鐵碳微電解技術處理含磷廢水工藝初探

何思列

（中國石化巴陵分公司環(huán)保研究所，湖南岳陽 414014）

某蒽醌法雙氧水生產(chǎn)裝置廢水污染物主要有磷酸三辛酯、芳烴、2-乙基蒽醌、四氫-2-乙基蒽醌、過氧化氫（H2O2）等，外觀呈淺橙色，有較濃的芳烴氣味，pH值為5～7，H2O2質(zhì)量分數(shù)高達0.2%，重鉻酸鹽法化學需氧量（CODCr）達2 000～10 000 mg/L[1]，總磷質(zhì)量濃度高達300～500 mg/L，且大部分為有機膦。采用常規(guī)的絮凝沉降、氣浮、厭氧/好氧（A/O）、曝氣生物濾池（BAF）工藝處理后，含磷廢水出水COD可實現(xiàn)達標，但總磷質(zhì)量濃度在5 mg/L左右，無法達到GB 31571—2015《石油化學工業(yè)污染物總磷直接排放標準》要求（排放限值1.0 mg/L、其中特別排放限值0.5 mg/L）。因此亟需開發(fā)深度脫磷技術，實現(xiàn)該H2O2裝置含磷廢水的達標排放。

鐵碳微電解技術又稱內(nèi)電解法，是目前處理高濃度、高色度、難生物降解有機物的一種理想工藝，廣泛應用于化工、制藥、印染、造紙等行業(yè)的廢水處理。鑒于H2O2裝置含磷廢水中含質(zhì)量分數(shù)約0.2%的H2O2，在酸性環(huán)境下可以與鐵碳微電解過程中生成的亞鐵離子（Fe2+）形成芬頓氧化體系，使有機膦氧化分解，有利于生化處理含磷廢水。文章探討了鐵碳微電解時間對除油處理后的H2O2裝置含磷廢水的影響。

1 實驗部分

1）原料：鐵碳填料、某企業(yè)H2O2裝置工藝含磷廢水、除油劑。

2）設備：HGX-200型旋渦式充氣增氧機、沉降槽（聚丙烯材質(zhì)、自制）。

3）含磷廢水處理

除油處理：取30 L含磷廢水，加入計量的除油劑，從底部通空氣進行氣浮除油處理。

微電解處理：先將除油處理后的含磷廢水用酸調(diào)pH值至偏酸性，然后倒入底部埋有鼓泡管的盛有鐵碳填料的塑料桶中，開風機鼓泡，一定時間后將水倒出，用堿調(diào)pH值至偏堿性，絮凝沉降，取上層清液，測COD及總磷含量，沉積物通過脫水固化、填埋處理。

含磷廢水處理工藝過程見圖1。

圖1 含磷廢水處理工藝過程

2 結(jié)果與討論

2.1 除油處理效果

含磷廢水加入除油劑，從底部通入空氣，氣浮除油后，廢水中油的質(zhì)量濃度由22.30 mg/L降至3.57 mg/L，去除率達84.0%，除油效果明顯。

2.2 微電解除磷效果

微電解時間對除磷效果的影響見表1。

表1 微電解時間對除磷效果的影響

從表1看出，隨著鐵碳填料微電解時間的增加，含磷廢水的CODCr和總磷含量逐漸減小；當鐵碳填料微電解時間達到3 h時，含磷廢水的CODCr和總磷含量分別由未處理前的594.4 mg/L，674 mg/L降至48.2 mg/L，0.52 mg/L，已低于國家直接排放標準（1.0 mg/L），除磷效果十分明顯。這是因為鐵碳填料是利用原電池的原理，由鐵、碳按一定比例混合并壓制成型，然后進行高溫固相燒結(jié)而成的高效規(guī)整化填料。由于Fe和C之間存在1.2 V的電極電位差，在廢水中會形成無數(shù)個微原電池，這些細微電池是以電位低的鐵為陽極，電位高的碳為陰極，在酸性充氧條件下發(fā)生電化學反應，陽極反應生成的Fe2+進入廢水與含磷廢水中的H2O2形成芬頓催化氧化體系，生成的強氧化性羥基自由基再與廢水中難降解的有機物生成新的自由基，使有機物結(jié)構破壞，最終氧化分解。同時Fe2+還具有很高的吸附—絮凝活性，加堿調(diào)節(jié)廢水的pH值可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附廢水中的懸浮物及磷酸亞鐵等微小顆粒、從而達到水質(zhì)凈化、深度除磷的效果。另外，鐵碳微電解陰極反應生成的新生態(tài)[H]也具有高化學活性，能改變廢水中許多有機物的結(jié)構和特性，使有機物發(fā)生斷鏈、開環(huán)。

經(jīng)微電解處理后的含磷廢水，COD達到了國家直接排放標準，總磷含量雖然沒有達到國家特別排放限值0.5 mg/L的要求，但與其他廢水混合進入A/O－BAF裝置進行后續(xù)處理，出水總磷質(zhì)量濃度可以低于0.5 mg/L，符合國家特別排放標準。

3 廢水處理成本估算

廢水處理成本估算見表2。

表2 廢水處理成本估算

由表2看出，由于鐵碳填料在酸性條件下使用，損耗較大，約為20%，需定期補加。含磷廢水處理的物料費用約1.83元/m3，處理成本較低。

4 結(jié)論

含磷廢水的處理成本包括填料、酸、堿消耗及能耗，大約在1.83元/m3，處理成本較低。經(jīng)鐵碳填料微電解處理后的含磷廢水，與其他廢水混合進入A/O－BAF裝置進行后續(xù)處理，出水總磷質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L，符合國家特別排放標準。鐵碳微電解技術具有工藝簡單、填料操作維護方便、除磷效果好、成本較低等特點，其社會效益及經(jīng)濟效益顯著，具有較好的工業(yè)應用前景。