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采用铝合金电极的电解除磷过程研究,采用,采取,采纳,铝合金,电极,电解,除了,过程,进程,研究,钻研
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中期报告 题目：采用铝合金电极的电解除磷过程研究 1 1 毕业设计（论文）进展情况 验设计 经过开题前的资料查阅我选择 2024 铜铝合金片剪裁成（ 8双电极进行除磷实验。 1） 用电子天平准确量取 磷酸二氢钾（ 用少量（ 100右）去离子水溶解后转移到 2000量瓶中，用去离子水稀释至标线，混匀即可，该溶液的总磷浓度理论值约为 5。实验过程中使用适量的氢氧化钠（ 少量的浓盐酸（ 调解溶液的酸碱性，即控制溶液的 。 用总磷检测仪置如图 1、相关参数见表 1）来测定磷的准确含量； 2） 量取 500配标准溶液，倒入电解槽中装置，再加入电解质 置如图 2，打开磁力搅拌器使电解质溶解； 3） 调解溶液的 4） 连接电极固定极板间距打开电源调解电解电流一定； 5） 开始计时，每隔一段时间取样离心测清液磷浓度含量记录数据，当磷浓度达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（ 止实验。 图 1 1 关参数 测量范围 0.0 （ P 解析度 （ 精度 读数 4%25 差 （ 单位换算 P学系统 定制专用光源系统 525 量方法 氨基酸比色法，水和废水标准改进方法 自动关机 在测量模式下， 10 分钟不用后自动关机 电源模式 19V 电池 适用环境 0 0 （ 32 ）； RH 5%，无冷凝 尺寸重量 主尺寸： 19210469机重量： 360g 2 图 2 实验装置 验数据处理与分析 始 总磷 磷效果的影响 在电解槽中加入 500标准溶液，在磁力搅拌器均匀搅拌下，定极板间距为 10入电解质（ 盐酸（ 氢氧化钠（ 解溶液的初始 别为 解开始后铝合金片的浸入面积为 83隔 5定一次总磷值，探讨不同的 下，总磷值随电解时间的变化。实验结果见表 2 和 图 3。 表 2 溶液的初始 除磷效果的影响 电解时间 （ 0 5 10 15 20 25 初始 浓度（ ） .2 1 3 4 4 4 4 电压（ V） 16 16 16 18 19 19 初始 浓度（ ） 3 3 5 电压（ V） 18 18 18 初始 浓度（ ） 5 5 7 7 电压（ V） 19 19 19 19 初始 浓度（ ） 7 8 8 8 电压（ V） 19 19 19 19 初始 浓度（ ） 9 9 9 9 9 电压（ V） 17 17 17 17 17 3 图 3 不同 ，总磷值随时间变化曲线 由表 2 和图 3 可知 ， 溶液的 初始 变化对电解除磷效果有很大的影响。当电流为 ，溶液的 的从 别 增加到 品的总磷值（ 符合 城镇污水处理厂污染物排放标准（ 一级 a 类标准 所需的电解时间从 的 25别变化为 20）、 10、15 10 实验结果表明：在中性或者弱碱性的溶液中的除磷效果更高。原因可能是电解过程中铝合 金片上的微量元素电解形成水和离子抑制的电解过程的阳极钝化 。 在酸性条件下，难以形成铝的氢氧化物的沉淀，铝元素以三价水合离子的形式在， 因 而不能有效的去除 溶液中的 磷。在接近中性或弱碱性的条件下，有更多的 成 H)3，能有效的吸附溶液中的磷。 板间距对总磷 除效果的影响 在电解槽中加入 500磷标准溶液，加入电解质（ 解溶液的初始 磁力搅拌器匀速搅拌下，调解电解电流为 解极板间距分别为1510此时 铝合金 片的浸入面积为 8解开始后每隔 1定一次溶液的总磷值（ 溶液的总磷值（ 时间的变化， 见 表 图 4 表 3 极板间距对除磷效果的影响 （ 电解时间（ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 极板间 距为 1 浓度（ ） .1 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 电压（ V） 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 极板间 距为 5 浓度（ ） .1 5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 8 电压（ V） 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 极板间 距为 10 浓度（ ） .2 5 5 5 7 7 7 7 7 7 8 8 电压 (V) 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 图 4 溶液总磷值随电解时间的变化曲线 （ 流为 板间距为 15 10 由表 3 和图 4 可见，当溶液的初始为 ，调解电解电流为 着电解时间的增加，总磷值（ 渐降低。