芬頓氧化法降低廢水中總磷濃度的影響因素分析

李虎平，胡志龍，王斌，方中心，李秀燕

（甘肅稀土新材料股份有限公司，甘肅 白銀 730922）

目前國家對稀土工業生產的排放廢水中總磷的濃度要求低于1.0 mg/L，對稀土企業，特別是老稀土企業，是一個嚴重的挑戰。芬頓氧化法因其獨特的優勢而被很多學者所青睞，如：工藝簡單，試劑成本相對較低，易于實現工業化等[1]。因此，本文采用芬頓氧化法，通過條件實驗確定了芬頓氧化對廢水中總磷去除效率的主要影響因素，得到了最優工藝參數，在條件試驗基礎上進行了驗證，并應用到工業生產。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

30%雙氧水（白銀新發地經貿有限公司），硫酸亞鐵（90%，甘肅綠科集團股份有限公司），氫氧化鈉（30%，甘肅稀土新材料股份有限公司），氫氧化鈣（92%，甘肅中隴天玉新材料有限公司），不同分子量的聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團股份有限公司），不同分子量的抗酸聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團股份有限公司），非離子聚丙烯酰胺（95%，甘肅綠科集團股份有限公司）等。

1.2 實驗儀器

總磷濃度測試儀（DR500，上海昕瑞儀器儀表有限公司），pH計（BPH-305，武漢吉爾德科技有限公司），電動攪拌器（DJ1C，蘇州威爾實驗用品有限公司），燒杯、移液管等玻璃儀器（南京科之都實驗器材有限公司）。

1.3 實驗方法

取稀土萃取分離廢水，測其總磷濃度和pH值，然后在不同的燒杯中分別各取200mL廢水，采用不同工藝條件，考察芬頓氧化后廢水的pH值、絮凝劑的種類和加入量、芬頓比和芬頓次數、硫酸亞鐵加入量、雙氧水加入量、中和劑的種類等不同影響因素對總磷去除效果的影響，最終確定利用芬頓氧化法去除廢水中總磷的最優工藝。

2 結果與討論

2.1 pH值對處理后廢水中總磷的影響

隨著絮凝pH值的增加，廢水中的總磷濃度先減小后增大，這是因為在不同pH反應條件下，芬頓氧化過程中生成的羥基自由基的量不同，并且當pH升高至中性和堿性時，通過芬頓氧化去除的一部分磷又會溶解。因此按上述實驗工藝流程處理后廢水的pH值為4.5時除磷效果最好。

2.2 PAM加入量對處理后廢水中總磷的影響

當達到4ppm左右時，效果明顯，之后基本不再變化，因此絮凝劑的加入量對總磷濃度有影響，但不是最主要的影響因素。

2.3 硫酸亞鐵和雙氧水的加入比例對處理后廢水中總磷的影響

實驗發現只要pH保持恒定并且產生足夠量的羥基自由基，廢水中的總磷濃度均可小于1.0mg/L。然而過量的雙氧水不僅使廢水處理成本升高，還會導致排放廢水中的COD嚴重超標，因此二者的質量比例最終定為1：1。

2.4 硫酸亞鐵加入量對處理后廢水中總磷的影響

當硫酸亞鐵的加入量小于廢水中總磷濃度的20倍時，廢水中總磷濃度均大于1.0mg/L，達不到廢水排放總磷濃度標準，但是當硫酸亞鐵的加入量大于廢水中總磷濃度的20倍時，廢水中總磷濃度均小于1.0mg/L。通過以上數據分析，最終確定加入硫酸亞鐵的量為廢水中總磷質量的30倍。

2.5 不同種類的絮凝劑對處理后廢水中總磷的影響

幾種不同種類的絮凝劑對廢水中總磷的去除沒有本質的影響，這是因為影響廢水中總磷濃度的主要因素是芬頓氧化過程的pH值，不同的絮凝劑只是為了在同等實驗條件下找到最好的絮凝效果和最適宜的廢水處理成本。

2.6 不同種類的中和劑對處理后廢水中總磷的影響

用氫氧化鈣調節pH值時，的確和我們預想的一樣，通過一次芬頓氧化后，總磷濃度更低，最低時降到了0.2mg/L。

然而在工業化處理廢水過程中，用氫氧化鈣來中和廢水時pH值較難控制，會給此過程帶來很多的不便，而采用氫氧化鈉調節pH值更易于實現工業化。

3 產業化實驗

含總磷濃度（8.0mg/L～8.5mg/L）較高的稀土萃取分離廢水總流量為100m3/h～120m3/h，加入硫酸亞鐵和雙氧水來進行一次芬頓氧化反應30min～40 min，其中硫酸亞鐵的加入量為廢水中總磷質量的20倍～30倍，雙氧水的體積比和硫酸亞鐵的質量比為1∶1～1∶1.5，按其廢水流量計算，硫酸亞鐵的用量為25kg/h～30kg/h，雙氧水的體積為16L/h～30L/h，芬頓氧化的pH值為2.5～3.0，絮凝的pH值為4.5～5.0，加入絮凝劑的量為3ppm～6ppm，按其廢水流量計算，絮凝劑加入量為400L/h（0.1%），每隔兩小時取樣測一次廢水中的總磷濃度。

4 結論

按照以上確定的最優工藝條件，在甘肅稀土新材料股份有限公司廢水處理生產線上進行了產業化驗證，最終總磷的濃度可以降到0.5mg/L～0.8 mg/L，效果良好，保證了稀土萃取分離廢水穩定達標排放。