电解与化学结晶耦合同步脱氮除磷工艺研究

发布时间：2020-09-24 06:26

　　氮、磷是所有生物的基本元素,在工农业发展中起着至关重要的作用。然而,若水体中氮、磷含量超标,将导致水体富营养化。此外,由于磷属不可再生资源,随着现代工农业的不断发展,全球磷资源储量不断减少。因此,开展磷回收研究对于水体富营养化的控制和磷资源的可持续发展具有重要的理论意义和实践价值。本研究首先考察了电解法与化学沉淀法单独除磷效果与机理,在此基础上,进一步研究了同步脱氮除磷组合工艺,以期开发高效的磷回收组合工艺,为磷回收技术的发展提供理论基础和技术支持。电解与化学沉淀除磷对比研究表明:使用铁、铝盐作为沉淀剂,溶液pH值和沉淀剂用量对磷酸盐回收效果的影响显著,反应时间对Fe~(2+)作为沉淀剂的影响不可忽略;使用铁和铝作为牺牲电极,电流密度和pH值是电解过程中的关键控制参数,在相同条件下,铁电极回收磷酸盐的效率明显高于铝电极,磷回收效率与化学沉淀效果相近,不过在铁电极电解过程中增加曝气装置,可进一步提高磷酸盐去除率。对比分析显示,由于化学沉淀法除磷需要投加大量化学药剂,而电解法则无需投加化学药剂,且操作简单,因此,电解除磷显得更为可行。为进一步考察化学沉淀除磷效果,研究采用K-鸟粪石结晶法处理源分离尿液废水,结果表明,使用低品质氧化镁和浓磷酸预制除磷剂,其回收磷和钾效果最好,两者去除率分别为71%和82%;由于废水中Na~+与K~+存在竞争关系,当Na:K的摩尔比增大到10:1时,沉淀固体中磷酸钠镁含量高于磷酸钾镁。为了消除Na~+对K-鸟粪石结晶过程的影响,分别以氯化镁、镁合金电极板、氢氧化镁作为镁源,考察了磷和钾的回收效果,结果表明,以可溶性氯化镁作为镁源,Na~+对K-鸟粪石结晶过程影响较小,磷和钾回收效果最好,采用氯化镁分步加入的方式,磷的去除率为98%,钾的去除率为77%。在上述实验基础上,进一步考察了组合工艺同步脱氮除磷效果。采用电解与化学沉淀组合工艺同时去除废水中氨氮和磷酸盐,以白云石作为H~+中和剂和磷酸盐捕获剂,在最佳条件下,氨氮基本上被完全去除,磷酸盐去除率可以达到95%以上。综上,相较于电解与化学沉淀法单独除磷,采用电解与化学沉淀组合工艺同步脱氮除磷更具优势,不仅使废水中的磷酸盐达到排放标准,还解决了传统电解同步脱氮除磷工艺中氨氮去除效果不理想的问题。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X52
【部分图文】：

电解装置

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碳酸盐浓度,磷酸盐,沉淀剂,去除率

4 Fe2+、Fe3+、Al3+作为沉淀剂，碳酸盐浓度对磷酸盐去除率的用量对化学沉淀法回收磷酸盐的影响量对磷酸盐回收的影响，Fe2+、Fe3+、Al3+回收磷酸盐溶件下，分别按照 Fe2+/Fe3+/Al3+:P 的摩尔比为 0.85:1，1:1加入 FeSO4、FeCl3、AlCl3，反应 30 min，实验结果如图

铁电极,磷酸盐,曝气,去除率

第 2 章电解与化学沉淀除磷对比研究在铝电极板电解过程中，溶液初始 pH 值为 3 时，磷酸盐可以达到很高的去除率，在较低的 pH 条件下，溶液中的 Al3+与 OH-反应生成 Al(OH)3胶体的机会会减少，主要是生成磷酸铝，所以，在 pH 值较低的情况下，磷酸盐的去除率更高。此外，较低的初始 pH 值可以促进二氧化碳的脱气，从而降低碳酸盐浓度对磷酸盐回收的影响。2.3.2.3 曝气对电解法回收磷酸盐的影响上述实验结果表明，铁电极板电解回收磷酸盐的效果比铝电极板电解效果好。为了提高铁电极板电解对磷酸盐的去除率，在电解过程中增加曝气装置。将电解电流密度调节到 3.75 mA/cm2，溶液的初始 pH 值调节到 5，分别研究铁电极板在曝气速率为 0，1.5，3，4.5 L/min 时，磷酸盐的去除率，实验结果如图 2-8 所示。

【参考文献】