电解 1后，溶液总磷值分别从 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极板间距为 10总磷值降低到 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极 5 板间距为 10电解 5后，溶液的总磷值降低到 （极板间距为 1（极板间距为 5 （极板间距为 10电解 10后，溶液的总磷值降低到 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极板间距为 10从以上数据可以看出，溶液电解 10，不同极板间距的三个样品溶液的总磷值（ 分别达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（ 一级 a 类标准。 实验结果表明：在溶液的初始 ，调节极板间距为 15 10个初始磷值为 、 和 的样品，在电解电流为 解质（ 入量为 ，都需要电解约 10磷量才能达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（ 一级 a 类标准；可见，溶液的初始 ，极板间距的变化对初始磷浓度为 5 的样品电解所需时间没有明显影响。 2 存在的问题及解决措施 在试验进行中反应的溶液与未反应的溶液混合不均匀，使得取出的样不均，测得此时间内的磷含量有偏差。 3 后期的工作安排 1） 研 究电流大小对除磷效果的影响。其他条件不变，改变电流密度 定溶液中磷浓度随时间的变化； 2） 研究电解质的加入量对除磷效果的影响。其他条件不变，改变电解质的加入量 定溶液中的磷浓度随时间的变化； 3） 污水样品测试； 4） 整理实验数据完成毕业设计。 指导教师签字： 年 月 日 开题报告 题目：采用铝合金电极的电解除磷过程研究 1 1 毕业设计（论文）综述 目背景 我国是一个水资源短缺的国家 ， 人均水资源量占有量仅为 2450 立方米，占世界人均水量的 1/4，被联合国列为贫水国家之一。目前 ， 我国的 668 座城市中 ， 有 65%的城市处于缺水状态 ， 年缺水量可超过 6方米。“水资源取之不尽 ,用之不竭”的传统价值观念致使人们缺乏节水意识 ， 造成了水资源巨大的浪费和非持续性开发利用。合理开发利用水资源 ， 保护生态环境 ， 维护人与自然的和谐 ， 己经成为 21 世纪人类共同的使命 1。然而随着我国工业化、城镇化的加速进程， 大量含氮和磷等植物性营养物质的废水排入地表水体，带来了严重的富营养化问题，其中磷对藻类生长的影响远大于氮 2。同时磷又是生命活动中不可缺少的重要元素，是一种不可再生且面临枯竭的重要自然资源。近几年来，西方发达国家对 磷的可持续利用高度重视，从污水和动物粪便中回收磷在西欧、日本等地已经成为热门课题 3。从废水中回收磷既能够解决磷污染问题，同时又是实现磷资源的可持续利用，因此，废水除磷及磷回收研究是当前资源环境领域面临的重要科学问题，受到了广泛关注 4。 究意义及国内外相关研究情况 目前，其常用的除磷方法按其去除机理的不同可以大致分为两个方面：物理化学除磷方法和生物化学除磷方法 5。 (一 ) 物理化学除磷方法包括 ：化学凝聚法、吸附法、结晶法和离子交换法等。 化学法除磷处理系统操作简单，抗冲击性强，但产泥量较大且难于处理，容易对环境造成二次污染，并且由于处理过程中化学絮凝剂的使用，会使处理成本增加 6 。 吸附法吸附 /解吸是一种简单的物理化学过程，首先，通过向污水中投加可吸附磷的固体吸附剂，发生络合或配位基互换反应，形成含磷沉淀物；然后，向含磷沉淀物中添加碱性溶液进行解吸附；最后，向解析后的含磷溶液中加入钙盐或镁盐，最终形成磷回收产物。 7 结晶法是指对富含磷的污水溶液中添加某些化学粒子，在合适的化学条件下，含磷晶体经过晶核形成和长大两个步骤而形成较大的晶体粒 子，从而从含磷污水中沉淀下来，进行磷回收的方法。 8 离子交换法回收污水中的磷指利用某种阴离子交换树脂对磷酸根离子具有天然选择作用而进行的磷回收方法。 9 2 表 各种物理化学方法的优缺点对比 10 去除机理分类 方法名称 优点 缺点 物理化学方法 化学凝聚法 处理效果稳定，操作简单 经济成本高，污泥产生量大 吸附法 占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染 吸附剂的抗干扰性、溶解损失差，运行不稳定 结晶法 投资省，出水水质好 反应条件较苛刻 离子交换法 可选择性吸收污物 树脂药物易、中毒交换容量低和选择性差 (二 ) 生物化学除磷 生物法除磷工艺运行操作复杂，稳定性较差，受环境因素影响较大，且磷含量超过 10 L 时，出水就很难达标排放 11。