L,钡渣投加量5g,处理时间90min,pill1时,去除率为81.9(下转第173页)如船碍%跎鲫料第1期薛罡,等摩尔配比对MAP沉淀法回收模拟废水中磷的影响173中发现的氨氮投加量越大越有利于生成更纯净的MAP,而过量的镁盐则导致产物的不纯是一致的.故以鸟粪石形式回收磷的沉淀结晶反应中应尽量提高氨氮配比,并避免投加过量的镁盐,以保证回收产物的纯度.151050山.5一-10152002468l012l4pH值图5三种物质的条什溶度积与pH值的关系图Fig.5ThreematerialsofPsvspHvalue4结论(1)对磷浓度为50mg/L的模拟废水,在pH值为9.5时,以鸟粪石(MAP)形式回收废水中磷的最佳摩尔配为N:Mg:P=4:1.6:1,此时残余磷浓度为2.5mg/L,磷回收率达95%.(2)在pH为9.5下,对不同摩尔配比条件下得到的沉淀物进行x衍射分析,可知固定Mg:P=I.6时,N:P=I时沉淀物中基本不含MAP,当N:P=2时,生成的沉淀物中混有少量的Mg.(PO),当N:P>2时则生成较纯的MAP;固定N:P-4时,Mg:P=2是生成较纯MAP的临界值,超过此比例则生成副产物Mgz(PO4)2;当反应按照理论配比投加氨氮和镁盐时,所得产物基本不是MAP,而是副产物Mg.(PO).故以鸟粪石形式回收磷的沉淀结晶反应中应尽量提高氨氮配比,并避免投加过量的镁盐,以保证回收产物的纯度.【参考文献】【1】BillDuley.RecyclingPhosphorusbyRecoveryfromSewageCJ.CEEP,SecondInternationalConferenceontheRecoveryofPhosphorousfromSewageandAnimalWastes,Noordwijkerhout,TheNetherlands,2001.【2】郝晓地,戴吉,MCMvanLoosdrecht.采用数学模拟评价生物营养物去除工艺的除磷效果J.中国给水排水,2006,22(5):3O一34.HaoXiao-di,DaiJi,vailLoosdrechMCM.Model-basedevaluationofphosphorusremovalefficiencywithBNRprocesses【J】.ChinaWater&Wastewater,2006,22(5):3034.(inChinese)【3】QingzhongWu,PaulLBishop.EnhancingstruvitecrystallizationfromanaerobicsupernatantJ.JournalofEnviron-mentEngineeringScience,2004,3:2129.【4】周峰.鸟粪石沉淀法回收废水中磷的研究【D】.泉州:华侨大学,2006.ZhouFeng.PhosphorusRecoverybyStruvitePrecipitationfromWastewaterD.Quanzhou:HuaqiaoUniversity,2006.(inChinese)(上接第165页)(2)当投加石灰协同作用时,其他条件不变,钡渣投加量lg,石灰投加量1.5g时,对磷去除率达到90.42%,出水含磷<lmg/L.石灰投加量3g时,去除率95.74%,出水含磷0.42mg/L.(3)钡渣石灰协同作用是一种去除水中磷可行的方法,是废物资源化的一种途径.【参考文献】【1】丁建础,姚瑁.利用钡渣处理煤矿酸性废水的实验研究【J.矿业安全与环保,2005,32(3):15_21.DingJian-chu,YaoJun.StudyonaciditywastewateroftheprocessingcoalminebybariumresidueJ.MiningSafiy&EnvironmentalProtection,2005,32(3):1521.(inChinese)【2】李健秀,邢永恒.以废钡渣为原料制取氯化钡的研究J1.吉林化工学院,1996,13(2):l4一l8.LiJianxiu,XingYongheng.StudyontakingBaC12frombariumresidue【J】.JournalofJilinInstituteofChemicalTechnology,1996,13(2):1418.(inChinese)【3】谢永福,俞文琴,刘萍.用钡渣制取硫酸钡【J】.化工环保,1996,17(4):218221.XieYong-fu,YuWen-qin,LiuPin.StudyontakingBaSO4frombariumresidueJ.EnvironmentalProtectionofChemicalIndustry,1996,17(4):218-221.(inChinese)【4】董丛荟,陈英军,王媛