污水中除磷工艺的优化研究

程 凤

（九江市生态环境预警应急管控中心，江西 九江 332000）

引言

随着工业化和城市化进程的不断发展，工业污水和城市污水的排放量激增，这些污水中含有大量的磷元素，若不经处理直接排放到水体中，将导致水体富营养化，造成严重的水体污染。目前常用的除磷方案主要包括物理吸附法、化学沉淀法、生物处理法等。物理吸附法相对比较简单，但吸附效率低、成本高，化学沉淀法需要在水体中加入化学药剂，容易导致水体的二次污染，生物处理法则存在着效率低、对磷的处理效果差，无法满足高效、经济除磷的需求[1]。

本文提出了一种新的电化学处理方案，对电化学处理方案原理和电化学参数进行了研究，结果表明，电流对电化学处理效果的影响不明显，电压越大电化学处理效果越好，电压越小电化学处理效果越差。以质量浓度为0.5 mg/mL～13 mg/mL 的电解磷为例，以铁作正极，铝作负极，在电压为30 V，电流为1 A 的情况下电解60 min，对污水中磷的去除效率达到了96.2%以上，极大地提升了污水中的除磷效率和经济性，具有极大的应用推广价值。

1 试验方案设计

为了确保电化学除磷方案测试的准确性，所使用的铝棒和铁棒均使用纯金属制作，所使用的废水取自污水站，废水中电解磷的质量浓度选择为最常见的0.5 mg/mL～13 mg/mL，磷测定试剂盒采用了杭州陆恒生物的产品，分光度采用了722N 型高精密分光度计，供电设备采用了MPS-3005L-3 型直流电源[2]。

目前电化学法常用的电极材料为金属铝和金属铁，在给两个电极通电后，在阳极释放出阳离子，在阴极电处接触氢氧根离子[3]，经过反应后生成氢氧化物胶体[4]，同时产生的金属阳离子还能和污水中的磷酸根离子反应，生成絮状沉淀物，达到净化除磷的目的。

在测试时，首先取100 mL 中水放入烧杯中，然后插入电极并按表1 所列的实验条件逐一进行测试，最后计算每种方案下废水中的磷去除率[5]。

表1 电化学法测试条件汇总表

由实际对比可知，各因素对磷去除率的影响依次是电极、电压、电流和电解时间，因此在进行废水电化学处理时需要将铁作为正极、将铝作为负极，提高反应时的效率和除磷效果。

2 废水电化学处理分析

在中水电化学验证的基础上，将铁作为正极，将铝作为负极，对废水进行电化学处理分析，实验方案汇总如表2 所示。

表2 废水处理方案汇总表

由表2 可知，当电化学处理的阳极和阴极确定后，各因素对磷去除率影响从大到小依次是电解时间、电压、电流。由此可知当电压为30 V，电流为1 A，电解时间为60 min 的情况下具有最大的磷去除率。

2.1 电压对处理效果的影响分析

对中水处理验证结果、废水处理验证结果进行汇总，不同电压情况下的磷去除率变化情况如图1 所示。

图1 电压对水中磷处理率影响效果分析

由图1 可知，不管是在中水中还是在污水中，磷的去除率均随着电压的增加而增大，这主要是由于电压越大，在工作时电解出的阳离子就越多，能够和水中的化合物形成更多的磷酸盐沉淀[6]，因此能够表现出更强的除磷效果。

2.2 电流对除磷效果影响

对中水处理验证结果、废水处理验证结果进行汇总，不同电流情况下的磷祛除率变化情况如图2 所示。

图2 电流对水中磷处理率影响效果分析

由图2 可知，在处理中水时，对水中的除磷效果先降低，然后逐步增加，当电流为0.5 A 时具有最高的除磷率，而当电流为1 A 时的除磷率反而最低。当在污水中进行除磷时，除磷效果随着电流的增加而增大，当电流超过0.5 A 后除磷效率增加极慢，当电流为1 A 时具有最大的除磷效果。这主要是因为，油液废水中的化学成分复杂，导致污水中的离子浓度不得发生变化，影响了铁离子和水质中的磷酸根的反应[7]，因此在污水中，电流的变化，对磷的处理效率影响有限。

2.3 电解时间对磷去除率的影响

对中水处理验证结果、废水处理验证结果进行汇总，不同电解时间情况下的磷去除率变化情况如图3所示。

图3 电解时间对水中磷处理率影响效果分析

由实际对比结果可知，在处理中水时，磷去除率随着反应时间的增加先增大后减小，当反应时间为40 min 时具有最大的去除率。在处理废水时，废水中的磷去除率则是随着反应时间的增加逐步增大，当反应时间为60 min 的情况下具有最大的磷去除率。但当反应时间超过40 min 后水中的磷酸铁[8]浓度逐渐降低，因此在一定程度上影响了磷去除率的提升，因此需要根据实际需求选择废水的电化学处理时间。

3 结论

为了解决传统污水处理方案效率低、经济性差的不足，提出了一种新的电化学除磷工艺技术，对电化学除磷的技术要点进行了分析，对电流、电压、除磷时间对废水中的除磷效果进行了实验验证，结果表明：

1）在处理中水时，各因素对磷去除率的影响依次是电极、电压、电流和电解时间，因此在进行废水电化学处理时需要将铁作为正极、将铝作为负极，提高反应时的效率和除磷效果。

2）在处理废水时，在电极一定的情况下，各因素对磷去除率影响从大到小依次是电解时间、电压、电流。

3）以铁作正极，铝作负极，在电压为30 V、电流为1 A 的情况下电解60 min，对污水中磷的祛除效率达到了96.2%以上。