传统的生物除磷工艺都是通过厌氧好氧等单元的不同组合来达到除磷的目的 12生物化学除磷 13 14工艺主要包括厌氧 /好氧 AO 生物除磷工艺 15、厌氧缺氧好氧 ()生物脱氮除磷工艺 16、序批式反应器 (艺 17、反硝化除磷工艺 18等。 表 各种生物处理方法的优缺点对比 去除机理分类 方法名称 优点 缺点 生物化学方法 A/O 工艺流程简单，不需加化学药品，建设费用和运行费用较低 剩余污泥排放量是关键因素 ,而且二沉池中可能有磷的释放 可进行脱氮 ,减轻后续工艺压力 很难同时取得好的脱氮除磷的效果 灵活调整，并能达到良好的脱氮除磷效果 操作较麻烦 反硝化 除磷工艺 此方法处理出水不会含有有机碳的污染 单位体积反应器处理能力较小 3 2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 究的主要内容 电絮凝作为一种难降解废水的有效预处理技术 19，已广泛应用于造纸、印染、食品加工、餐饮、和油田等方面，对去除其中的色素、油类等大分子难降解有机物具有较好的效果 20。但是， 电絮凝法有一个十分突出的技术缺陷：其可溶性金属阳极 (一般为铝电极或铁电极 )极易发生钝化。一旦阳极钝化现象发生，即会出现处理废水效率降低同时电耗升高的弊病 21。本文从电凝聚的电极过程出发，采用铝合金电极代替铝电极研究极板间距、溶液 流密度等因素对电解除磷效率的影响。 采用的方案、方法及措施 采用合金电极进行电解除磷实 验： 1） 研究极板间距 (初步设定为 :5101518除磷效率的影响； 2） 溶液初始 3、 5、 7、 9、 11）对除磷效率的影响； 3） 电解电流大小（ 1A、 除磷效率的影响； 4） 交换电极对除磷效率的影响每隔十分钟改变一次电流方向； 5） 曝气对除磷效率的影响控制气体流量每分钟 6） 根据消耗的电量等进行成本估算。 7） 污水样品测试。 3 本课题的重点难点，前期已展开的工作 本课题的重点难点有以下几个方面： 1）合金电极的选择； 2）溶液磷浓度的准确测定。 前期已展开的工作有以下几方面： 1）查阅相关文献，熟悉课题研究背景和研究目标； 2）阅读相关文献，了解铝电极时极板间距、溶液 流密度对总磷去除率的影响规律； 3）通过实验废水中磷的测定，掌握溶解中磷的测定方法及相关测试仪器的使用方法。 4 完成课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第 1 2 周 阅读相关文献，了解课题的研究背景； 第 3 4 周 对已搜集到的资料和文献进行分析、制定实验报告，完成开题报告； 第 5 8 周 进行实验以及数据的收集，完成论文中期检查； 第 9 14 周 进行实验以及数据的收集，完成论文初稿； 第 15 周 修改论文，指导教师进行论文评阅，并参加毕业答辩。 4 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 5 参考文献 1 薛玉宝 ,郗慧群 ,我国水资源污染现状与治理对策 J2010,3:42 , R, T,et a to to as in J. ):1689 3 D, A. . 2002,36(16):39254 陈希慧 ,王志江 ,黄初升 ,等 J 2003,28( 2): 875 刘宁 ,牛晓娜 ,李冰洁等 . 含磷废水的危害及治理方法研究现状 J2013,(2):906 徐丰果 ,罗建中 ,凌定勋 工业水处理 ,2003,23( 5):18- 20. 7 O, in as J. 2009,60(2):4838 王燕群 . 鸟粪石结晶法回收废水中的磷的研究 D上海 : 东华大学， 2007. 9 龚闻礼 ,花文胜 . 艺联合去除饮用水中硝酸盐和硬度 J. 工业水处理 ,1994,14 (1):1610 杨阳 D2011. 11 张 鑫 ,张焕祯 ,刘光英等 J 84512 尹军 ,吴相会 ,王晓玲 ,叶龙 ,王华伟 J2009,l(27):2413 of on HB . 1996,2(2):8791. 14 邓荣森 ,郎建 J):10615 刘智晓 ,秦妹兰 ,杨蛟云 ,等 工艺设计及除磷效能 J2005,21(9):8016 张波 2/O 工艺的氮磷脱除功能 J1999,7(2):717 胥驰 艺处理低碳源污水试验研究 D2010. 