氯化钙与氯化铁处理低浓度含磷废水的研究

氯化钙与氯化铁处理低浓度含磷废水的研究

摘要：研究了氯化钙和三氯化铁处理低浓度含磷废水，结果表明：以氯化钙为脱磷剂时，控制参数为pH=10，最佳投加量为7.56 mg/L，总磷最大去除率达36.4%；以氯化铁为脱磷剂时，控制参数为pH=6，最佳投加量为4.92 mg/L，总磷最大去除率达65.4%；氯化钙和三氯化铁联合处理时，控制参数为pH=8，氯化钙和三氯化铁最佳投加量均为4.98 mg/L，总磷最大去除率达83%。

关键词：氯化钙；氯化铁；印染废水；总磷

2008年太湖发生蓝藻暴发，导致太湖水质恶化，严重影响了无锡、杭州等地居民的饮用水。氮和磷是造成蓝藻暴发的主要原因，由于氮可以由水中的固氮微生物进行补充，而水体中的磷必须由外界提供。排放污水中的磷是水体中磷的主要来源，其形态包括正磷酸盐、多聚磷酸盐和有机磷，其中正磷酸盐和多聚磷酸盐占多数[1]。因此，有效降低污水排放中磷的浓度成为备受关注的问题。去除废水中总磷的方法主要有化学法和生物法。19世纪后期，英国、美国广泛采用化学沉淀法处理污水，但很快就被生物处理法所取代。 原因在于化学沉淀法引入了新的化合物，而且该方法消耗试剂多、运行成本高，且容易造成大量的二次污染，这些问题当时都不能得到很好的解决[2-3]。20世纪80年代，为了进一步提高污水中有机物和磷的去除率，化学沉淀法又开始受到重视。化学法所用的除磷剂主要有钙盐、铁盐、铝盐等。熊洪斌等[4]采用钙法研究了冰箱厂高浓度含磷废水的处理，去除率达到了99%以上。王莉莉等[5]以生活污水二级生物处理后的出水为研究对象，在2~4 mg/L范围内考察了铁盐对总磷的混凝去除效果及影响因素。 结果表明，铁盐除磷的最佳pH为7.5~8，当三氯化铁投加量为10mg/L（以Fe3+计）时，出水中总磷可降至1.0mg/L以下。但目前尚未见印染废水中低浓度磷去除的相关报道。

印染废水含磷量为1.38~1.5mg/L，pH值在8左右。该厂目前拥有一套采用生物接触氧化工艺的废水生化处理系统。目前其出水COD、BOD5、悬浮物、氨氮等指标均已达到国家标准，但出水总磷从未达标

1 试验方法

1.1 试验材料

本次试验所用的印染废水取自二沉池出水，总磷含量为1.38~1.5 mg/L，pH值为8左右，COD、BOD5、悬浮物、氨氮等指标均达到国家标准。

1.2 总磷的测定

采用钼锑抗坏血酸分光光度法[6]。

1.3 除磷剂的制备

印染厂废水中总磷含量为1.38～1.5 mg/L，平均1.44 mg/L。根据废水处理原理，处理后的废水与加入的处理剂的体积比约为100∶1[7]。氯化钙和氯化铁溶液的浓度均为250 mg/L。

1.4 测试内容

1)氯化钙处理效果测定。取100 mL原水，设定氯化钙添加浓度梯度为1.26、2.52、5.04、7.56、10.08、12.6 mg/L(以钙计)，根据氯化钙的特性选择pH 8和10，测定上清液中的总磷。

2）三氯化铁处理效果测定。取原水100 mL，设定三氯化铁浓度梯度为1·23、2·46、4·92、7·38、9·84、12·3 mg/L（以铁计），根据三氯化铁的特性选择pH 6和8，测定上清液中的总磷。

3)协同处理效果测定。按上述氯化钙、氯化铁浓度梯度各减半，按1:1配制混合溶液，浓度梯度设定为1.24、2.49、4.98、7.47、9.96、12.4mg/L，pH调节为6、8、10，充分搅拌沉淀后，测定上清液中的总磷。

2 试验结果

2.1氯化钙处理效果测定

采用氯化钙作为除磷剂处理废水的实验结果如图1所示。

从图1中可以看出，随着氯化钙投加量的增加，总磷的去除率逐渐升高，当投加量增加到7.56mg/L时，去除率的升高速度逐渐减缓，但pH为10时的去除率略高于pH为8时的去除率。

