ABSTRACT

The phosphate wastewater of 5 mg/L was treated by electrolytic process with iron electrode. The initial conditions are: wastewater PH = 7, electrolytic current 0.5 A, plate spacing 5 cm. The experimental results show that the total phosphorous removal effect was better, and the phosphorous concentration dropped from 5 mg/L to 0.5 mg/L after electrolyzation for 1 h, meeting the level 1 A discharge standards.

Keywords:Electrolytic Process, Wastewater Treatment, TP

铁电极电解除磷技术的实验研究

杨彬^*，马若霞，陈子惟，周怡人

国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司，重庆

收稿日期：2018年12月2日；录用日期：2018年12月18日；发布日期：2018年12月27日

摘 要

本文在前期调研及实验的基础上，选择污水进水pH = 7，电解电流0.5 A，极板间距5 cm的初始条件，构建双铁电极电解除磷实验装置，对初始磷浓度5 mg/L的模拟污水进行处理研究。实验结果表明：经过1 h的电解反应，可以将总磷含量去除至0.5 mg/L以下，达到一级A标的出水要求。

关键词 :电解技术，污水处理，总磷

Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

生活污水中磷主要来源于人畜粪便和含磷洗涤剂等，它不但会引起水体富营养化，还会产生大量的泡沫。水体富营养化常导致水生生态系统紊乱、水生生物种类减少、多样性受到破坏。污水除磷方法通常是生物法和化学沉淀法及其联合工艺。电解法是一种高效的污水处理方法，该法综合了沉淀、絮凝和气浮等多种过程，对磷的去除有很明显的效果。电解除磷技术除磷率较高、性能稳定、选择性更强、同时便于日常维护。以铁电极为例：在电解过程中，阳极释放的Fe²⁺和溶液中的Fe³⁺会与以磷酸根形式存在的磷发生反应生成难溶性铁盐。另外，部分Fe²⁺和Fe³⁺在一定的pH范围内与溶液中的OH⁻反应生成难溶性的铁的羟基化合物，这些含铁的羟基络合物能发生胶体絮凝，从而达到处理水质的作用。主要反应如下 [1] [2] [3] [4] ：

阳极：

$\text{Fe}-{\text{2e}}^{-}={\text{Fe}}^{\text{2}+}$ ; (1)

阴极：

${\text{2H}}^{+}+{\text{2e}}^{-}={\text{H}}_{\text{2}}$ ; (2)

在溶液中：

${\text{4Fe}}^{\text{2}+}+{\text{2H}}_{\text{2}}\text{O}+{\text{O}}_{\text{2}}={\text{4Fe}}^{\text{3}+}+{\text{4OH}}^{-}$ (3)

${\text{Fe}}^{\text{3}+}+{\text{PO}}_4^{3-}={\text{FePO}}_{\text{4}}\downarrow$ (4)

${\text{3Fe}}^{\text{2}+}+{\text{2PO}}_4^{3-}={\text{Fe}}_{\text{3}}{\left({\text{PO}}_{\text{4}}\right)}_{\text{2}}\downarrow$ (5)

${\text{Fe}}^{\text{2}+}+{\text{2OH}}^{-}=\text{Fe}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{2}}\downarrow$ (6)

$\text{4Fe}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{2}}+{\text{O}}_{\text{2}}+{\text{2H}}_{\text{2}}\text{O}=\text{4Fe}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{3}}\downarrow$ (7)

本文在前期调研及实验的基础上，选择污水进水pH = 7，电解电流0.5 A，极板间距5 cm的初始条件，构建双铁电极电解除磷实验装置，对初始磷浓度5 mg/L的模拟污水进行处理研究。

2. 实验方法

2.1. 配制含磷废水

用磷酸二氢钾(KH₂PO₄)和去离子水制备模拟废水，配置浓度为5.0 g/L (以P计)的浓液250 ml，实验时再将其稀释到5.0 mg/L (以P计)，药剂配制如表1所示。

2.2. 实验物资

实验物资如表2所示：

表1. 药剂配制记录表

表2. 实验物资清单

2.3. 实验步骤

实验装置如图1所示，每次实验用水量为1.8 L，实验前，将铁片用磨砂纸打磨干净，放入含磷溶液中并调整极板间距为5 cm。电极浸在溶液中的有效尺寸为40 mm × 40 mm × 1 mm，阴极和阳极的极板面积比是1:1。添加NaCl以维持溶液初始电导率在9.0~10.0 ms/cm范围内，用1% NaOH和1% HCl来调整溶液pH =7。按照图1连接好装置，调节电解电流为0.5 A，为保证实验用水充分混合，实验过程中保持搅拌。

图1. 实验装置图

3. 实验结果

3.1. 电解除磷结果

电解电流为0.5 A，极板间距为5 cm，调节原水pH为7，经过4 h电解反应，溶液中磷的浓度和去除率如图2、图3所示。

图2. 磷的浓度

图3. 磷的去除率

如图2、图3所示，随着电解时间的增加，磷的去除率成上升趋势，经过30 min的电解，磷浓度从5 mg/L去除到0.6 mg/L以下，去除效果明显。经过1 h的电解反应，可以将总磷含量去除至0.5 mg/L以下，达到一级A标的出水要求。

3.2. 电解反应出水

电解反应过程中的溶液如图4、图5所示，随着电解反应的进行，溶液颜色逐渐变黄，而且随着时间的增加，溶液越来越浑浊，影响出水色度及感官。

图4. 电解反应过程溶液

图5. 电解实验样品

4. 结论及分析

从上述数据分析可得出以下结论：在初始磷浓度5 mg/L、pH = 7、电解电流0.5 A、极板间距为5 cm的初始条件下，电解过程中保持搅拌，随着电解时间增加，磷的去除率成上升趋势。经过1 h的电解反应，可以将总磷含量去除至0.5 mg/L以下，达到一级A标的出水要求。

由于电解除磷出水浑浊，在实际应用时建议在电解除磷装置后加一级沉淀装置。

文章引用

杨 彬,马若霞,陈子惟,周怡人. 铁电极电解除磷技术的实验研究
Experimental Study on Phosphorous Removal by Electrolytic Process with Iron Electrode[J]. 水污染及处理, 2019, 07(01): 39-43. https://doi.org/10.12677/WPT.2019.71006

参考文献