18 裘湛 J2009,22(3):79 6 19 张峰振 ,杨波 ,张鸿等 . 电絮凝法进行废水处理的研究进展 J. 工业水处理 2:1120 林辉 ,甘复兴 ,田芳 J2003,49( 6): 720- 724. 21 罗亚田 ,曾勇辉 ,张列宇等 J. 能源环境保护 (3):4 题目：采用铝合金电极的电解除磷过程研究 I 采用铝合金电极的电解除磷过程研究 摘 要 随着工业化的加快发展和我们的生活水平的提高，大量含磷的生活污水、工业废水排放到江河湖泊中，引起水体富营养化。我国水体磷污染已经十分严重，迫切需要简易、廉价、高效且无二次污染的水处理工艺来缓解水资源的危机问题并实现环境可持续发展的需求。 实验采用磷酸二氢钾配制含磷约为 5 的标准溶液，用 2024铜铝合金做电极进行电解除磷研究，考察了溶液的初始 板间距、电解电流的大小和电解质的加入量等对铝合金电极电 解除磷效果的影响规律。实验结果表明： (1) 溶液的初始 中性或者弱碱性的溶液中，电解效果更好； (2) 改变极板间距对电解除磷效果没有明显影响； (3) 电解电流增大，电解除磷效果明显增强； (4) 电解质的加入量从 1.5 .0 .0 (5) 对生活中的含磷污水进行测试发现，使用 2024铝合金做电极进行电解除磷对总磷的去除效果明显。 关键词 ：污水处理；铝合金电极；电解法；富营养化 of of of a of of a no of of to L as 2024 of pH of on he (1) of pH on in or (2) no on (3) 4)P, of .5 (5) As it 024 录 1 绪论 . 1 . 1 . 2 . 7 . 8 2 实验部分 . 9 验仪器及试剂 . 9 . 9 . 10 . 10 . 11 . 11 . 11 3 实验结果与讨论 . 12 . 12 I=. 12 . 13 . 13 . 15 . 17 . 18 . 18 . 19 的初始 . 20 除效果的影响 . 22 . 23 4 结论 . 25 参考文献 . 26 1 1 绪论 我国是一个水资源短缺的国家。人均水资源量占有量仅为 2450立方米。占世界人均水量的 1/4。被联合国列为贫水国家之一。目前。我国的 668座城市中。有 65%的城市处于缺水状态。年缺水量可超过 6中，有 16个省 (区、市 )人均水资源量 (不包括过境水 )低于 1000立方米的严重缺水线。 有 6个省、区 (宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏 )人均水资源量低于 500立方米。为极度缺水地区。 “水资源取之不尽，用之不竭 ”的传统价值观念致使人们缺乏节水意识。造成了水资源巨大的浪费和非持续性开发利用。合理开发利用水资源。保护生态环境。维护人与自然的和谐。己经成为 21世纪人类共同的使命 1。 随着城市工业化的不断发展，水资源的污染状况日益严重。水资源污染的加剧，废水排放量和种类日益增多，成分更加复杂。我国的生活污水排放量正以每年约 10亿吨的速度增加。主要江河、湖泊、水库都受到不同程度的污染。根据全国环境统 计公报 2提供的数据显示。 2010年。全国废水排放总量 上年增加 其中工业废水排放量 废水排放总量的 比上年增长 城镇生活污水排放量 废水排放总量的 比上年增加 生活污水、工业废水、富含化肥、农药的农田径流，排入江河、湖泊、水库、海洋后。由于富含氮磷元素。促使水中藻类过量生长。造成水体的 “水华 ”与海洋的 “赤潮 ”现象。而人们对水资源的需求量越来越大，对水质要求也越来越高。水质改善及其安全保障的实际需求，始终都是水处理 科学和技术发展的根本动力。具体主要表现在下列几个方面： （ l）水源水质恶化，增加处理难度和经济成本。 供水水源处于富营养化状态时，会影响水厂的正常运行；增加给水处理费用，降低处理效果 3。富营养化水体在处理过程中因厌氧作用可能产生有毒有害气体，给水处理增加相当的技术难度，增大水处理成本 4。 （ 2） 破坏水体生态环境，危害人类健康。 水体富营养化现象将破坏生态平衡，进而导致大型水生植物群落将随着富营养化程度的加剧逐渐消失和水生生物的多样性下降；而异常繁殖的藻类分泌大量的藻毒素 5。也会对人体健康构成威胁。 如缺氧条件下无副作用的硝态氮被还原为具有致癌作用的亚硝态氮；藻毒素不仅威胁水生生物，某些藻类 (如蓝藻中的丝状藻类，如微囊藻属，鱼腥藻属和束丝藻属，海生腰鞭毛目生物 )还会分泌、释放有毒物质，这些有毒物质进入水 2 体后，若被人或牲畜饮用，会使人畜致病。 （ 3） 对自然景观造成影响，水体美学价值下降。 水体富营养化导致水质急剧恶化，水体生态环境遭到破坏。造成可利用的水资源量越来越少，严重影响工农业生产的可持续发展。