两种pH条件下氯化钙最佳投加量为7.56mg/L。pH为8时总磷去除率为32%，pH为10时总磷去除率为36%。pH为10时，去除单位总磷所需钙的投加量为14.5mg/mg。熊红斌等采用钙法处理某冰箱厂高浓度含磷废水的研究中，当进水pH为10，氯化钙投加浓度为120mg/L时，废水中总磷可由60mg/L降至0.5mg/L以下，去除率达99%以上。去除单位总磷所需钙的投加量为1.98mg/mg。可见，采用氯化钙处理低浓度含磷废水时，去除单位总磷所需钙的投加量明显增加，但总磷去除率仍然较低。

2.2 三氯化铁处理效果的测定

利用三氯化铁处理废水的实验结果如图2所示。

从图2可以看出，随着三氯化铁投加量的增加，总磷去除率逐渐提高，当投加量增加到4.92mg/L时，去除率的上升速度逐渐减缓，pH为6时总磷去除率高于pH为8时。

2种pH条件下三氯化铁最佳投加量为4.92 mg/L,pH为8时总磷去除率为47%,pH为6时总磷去除率为58%。

根据文献[8]，FePO4的溶度积为1·3×10-22，Fe(OH)3的溶度积为4×10-38。根据溶度积计算，三氯化铁去除总磷的理论去除率应达到87·7%以上，而实际最高去除率为65%。实验中pH值为8时，由于Fe(OH)3的溶度积比FePO4小16个数量级，溶液中会形成大量的Fe(OH)3沉淀，影响PO3-4与Fe3+的结合，因此总磷去除率达不到理想值。

2.3 钙铁剂联合治疗效果测定

采用钙盐和铁盐混合物处理废水的试验结果如图3所示。

从图3可以看出，随着混合药剂投加量的增加，总磷去除率呈现逐渐增大的趋势，当投加量增加到4.98 mg/L时，去除率的增幅逐渐趋缓。在总投加量不增加的情况下，与单独使用该药剂相比，总磷去除率有较大提高。据文献[8]报道，Ca3(PO4)2的溶度积为2.0×10-29，FePO4[5]的溶度积为1.3×10-22，相差7个数量级。钙盐的除磷效果应该优于铁盐，但钙盐实际去除率相对较低，可能是由于磷浓度较低，形成的Ca3(​​PO4)2不易沉淀，影响了去除效果。 氯化钙与三氯化铁联合使用，充分发挥钙盐与磷的结合性能和铁盐的混凝性能，提高了除磷效果。

3种pH条件下混合药剂最佳投加量均为4.98 mg/L，pH 6时总磷去除率70.5%，pH 8时总磷去除率83%，pH 10时总磷去除率77.6%，pH 8时总磷去除效果最好，比单独使用三氯化铁提高25%。

3 结论

1）当废水中总磷浓度较低时，建议采用氯化钙和三氯化铁混合药剂除磷，此法不但能达到较好的除磷效果，而且药剂投加量也相对较小。

2）采用氯化钙和三氯化铁处理低浓度含磷印染废水时，最佳工艺条件为：pH=8，投加量4.98mg/L，总磷去除率可达83%，处理后出水总磷浓度可控制在1.0mg/L以下，可满足该类型低浓度含磷废水的处理要求。该工艺方法简单、去除率高、成本低，实用性强。

参考：

[1] 季世祥,吴曼君.含磷洗涤剂在近期内仍是我国洗涤剂的主要类型[J].日用化学科学,1998(1):32-34。

[2]邱伟,张志.城市污水化学除磷探讨[J].重庆环境科学,2002,24(2):81-84.

[3] 姜双英, 高廷耀. 上海市污水二期工程化学强化处理废水的试验研究[J]. 上海环境科学, 2002, 21(1): 40-42.

[4] 熊红斌, 刘文清. 钙基化学混凝技术处理高浓度含磷废水的研究[J]. 水处理技术, 2004, 30(5): 307-309.

[5] 王莉莉, 刘焕斌. 生活污水二级生物处理后铁盐混凝除磷试验研究[J]. 环境污染与防治, 2002, 24(6): 361-364.

[6] 国家环境保护局.水和废水监测分析方法[M].北京:化学工业出版社,1989.

[7]王宝珍.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1990.

[8] 武汉大学.分析化学[M].北京:高等教育出版社,1990.