分步沉淀去除磷酸鐵生產(chǎn)廢水中的磷酸根和硫酸根

分步沉淀去除磷酸鐵生產(chǎn)廢水中的磷酸根和硫酸根李雅;劉晨明;劉鳳梅;安慧蛟;林曉【摘要】承受分步化學(xué)沉淀法分別脫除并回收磷酸鐵生產(chǎn)廢水中的高濃度磷酸根n(Fe3+):n(PO43-)=1.040min25℃pH8.1730minpH5.5098FeP36.7718.81％,成分簡(jiǎn)潔,回收價(jià)值高;承受氫氧化鈣作為沉淀劑,在n(Ca2+):n(SO42-)=1.078.62g/L2.16g/L97.3120.2g/L;最終出水的磷酸根質(zhì)0.5mg/LGB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).《化工環(huán)?！贰灸?卷),期】2023(038)0046(P413-418)磷酸鐵;分步沉淀;磷酸根;硫酸根;回收李雅;劉晨明;劉鳳梅;安慧蛟;林曉【作者單位】北京市過程污染掌握工程技術(shù)爭(zhēng)論中心中國(guó)科學(xué)院過程工程爭(zhēng)論所,100190;北京市過程污染掌握工程技術(shù)爭(zhēng)論中心中國(guó)科學(xué)院過程工程爭(zhēng)論所,100190324000;北京市過程污染掌握100190;北京市過程污染掌握100190【正文語種】中文X703在磷酸鐵生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含銨根、硫酸根和磷酸根的綜合廢水［1-5］。此類廢水直接排放會(huì)造成水體富養(yǎng)分化或土壤鹽堿化，亦會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生致癌危害［6-9］。目前磷酸鐵廢水的處理方法有生物法、石灰沉淀法、磷酸銨鎂沉淀法、性，很難同時(shí)滿足，其改進(jìn)工藝也都存在肯定的局限性［10］。石灰沉淀法可將磷酸根和硫酸根同步去除，但混合污泥量大，不易回收，造成資源鋪張［11］。磷酸銨鎂沉淀法〔MAP〕pH、反響時(shí)間和加藥配比有嚴(yán)格要求［12］，磷酸并未解決污染問題［13］。目前針對(duì)同時(shí)含有磷酸根和硫酸根的磷酸鐵生產(chǎn)廢水中的兩種高價(jià)態(tài)陰離子分別脫除和回收的工藝還未見報(bào)道?！擦姿徕}〕的產(chǎn)生，削減了固廢處理本錢。此方法操作簡(jiǎn)潔，處理效果顯著，全部過程都是成熟的化工過程，不存在規(guī)模放大的技術(shù)障礙，易于工業(yè)化。試驗(yàn)局部廢水和試劑試驗(yàn)廢水來源于湖南某磷酸鐵生產(chǎn)企業(yè)。該廢水中含有高濃度磷酸根、硫酸根和銨1。12-〕/〔g·L-1〕ρ〔NH4+-N〕/〔g·L-1〕ρ〔Ca〕/〔mg·L-1〕1.1376.317.8355.975.4820.75pHTDS/ 〔g·L-1〕 ρ〔PO43-〕/〔g·L-1〕ρ〔SO4〔PAM〕：陰離子型，相對(duì)分3×106，分析純。試驗(yàn)原理子進(jìn)展分別脫除。Fe3+與磷酸根的化學(xué)沉淀作用以及鐵的多羥基絡(luò)合物對(duì)磷酸根的吸附作用［14］。其主要反響方程式見式〔1〕、式〔2〕。物如等［14］。鐵的多羥基絡(luò)合物也可對(duì)磷酸根起吸附作用。硫酸根的去除通過投加氫氧化鈣生成硫酸鈣沉淀而實(shí)現(xiàn)，見式〔3〕。試驗(yàn)方法磷酸根的去除300mLpH1PAM50r/min30min〔以n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕表征〕pHpH硫酸根的去除1.3.1200r/min30min30min，生成的硫酸鈣沉淀過濾后烘干，稱重。測(cè)定沉淀上清液中硫酸根的質(zhì)量濃度?？疾鞖溲趸}參加量對(duì)硫酸根去除效果的影響。分析方法承受離子色譜〔IC〕儀〔ICS-5000A〕測(cè)定廢水中磷酸根和硫酸根的質(zhì)量濃度。承受電感耦合等離子體-原子放射光譜〔ICP-OES〕儀〔iCAP6300RThermo〕測(cè)定廢水中鈣離子的質(zhì)量濃度。承受X〔XRF〕儀〔AXIOSPANalyticalB.V.公司〕對(duì)所得沉淀進(jìn)展元素分析。承受X〔XRD〕儀〔EmpyreanPANalyticalB.V.公司〕對(duì)所得沉淀進(jìn)展固體成分分析。結(jié)果與爭(zhēng)論廢水中磷酸根的去除硫酸鐵參加量的影響40min25pH1.13n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕1。