水藻的富集令水体的色度增加、透明度降低。并散发出腥臭味 6。同时，恶化的水体质量和感官性状，还会对自然景 观造成一定的影响，降低其经济效意 7。因此，迫切需要简易、廉价、高效且无二次污染的水处理工艺来缓解水资源的危机问题，并实现环境可持续发展的需求。 目前，国内外常用的除磷方法按其除去机理的不同可以大致分为两个方面：物理化学除磷方法和生物化学除磷方法 8。 （一） 物理化学除磷方法包括 ：化学凝聚法、吸附法、结晶法和离子交换法等。 （ 1） 化学凝聚法 化学凝聚法除磷工艺化学絮凝沉淀除磷是现今最常用的污水除磷方法，其常用的化学除磷絮凝沉淀剂有钙盐、铁盐、铝盐等，如：石灰、聚合氯化铝、氯化铁 、硫酸铁等。其基本原理是通过投加化学絮凝剂，使磷与之形成磷酸盐沉淀。磷酸盐沉淀形成是由于 铝离子、铁离子或钙离子结合，发生电性中和形成沉淀 9。除了沉淀反应，在一定情况下还存在磷酸盐与絮凝剂的络合作用，以及羟基化合物对磷酸盐的吸附作用。在几种过程综合作用下，胶体态的磷酸盐沉淀颗粒物与污水中原有的胶体结合形成更大的颗粒物和沉淀，通过后续的沉淀和气浮等工艺加以去除。 综上所述，化学沉淀法除磷的优点是：操作简单、除磷效果好、且运行结果不会重新释放磷而导致二次污染。在进水磷浓度较大或 有一定波动情况下，仍然具有较好的去除效果。 （ 2） 吸附法 10 吸附法除磷是依靠某些多孔或大比表面的吸附剂与污水中的磷酸根离之间进行的一种吸附亲和力以达到去除磷的目的。并且利用吸附 达到消除磷污染和回收磷资源的双重目的。 周明达 11等以改性沸石为吸附剂探究了改性沸石的粒径、废水酸度、废水含磷浓度、废水温度、接触时间等因素对处理效果的影响，且得到了最佳工艺条件：当量为沸石 0.5 石粒径 水 12、含磷量（ 于等于 40 、常温接触时间 100 王莉红 12等研究了钢渣对模拟含磷废水处理的最适工艺，实验研究表明钢渣对水中磷酸盐具有很好的吸附效果，钢渣用量 g/100 水含磷浓度为 25 、 附时间 2h，磷的去除率达到 99%以上，达到了 3 国家要求排放标准。 肖利萍 13等以煤粉为吸附剂，研究了影响粉煤灰处理含磷废水的主要影响因素。通过单因素确定的最佳处理条件为：吸附时间 30 附剂的投加量为2.0 g、溶液 7、搅拌速度 75 r/度 30 （温度太高会出现解析现象），实 验结果显示：粉煤灰颗粒对磷的吸附符合 大吸附容量 5.5 mg/g。 与化学沉淀法相比，吸附法处理含磷废水不仅安全可靠、吸附速度快，且处理设备简单、无二次污染、可应用于大型企业及污水处理厂，但该方法使用的吸附剂需要定期更换，相对处理费用较高，在处理高浓度废水时将很快达到吸附饱和，因此该方法不适合高浓度废水的处理。 （ 3） 结晶法 14 结晶法是利用磷酸铵镁和羟基磷钙的晶体特点。将水中的磷通过提高 磷以结晶的形式从水中脱出。该种方 法回收的磷盐纯度高，可以作为磷资源利用。在该方法中，反应器中的 比例和污水的 液中离子摩尔浓度高，脱磷效果也越好。 结晶法除磷的原理是利用晶析现象。其反应式见式 34H)( +3 （ 根据反应式 酸氢根离子、钙离子在水中与氢氧根离子反应，生成碱式磷酸钙（羟基钙磷灰石 )H)( 沉淀物和水。 其中，羟基钙磷灰石在作为晶核的除磷剂上析出，从而降低水中磷的浓度 15。该过程要求升高水的 ，以利于碱式磷酸钙的形成。磷矿石、骨炭、高炉铁渣等含钙的矿物质材料由于可以作为晶核，常被用作除磷剂，其中磷矿石与骨炭的除磷效果最好。采用结晶法除磷，随着磷在晶核表面析出，晶核逐渐变大，处理过程中产生的污泥量较化学沉淀法少。 （ 4） 离子交换法 16 离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，活动部分与磷酸盐交换，从而去除水中的磷酸盐。反应式见式 l （ 但是，离子交换法的树脂存在药物中毒、交换容量低和选择性差等缺点，因而这种方法的实际应用并不多 17。 （二） 生物化学除磷方法包括 ：传统的生物除磷工艺都是通过厌氧好氧等单元的不同组合来达到除磷的目的。生物化学除磷工艺主要 18包括厌氧 /好氧(A/O)生物除磷工艺、厌氧缺氧好氧 ()生物脱氮除磷工艺、序批式反应器 (艺、 硝化除磷工艺、 工艺、 中应用较广泛的是厌氧 /好氧 (A/O)生物除磷工艺、厌氧 /缺氧 /好氧 (A/A/O)生物脱氮除磷工艺、序批式反应器 (艺和反硝化除磷工艺。下面对以上工艺做简单的介绍： （ 1） A/19 A/此工艺中，微生物种群在 磷污泥一部分重新被回流至 部分则以剩余污泥排放出去，从而去除水体中的磷 A/，无需投加化学药品，建设费用和运行费用较低，但其除磷可靠性较差。因此，一些发达国家常在此工艺基础上增加化学除磷，以保证出水磷浓度达标排放。