淀粉行业化学除磷研究与工程示范

吕兆龙，刘士波，王一元，李 利，宋 卓

（1.吉林省中实环境技术开发集团有限公司，长春 130000；2.中粮生化能源（公主岭）有限公司； 3.黄龙食品工业有限公司，吉林 公主岭 136100）

淀粉行业在生产过程中会产生大量含磷废水，废水中总磷浓度保持在15～130 mg/L。磷是造成水体富营养化的重要原因，因此排出前，人们必须严格控制淀粉废水的总磷浓度，使其达到《淀粉工业水污染物排放标准》（GB25461-2010）指标要求。

目前较为成熟的除磷技术包括两类，即物化除磷、生物除磷，其中又以物化除磷中的化学沉淀法应用最为广泛[1]。相比于生化法，化学沉淀法具有稳定性强、达标可靠的特点，但是其药剂成本昂贵、产泥量大的弊端也在一定程度上限制应用[2]。本文通过小试及实际工程，摸索适合淀粉行业废水的化学除磷条件，并对同类工程提出指导性建议，以期在淀粉行业废水处理中实现经济高效除磷。

1 小试研究

1.1 试验原水

试验所用含磷废水取自某淀粉生产企业现有污水处理站二沉池出水，其总磷波动范围为18～40 mg/L。

1.2 试验试剂与材料

试剂：聚合硫酸铁、聚合氯化铝、氧化钙、PAM-L37（非离子型）、PAM-926（阴离子型）、PAM-857（阴离子型）、0.1 mol/L 盐酸、0.1 mol/L 氢氧化钠。

总磷浓度依据《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）进行测定，除磷酸盐标准溶液外，其余所用试剂均为分析纯。

试验仪器：立式压力蒸汽灭菌器YXQ-LS-50SII，上海博迅实业有限公司；分光光度计721N，上海仪电分析仪器有限公司；集热式恒温加热磁力搅拌器DF101S，巩义市予华仪器有限责任公司；pH 计FE20，梅特勒托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

取试验原水测定其pH、总磷浓度。将装有500 mL 试验原水的烧杯置于磁力搅拌器上，按照一定的比例加入除磷药剂及助凝剂，并调节反应pH，搅拌条件设计为600 r/min 快速搅拌1 min、300 r/min 中速搅拌5 min、100 r/min 慢速搅拌10 min，反应完成后静置30 min，取上清液进行总磷浓度测定。通过上述试验，考察适宜的除磷药剂类别、投加比例、助凝剂类别及pH 条件对除磷效果的影响，确定最佳除磷条件，作为实际工程调试的依据。

1.4 试验结果与讨论

1.4.1 除磷药剂的选择

在试验原水pH 为7.34、总磷浓度为19.8 mg/L条件下，分别向试验原水中投加相同摩尔比例的聚合硫酸铁、聚合氯化铝、氧化钙，除磷效果如表1所示。

表1 不同除磷药剂除磷效果

由表1 可知，三种除磷药剂在药剂投加摩尔比相同情况下，聚合硫酸铁处理效果最优，总磷去除率可达96.2%，氧化钙沉淀效果最差，上清液中悬浮物较多，出水浑浊。

铁离子与水中的磷酸根离子生成难溶的磷酸铁盐，同时在水中发生水解反应，生成具有络合作用的羟基络合物，对水中的总磷可以进一步地吸附、絮凝，最终实现总磷的去除[3]。在后续小试中，均采用聚合硫酸铁作为除磷药剂。

1.4.2 除磷药剂投加比例

在试验原水pH 为7.19、总磷浓度为26.9 mg/L条件下，分别按照铁磷摩尔比1:1、1.5:1、2:1、3:1、4:1投加聚合硫酸铁药剂，总磷去除效果如图1所示。

图1 投加比例对除磷效果的影响

由图1 可知，随着铁磷摩尔比的逐渐增大，出水总磷浓度逐渐降低，在1:1～2:1 范围内时，总磷去除率增加趋势明显，而后则逐渐趋于平缓。当达到3:1时，出水总磷浓度可满足《淀粉工业水污染物排放标准》（GB25461-2010）直接排放标准限值要求。在后续小试中，采用聚合硫酸铁投加的摩尔比例为3:1。

1.4.3 助凝药剂的选择

在试验原水pH 为7.25、总磷浓度为27.6 mg/L条件下，按照铁磷摩尔比3:1 投加聚合硫酸铁后，分别加入3 种不同的絮凝剂，投加量为2.5 mg/L，总磷去除情况如表2所示。

表2 不同助凝剂对除磷效果的影响

由表2 可知，助凝剂种类对除磷效果有一定的影响，其中针对试验用水，PAM-857 的助凝效果明显，形成的絮体大且结构紧实，能在水中快速沉淀，上清液清澈无杂质。在后续小试中，采用PAM-857 作为助凝剂。

当聚合硫酸铁与PAM 联用于化学除磷时，PAM通过吸附架桥作用，使废水中的磷酸铁盐沉淀、铁盐水解的羟基化合物形成稳定的絮状物[4]。此时，絮体间同时发生电中和作用，使形成的絮体更加紧实，沉淀效果更好。

1.4.4 不同pH 条件对除磷效果的影响

在试验原水pH 为7.33、总磷浓度为25.5 mg/L条件下，按照上述试验结果投加药剂，同时采用盐酸、氢氧化钠溶液对反应pH 进行调节，总磷去除情况如图2所示。

图2 不同pH 条件对除磷效果的影响

由图2 可知，随着pH 的变化，去除率出现先增大后降低趋势，在pH=5 左右时，总磷的去除率达到最大。在pH 过低条件下，铁离子水解作用较差，使其丧失架桥功能，而pH 过高，水解状态逐步向低电荷氢氧化物凝胶态转变，同样破坏其混凝效果。

2 工程应用

结合小试研究，某淀粉生产企业现有污水处理站将试验成果进行工程应用。该厂污水处理站设计出水执行《淀粉工业水污染物排放标准》（GB 25461-2010）。污水处理末端新增化学除磷处理单元。絮凝时间为12 min，沉淀时间为45 min。

企业来水pH=6～7，总磷18～30 mg/L，以上述试验结果为依据并根据实际工程摸索，调整铁磷比为3:1～4:1、助凝剂PAM-857 投加量为3.5 mg/L，投加位置为反应10 min 处，且不调节pH 情况下，出水可稳定达标。

在实际工程应用中，若采用高效斜板沉淀池进行固液分离，需考虑化学污泥产量及黏性，采用加大斜板间距并提高缓冲区域高度方式优化处理效果。

3 结论

针对某淀粉生产企业生产废水，采用摩尔比3:1～4:1 投加聚合硫酸铁药剂，并于絮凝反应时间10 min 处投加3.5 mg/L 的助凝剂PAM-857，可保证出水总磷浓度满足设计排水指标，类似企业可以此运行参数作为参考。在运行过程中，由于来水波动较大，药剂投加量较难实时调整，存在药剂浪费现象，运行成本相对提高，这需在以后的运行中进一步摸索、改善。