亞鐵強(qiáng)化去除水中磷酸鹽的作用機(jī)制與效能.pdf

1、針對工業(yè)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，磷酸鹽排放總量增加、排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的現(xiàn)狀，尋求“高效低耗”的除磷方法具有重要的科學(xué)及現(xiàn)實意義。本論文選取價格低廉的Fe(II)作為除磷藥劑，考察 Fe(II)氧化過程對除磷的影響，探明同步氧化 Fe(II)除磷的優(yōu)勢及作用機(jī)制?；谕窖趸?Fe(II)除磷理論，進(jìn)一步考察 H2O2、DO和NO3-等氧化劑的強(qiáng)化除磷效能，分析各氧化劑的優(yōu)勢及劣勢。針對以 DO和NO3-為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程

2、，分別提出以金屬離子為催化劑和以缺氧活性污泥為誘導(dǎo)因子的磷酸鹽強(qiáng)化去除方法；基于上述方法，分析誘導(dǎo) Fe(II)強(qiáng)化除磷的作用機(jī)制，優(yōu)化控制反應(yīng)條件，并通過分析反應(yīng)產(chǎn)物，探明磷酸鹽去除路徑，為 Fe(II)除磷技術(shù)的實際應(yīng)用提供理論支撐和技術(shù)借鑒。
　　通過考察 Fe(II)氧化、氧化順序及氧化速率對 Fe(II)除磷效率的影響，探明了Fe(II)氧化過程與 Fe(II)除磷效率之間的相互關(guān)系，得出同步氧化 Fe(II)可將磷酸鹽

3、去除率由4.7％提高至44.3%的結(jié)論；結(jié)合除磷反應(yīng)產(chǎn)物物理及化學(xué)性能的差異，以及不同 pH條件下反應(yīng)產(chǎn)物中磷酸鐵、磷酸亞鐵及三價鐵羥基氧化的比例變化，分析了Fe(II)以游離及結(jié)合態(tài)同步氧化的除磷路徑，并提出Fe(II)以游離及絡(luò)合態(tài)新生Fe(III)誘導(dǎo)強(qiáng)化除磷的作用機(jī)制。
　　基于同步氧化 Fe(II)的除磷理論，研究了H2O2、DO和NO3-等三類氧化劑對 Fe(II)除磷的影響，基于新生 Fe(III)生成速率的差異，它

4、們對 Fe(II)除磷的促進(jìn)順序為：H2O2> DO>NO3-。其中，H2O2藥劑成本較高，不便于大規(guī)模應(yīng)用；而 DO和NO3-對 Fe(II)除磷的促進(jìn)能力有限，需分別尋求強(qiáng)化 Fe(II)/DO和Fe(II)/NO3-除磷的有效方式。
　　針對以 DO為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程，采用過渡金屬離子為催化劑，通過加速 Fe(II)氧化為新生 Fe(III)，強(qiáng)化磷酸鹽去除。所選金屬離子中Cu(II)催化效果最優(yōu)，當(dāng)[

5、PO43-]0為50mg/L,[Cu2+]0為10mg/L、Fe(II)/P摩爾比為2.4:1時，磷酸鹽最高去除可達(dá)90.6%，共存Cu(II)最高去除達(dá)70.6%。反應(yīng)產(chǎn)物以 FePO4沉淀和Cu3Fe4(PO4)6前驅(qū)物為主，Cu(II)在催化加速生成 Fe(III)強(qiáng)化磷酸鹽去除過程中，自身也通過共沉淀方式得以去除。Cu(II)強(qiáng)化Fe(II)/DO除磷的路徑主要包括：①Fe(II)或 Cu(II)沉淀除磷；②羥基鐵吸附；③Cu(

6、II)催化誘導(dǎo) Fe(II)沉淀除磷；其中以路徑③為主。Cu(II)催化誘導(dǎo) Fe(II)沉淀除磷的主要作用機(jī)制在于，利用新生絡(luò)合態(tài) Fe(III)難水解的優(yōu)勢，并結(jié)合新生游離態(tài)Fe(III)與磷酸根較強(qiáng)絡(luò)合能力的特點，大幅提高鐵鹽利用效率。
　　針對以 NO3-為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程，采用缺氧活性污泥為誘導(dǎo)因子，通過加速 Fe(II)氧化及生物絮凝的雙重作用，強(qiáng)化 Fe(II)/NO3-除磷效率。當(dāng)Fe(II)

7、投加量為5mg/L-25mg/L時，缺氧活性污泥的存在使 SP去除率提高了29%-82%?；谌毖趸钚晕勰嗟谋尘碍h(huán)境，F(xiàn)e(II)/NO3-和Fe(III)/NO3-體系的動態(tài)對比結(jié)果表明，前者具有更好的氮、磷污染物去除能力，及更優(yōu)的污泥沉降及脫水性能；其主要作用機(jī)制在于，缺氧活性污泥誘導(dǎo)產(chǎn)生的新生Fe(III)比外加的Fe(III)水解效率更低，而與磷酸鹽結(jié)合的能力更強(qiáng)，從而避免鐵鹽水解并提高鐵鹽除磷效率。
　　鑒于Fe(II)

8、/NO3-缺氧活性污泥體系的優(yōu)勢，構(gòu)建了缺氧活性污泥-BAF（A-BAF）耦合工藝，并通過優(yōu)化 Fe(II)投加量，控制工藝運(yùn)行效果。長期動態(tài)運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)Fe/P摩爾比為2.0-2.2:1時，不僅強(qiáng)化體系內(nèi)磷酸鹽去除，使工藝平均出水TP和SP分別低至0.37mg/L和0.31mg/L；還輔助微生物反硝化脫氮，使硝酸鹽去除率由70.6%提高至91.5%；同時還顯著改善缺氧活性污泥沉降性能，使污泥 SVI值由494mL/g降低至47mL