分段进水 A/ 图 分段进水 A/（ 2） 法 20 法与 A/加了缺氧处理阶段，可同时完成脱氮除磷，缩小了曝气区的体积，节省了脱氮对碳源的需求，降低了剩余富磷污泥量研究表明： 法具有较强的实用性，但一般要在高负荷状态下才能达到较好的除磷效果，且必须要提高混合液的回流量。 工艺流程图见 图 图 工艺流程图 （ 3） 序批式反应器 (艺 美国 1在 20世纪 70年代开发序批式反应器 (艺，它采用间歇操作，曝气、沉淀、出水、回流等过程都是在同一个反应器中进行。在进水期既不进行混合也不曝气充氧，但若是使微生物与底物有充分接触，也可以进行搅拌进行混合而不曝气，目的是让混合液处于厌氧状态；进水后就进入反应期，反应期开始进行曝气后，在该阶段反应器内将进行碳氧化、硝化和磷的吸收等过程，这个过程是 氧阶段的长短一般由污水的性质和出水 标准决定；停止曝气后。反应器处于缺氧状态。此时进行反硝化，达到脱氮的目的。但应该控制缺氧时间，以便防止聚磷菌因过 5 量吸收磷而进行释放。沉淀时反应器停止曝气完全处于静止状态，所以在没有外界干扰情况下的沉淀效率较一般沉淀池高，沉淀完后就可以进行排水。这就是 （ 4）反硝化除磷 反硝化除磷 22的原理是通过一种称为兼性反硝化细菌(特的生物摄、放磷功能，同时进行反硝化和超量摄磷。将反硝化和除磷两个过程合二为一，最大限度地减少碳源需求量，实现了能源和资源的双重节约。 （三） 其他除磷工艺 （ 1） 胞外聚合物 (附除磷 23 胞外聚合物 (指附着在细菌表面或围绕在细菌周围，用于自我保护和相互粘附，并在饥饿环境下为细菌提供碳源和能量的有机物质，主要来源于细菌的分泌、细菌表面物质的脱落、细菌溶解以及对周围环境物质的吸附。 有极度多样化的特征，相对分子质量处于几千到几百万范围内，分子结构中还带有各种各样的官能团，可影响污泥的表面特性（如混合液疏水性和 生物絮凝特性、沉降及脱水等特性以及污泥对金属离子、非金属离子和大分子物质的吸附性能。 近年来有研究者已发现，在生物除磷工艺中，活性污泥 此说明并不是所有磷的去除都可以解释为聚磷菌的聚磷。在生物脱氮除磷系统中，污泥 好氧运行工况的交替而发生周期性的变化，随厌氧和好氧时间的增加而呈现逐渐下降和上升的趋势，并且 （ 2） 人工湿地除磷 24 人工湿地除磷技术对磷的去除是通过植物吸收、微生物去除及物理化学作用三方面的共同作用。该方法是对天然湿地净化功能的加强。其原理主要是利用湿地中基质、水生植物和微 生物之间的相互作用。综合了化学法、生物法和吸附法的优势对废水中的磷进行处理。按照水在系统中的流动方式不同，一般可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。 人工湿地处理污水具有高效率、低投资、低运转费、低维持技术、低能耗等优点。但占地面积比较大。 （ 3）氧化镧化学除磷技术 25 氧化镧化学除磷技术是在 20世纪 70年代被提出的，该技术将镧固定在一定载体上并被氧化成为活性氧化镧。在与废水接触过程中，由于其较大的比表面积，镧与废水中的磷发生一系列的化学反应生成磷酸镧，通过真空技术的方式回收磷和镧， 是一种新型高效的除磷技术，具有较强的实用性，该方法用于大面积磷污染的治理，特别是景观用水的治理。 （ 4）超声波强化除磷技术 26 在传统生物法进行废水除磷中为了增强除磷效果，往往需要外加碳源以满足微生物生长需求，但效果往往并不理想并且造成 6 治理成本的增加。超声波强化生物除磷技术则建立在传统生物除磷工艺基础上，利用超声波对污泥进行击破，释放其中的溶解性 其回流到生物处理缺氧段中，补充微生物所需碳源，从而达到强化生物除磷的目的，特别适用于城市污水厂的脱氮除磷以及污泥厌氧消化处理技术中对碳源的需求。目前，该 技术已在欧美国家得到广泛应用，在我国太湖流域也有工程应用，其诸多优势已在应用过程中显现 27。 （ 5）电解法 28 电解法又称电凝聚法。该法在外加直流电源情况下，通过牺牲阳极来释放金属离子。使金属离子与污染物进行化学反应以及混凝沉淀的过程。简单的电絮凝反应器包括一个阳极板和一个阴极板，由外接直流电源供给电势，阳极发生氧化反应，阴极被还原。其电极反应式见式 阳极： M（ s） + （ 2)4H+(O2(g)+4e （ 阴极： +（ s） （ 2)+2eH2(g)+2 （ 电絮凝法去除污染物主要包括絮体产生、污染物聚集、污染物与水体的分离及去除 3个步骤（包括气浮和沉淀）。电絮凝反应 过程中，通过牺牲阳极在溶液中产生铝离子或铁离子。铝 /铁离子在适宜 而产生一系列铝或铁的羟基络合物；羟基络合物在溶液中作为絮凝剂，通过压缩双电层、吸附架桥、集卷网捕等作用将污染物聚集并吸附在其表面。