由12.017.83g/L7.09g/L60.244.05.23g/L，70.67Fe3PO41對(duì)磷酸根質(zhì)量濃度的影響在同上條件下，n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕Fe322n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕Fe3n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕4.0Fe322.93g/L。雖然此時(shí)磷酸根去除率有所增Fe3+會(huì)造成水體色度增大，廢水呈現(xiàn)明顯的紅褐色，這將增加后續(xù)處n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕1.02.0pH2n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕Fe3+質(zhì)量濃度的影響n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕ρ〔Fe3+〕/〔g·L-1〕2.06.963.018.914.022.93磷酸根沉淀反響時(shí)間和反響溫度的影響n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕2.025pH1.1340min［15］120min，磷酸6.96g/L6.82g/L，變化不大，說明延長(zhǎng)反響時(shí)間對(duì)除磷40minn〔Fe3+〕:n〔PO43-〕2.040min、廢水初始pH1.1325406.96g/L7.21g/L，變化不大，說明上升反響溫度對(duì)除磷效果影響25℃〔常溫〕即可。pH毛巖鵬［16］Fe3+的水解沉Fe3+的水解生成一系列的多羥基絡(luò)合物對(duì)磷酸根進(jìn)展吸附脫除，其次是生成磷酸鐵沉淀［14，16］Fe3pHpH越高，F(xiàn)e3+的水解作用越猛烈。在原水pH為1.13的條件下，由于pH較低，F(xiàn)e3+的水解作用弱，生成多羥基鐵氧化物較少，對(duì)磷酸根的吸附效果差，磷酸根pH，同時(shí)降低硫酸鐵的投加量。n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕1.02540minpH2。2pH2pH1.1317.83g/L15.31g/L14.16pH3.5413.75g/L19.91pH6.552.95g/L83.45pH8.172.47g/L86.15pHFe3+水解。連續(xù)將廢水初始pH8.179.502.47g/L6.23g/L，磷酸根去除率86.1565.06%OH-增多，水合羥基OH-，占據(jù)了磷酸根被吸附的基團(tuán)，使磷酸根的去除效果下降［16］pH8.17，此時(shí)86.15%。2.1.4pH硫酸鐵作為強(qiáng)酸弱堿鹽，其水溶液為酸性。在堿性廢水中參加硫酸鐵會(huì)降低廢水pHpH9.50，9.36，8.78，8.1730minpH7.56、6.18、2.65、2.12。酸性條件會(huì)限制磷酸根的去pH。在前述優(yōu)化條pH3。3pH3pHpH5.50〔0.27g/L〕，磷酸根總?cè)コ实竭_(dá)98.5pH，OHFe3+反響生成一局部氫氧化鐵膠體，該膠體可對(duì)磷酸根進(jìn)展深度脫除。此外磷酸根、Fe3+OHFe2.5PO4〔OH〕4.5Fe1.6PO4〔OH〕3.8［17］。25℃，第一次調(diào)整pH8.17，30minpH5.5040min，可保證磷酸根去除率到達(dá)98%以上。2.1.5沉淀物回收利用的可行性分析X合物并對(duì)磷酸根進(jìn)展了吸附。為了分析所得沉淀的主要成分，爭(zhēng)論其是否具有回收價(jià)值，對(duì)所得固體進(jìn)展了XRF33OFeP，可經(jīng)過簡(jiǎn)潔處理后作為企業(yè)生產(chǎn)原料。承受硫酸鐵回收價(jià)值較高的羥基磷酸鐵，〔磷酸鈣和硫酸鈣〕的產(chǎn)生。即使企業(yè)不回用時(shí)，該沉淀物也可以通過其他方式實(shí)現(xiàn)再利用，例如有文獻(xiàn)報(bào)道，含磷物質(zhì)不僅可以作為肥料，還可以有效固定土壤中的重金屬，多羥基磷CdPb［18］。3XRFw/%O42.65Fe36.77P18.81S1.70Mn0.072.2廢水中硫酸根的去除44n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.278.62g/L1.49g/L，硫酸根去除率到達(dá)98.1%；硫酸鈣回收量為119.9g/L；最終出水的磷酸根質(zhì)量濃度小于0.5mg/L，GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［19］。此時(shí)硫酸根濃度0.025mol/L3.75×10-4，大于25Ksp〔4.93×10-5〕［20］。