同时，阴极产生的氢气形成微小气泡吸附在絮体表面，使絮体上升至液体表面，最终实现污染物与水的分离，达到去除污染物的目的。 电解法常采用铜、铝、铁等材料做电极，以去除污水中的污染物质。相对于其它的废水处理方法而言，电解法去除污水中磷的效率高而且装置简单，易操作。目前直流、交流电解法处理含磷废水技术已经趋于工 业化。日本科学家神什拜口幸 29试验使用碳、铝、铜或铁为电极，必要时可以添加电解质氯化钠，解家庭污水 2 然而，凝聚法还有一个十分突出的技术缺陷 30：可溶性金属阳极（一般为铁电极或铝电极）极易发生钝化。在外加电流的作用下，反应过程中生成致密不导电的金属的氧化物将阳极覆盖，阻断了金属阳离子的释放。氧化膜不断增厚导致电阻不断增大，最终仅有微小的电流能够通过金属阳极的过程称为阳极钝化。钝化现象的出现降低了电凝聚除磷方法的电流效率，导致成本升高，反应速率降低。 付政辉 31等检测电极电位时发现 :电极电位偏离正常电化学反应，电位表现为阳极溶出停止，电凝聚作用减弱至消失，导致电流效率降低，从而延缓电解过程的进行。 7 因而，消除或降低阳极钝化现象是电凝聚法中必须考虑的关键问题。一般消除阳极钝化的方法通常有以下几种：（ 1）加进具有去钝化作用的活性阴离子；（ 2）提高介质流速与机械去膜；（ 3）电化学清洗法溶解钝化膜；（ 4）提高凝聚反应系统的温度等措施；（ 5）使用铝合金材料电极；（ 6）将电极反极消除氧化膜等。 磷是评价水质的重要指标。一般情况下磷的浓度超 过 会使得水体富营养化。水体富营养化会使得水中藻类疯长，降低水中的含氧量，导致淡水鱼类和其他海产类动物死亡甚至灭绝。 90年代，我国将氮磷指标纳入排放标准中，其中磷的指标在当时是比较高的，很难实现。污水厂一般采用生物除磷方法，可以将出水的总磷控制在 1-2 。 表 本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位： 序号 基本控制项目 一级标准 二级标准 三级标准 1 化学需氧量（ 50 60 100 120 2 生化需氧量（ 10 20 30 60 3 悬浮物（ 10 20 30 50 4 动植物油 1 3 5 20 5 石油类 1 3 5 15 6 阴离子表面活性剂 2 5 7 总氮（以 15 20 8 氨氮（以 5(8) 8（ 15） 25（ 30） 9 总磷（ P） 2005年 12月 31日前建设的 1 5 2006年 1月 1日起建设的 3 5 10 色度（稀释倍数） 30 30 40 50 11 9 12 粪大肠菌群数（个 /L) 10 10 10 后来鉴于磷元素对环境产生的各种危害，不同国家和地区制定了越来越严格的磷素排放标准。我国自 2002年起执行的城镇污水处理厂污染物排放标准(级 32其基本控制项目最高允许排放浓度见表 有规定对新建污水处理厂的污水处理工艺如何实现高效低耗脱氮除磷提出了更高要求。 8 电解法作为一种有效的污水除磷技术，已经广泛应用于造纸、印染、食品加工、餐饮、和油田等方面。但是，电解法有一个十分突出的技术缺陷：电解过程中其可溶性金属阳极（ 一般为铝电极或铁电极）会发生阳极钝化。一旦发生阳极钝化导致处理废水效率降低、电耗升高。 本论文采用 2024铝合金电极替代铝电极，考察了极板间距、溶液的初始 解电流大小、电解质的加入量等因素对除磷效率的影响，为电解除磷技术的进一步应用和完善奠定了实验基础。2 实验部分 9 2 实验部分 验仪器及试剂 电解装置主要由直流稳压电源、电解反应槽、电极及磁力搅拌器四部分组成，实验所用的仪器规格及参数见表 表 仪器及基本参数 实验仪器 型号 生产厂家 低速台式离心机 台 式 800868 上海安亭科学仪器厂（飞鸽牌） 美国奥立龙 恒温磁力加热搅拌器 85江苏天由有限公司常州国华电器有限公司 直流稳压电源 京市时代佳业电子仪器商贸中心 磷快速测定仪 大利哈纳 解反应槽由有机玻璃制备而成，尺寸约为直径 15 6极板的阴极和阳极均采用 2024铜铝合金片，合金片的尺寸为 8直流稳压电源正负极连接后分别成为电解反应的阴极和阳极。实验的仪 器装置见图 图 验所使用的仪器装置 10 实验中所用的试剂为盐酸、氢氧化钠（主要用来调节 磷酸二氢钾（配制标准含磷溶液，氯化钠（做电解质）， 2024铝合金（电解极板（其 各组分含量参数见表 ，去离子水其物理性质参数见表 表 024铜铝合金的各组分含量参数 33 表 验中所用试剂列表 试剂名称 规格 生产厂家 盐酸 分析纯 北京化工厂 氢氧化钠 分析纯 天津市致远化学试剂有限公司 磷酸二氢钾 分析纯 兰州连华环保科技有限公司 氯化钠 分析纯 天津市致远化学试剂有限公司 铝合金 2024铜铝合金 东莞市诚霖金属 材料有限公司 去离子水 实验室自制 用电子天平准确量取 ，用少量（ 100离子水溶解后转移到 2000去离子水稀释至标线，混匀即可，该溶液的总磷浓度理论值约为 。实验过程中使用适量的氢氧化钠（ 少量的浓盐酸（ 调解溶液的酸碱性，即控制溶液的 元素种类 成份含量（ 铝板 %质量分数 表示 ) 硅 铜 锰 镁 铬 锌 铝 余量 11 试验中，取配制好的标准溶液磷酸二氢钾（ 液 500入电解质 铝合金片置于电解反应槽中开始电解，电解开始后每 1后用 溶液总磷值符合城镇污水处理厂污染物排放标准（ 级 止试验。 试样条件下极板间距为 10液的初始 解电流大小为 解质的加入量 取污水样品 500于电解槽中，测 定污水的磷含量和初始 制电流为 定极板间距分别为 10解开始后，每隔 1到溶液的总磷值符合城镇污水处理厂污染物排放标准（ 级 止实验。 12 3 实验结果与讨论 I=电解槽中加入 500磁力搅拌器均匀搅拌下，调解电解电流为 定极板间距为 10入电解质（ 盐酸（ 氢氧化钠（ 解溶液的初始 解开始后铝合金片的浸入面积为 8隔 5讨不同的 磷值随电解时间的变化。实验结果见表 表 液的初始 电解时间（ 0 5 10 15 20 25 初始 浓度（ ） .2 1 3 4 4 4 4 电压（ V） 16 16 16 18 19 19 初始 浓度（ ） 3 3 5 电压（ V） 18 18 18 初始 浓度（ ） 5 5 7 7 电压（ V） 19 19 19 19 初始 浓度（ ） 7 8 8 8 电压（ V） 19 19 19 19 初始 浓度（ ） 9 9 9 9 9 电压（ V） 17 17 17 17 17 13 图 同 ，总磷值随时间变化曲线 由表 液的初始 电流为 液的 品的总磷值（ 合城镇污水处理厂污染物排放标准（ 级 50）、10 15 10 实验结果表明：在中性或者弱碱性的溶液中的除磷效果更高。原因可能是电解过程中铝合金片上的微量元素电解形成水和离子抑制的电解过程的阳极钝化。在酸性条件下，难以形成铝的氢氧化物的沉淀，铝元素以三价水合离子的形式在，因而不能有效的去除溶液中的磷。在接近中性或弱碱性的条件下，有更多的 成 H)3，能有效的吸附溶液中的磷 34。 电解槽中加入 500，加入电解质（ 解溶液的初始 磁力搅拌器匀速搅拌下，调解电解电流为 解极板间距分别为 1510时铝合金片的浸入面积为 8解开始后每隔 1溶液的总磷值（ 时间的变化，见表 14 表 板间距对除磷效果的影响（ 电解时间（ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 极板间 距为 1浓度（ ） .1 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 电压（ V） 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 极板间 距为 5浓度（ ） .1 5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 8 电压（ V） 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 极板间 距为 10浓度（ ） .2 5 5 5 7 7 7 7 7 7 8 8 电压 (V) 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 图 液总磷值随电解时间的变化曲线 （ 流为 板间距为 150 由表 溶液的初始为 解电解电流为 着电解时间的增加，总磷值（ 渐降低。电解 1液总磷值分别从 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极板间距为 10总磷值降低到 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极板间距为 10电解 5液的总磷值降 15 低到 （极板间距为 1 （极板间距为 5 （极板间距为 10电解 10液的总磷值降低到 （极板间距为1 （极板间距为 5 （极板间距为 10从以上数据可以看出，溶液电解 10同极板 间距的三个样品溶液的总磷值（ 分别达到城镇污水处理厂污染物排放标准（ 级 实验结果表明：在溶液的初始 节极板间距为 150、 和 的样品，在电解电流为 解质（ 入量为 需要电解约 10磷量才能达到城镇污水处理厂污染物排放标准（ 级 见，溶液的初始 板间距的变化对初始磷浓度为 5的 样品电解所需时间没有明显影响。 电解槽中加入
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