理論上此時(shí)溶液已經(jīng)到達(dá)過飽和n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.0XRD44XRD中含有少量的二水合硫酸鈣及氫氧化鈣。水合硫酸鈣在經(jīng)過高溫〔160℃〕煅燒后可完全脫水形成無水硫酸鈣，且樣品中雜質(zhì)較少，具有很高的回收價(jià)值。43-〕/〔g·L-1〕4.7013.2878.620.27〔n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.2〕12.818.581.49＜0.5×10-3〔n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.0〕12.698.582.16＜0.5×10-3水樣ρ〔Ca2+〕/〔mg·L-1〕TDS/〔g·L-1〕/〔g·L-1〕20.75未測(cè)定未測(cè)定去除硫酸根出水〔n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.2〕985.503.56119.9去除硫酸根出水〔n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕水樣〕/〔g·L-1〕ρ〔SO42-〕/〔g·L-1〕ρ〔PO44XRD3結(jié)論承受分步化學(xué)沉淀法，將磷酸鐵生產(chǎn)廢水中的磷酸根和硫酸根分別并回收，解題。n〔Fe3+〕:n〔PO43-〕=1.040min25℃、廢水初始pH8.17、30minpH5.5098%以上。過量投加硫酸鐵對(duì)磷酸根無明顯去除效果且導(dǎo)致廢水色度增大、鐵含量過高，延長(zhǎng)反響時(shí)間和上升反響溫度對(duì)磷酸根去除影響不大，酸性條件不利于磷酸根的去除。FeP36.7718.81%，成分簡(jiǎn)潔，回收價(jià)值高。n〔Ca2+〕:n〔SO42-〕=1.078.62g/L2.16g/L，硫酸根去除率為97.3120.2g/L。0.5mg/L，GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】［1］ZHAOJ，ZHANGY，RUNZ，etal.Ferricphosphatehydroxidemicrostructuresaffecttheirmagneticproperties［J］.ChemistryOpen，2023，4〔3〕：274-277.［2］FEREYG.Microporoussolids：fromorganicallytemplatedinorganicskeletonstohybridframeworksecumenisminchemistry［J］.ChemMater，2023，13〔10〕：3084-3098.［3］彭愛國(guó)，賀周初，余長(zhǎng)艷，等.電池級(jí)超微細(xì)磷酸鐵的制備［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，35〔7〕：15.［4］CN104609630A［P］.2023-05-13.［5］CN105000725A［P］.2023-10-28.［6］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分木質(zhì)方法》編委會(huì)．水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2023：1112.［7］邱學(xué)劍，劉江，楊成志，等.硫酸鈣晶須對(duì)磷的靜態(tài)吸附［J］.化工環(huán)保，2023，34〔5〕：405409.［8］［J］.2023，35〔2〕：116-120.［9］［J］.2023，34〔12〕：113115.［10］WATANABET，OZAKIN，IWASHITAK，etal.Breedingofwastewatertreatmentyeaststhataccumulatehighconcentrationsofphosphorus［J］.ApplMicrobiolBiotechnol，2023，80〔2〕：331-338.［11］KIMJO，CHUNGJ.Implementingchemicalprecipitationasapretreatmentforphosphorusremovalinmembranebioreactor-basedmunicipalwastewatertreatmentplants［J］.KSCEJCivEng，2023，18〔4〕：956-963.［12］李秋成.磷酸銨鎂結(jié)晶法回收廢水中高濃度氮磷技術(shù)爭(zhēng)論［D］.南京：南京大學(xué)，2023.［13］［J］.城市建設(shè)理論爭(zhēng)論〔電子版〕，2023〔21〕：218219.［14］［J］.2023，31〔7〕：