電絮凝工藝在生活污水除磷中的應用

呂慶龍

（廈門綠動力環境治理工程有限公司，福建 廈門 361009）

目前小型生活污水站除磷常以化學除磷為主。化學除磷工藝需要投加藥劑、處理污泥，對操作管理要求較高，而小型污水處理站的操作、管理水平有限，尤其是農村生活污水處理站，常常無專職運營人員或一個專職人員需要同時運營幾個污水處理站點。因此，小型生化污水處理站易出現加藥不及時、加藥量不足造成出水總磷超標，加藥量過大造成出水pH 值過低，排泥壓泥不及時造成出水懸浮物過高等情況。

電絮凝技術是一種環境友好的新技術，該技術在外加電場作用下，可利用可溶性陽極產生的大量陽離子的絮凝作用將廢水中的污染物去除[1]。采用電絮凝工藝處理含磷廢水已經有了一些研究和應用實例。例如，楊洪新等人采用電絮凝工藝處理模擬含磷廢水，當廢水初始pH 值為7、電導率為150μs/cm、反應時間為30min、極板間距為1cm、電流密度為2.54mA/cm2時，磷的去除效果達到最佳，去除率可以達到90%[2]；馮爽等人采用電絮凝工藝處理含磷廢水，電極間距為1.5—2.0cm，電解6min 后對磷的去除率即可達70%左右，電解10min 后對磷的去除率可達90%以上[3]。

近年來，電絮凝技術因其具有運行成本低、處理效果穩定、占地面積小、易于操作管理等優點，成為水處理的熱門工藝。而電絮凝除磷作為小型生活污水的除磷工藝，因操作管理簡單、抗沖擊負荷強、出水水質穩定，可解決小型污水處理因操作管理水平低而造成出水水質不穩定的問題。本實驗以廈門翔安區某農村生活污水為原水進行電絮凝除磷實驗，通過實驗確定電絮凝工藝用于生活污水除磷的可行性及反應時間、板電流密度、極板間距等的最佳值，為后續電絮凝工藝用于生活污水除磷提供參考。

1 電絮凝除磷實驗

1.1 試劑與儀器

試劑：硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、過硫酸鉀，抗壞血酸、酒石酸銻鉀、鉬酸銨、聚丙烯酰胺等，試劑均為分析純。

儀器：721 型紫外可見分光光度計、PHSJ-3F 型pH 計、MS-305D 型直流穩壓電源。

1.2 電絮凝除磷工藝原理

電絮凝除磷工藝的常用鐵為極板，通過施加外部電場，在反應器內產生一系列的氧化還原反應以達到除磷目的。當以鐵作為電極時，反應原理如下：

1.3 實驗裝置

電絮凝除磷實驗裝置由電解槽（1000mL 燒杯）、電極板（150mm×60mm×2mm 的鐵板）、直流穩壓電源、磁力攪拌裝置組成。示意見圖1。

圖1 示意圖

1.4 實驗方法

以廈門翔安某農村生活污水處理站未投加除磷劑的好氧池水為原水，pH 值為6.88，總磷濃度為6.80mg/L。按照不同的實驗條件進行電絮凝除磷實驗，反應后廢水投加聚丙烯酰胺（PAM）進行絮凝沉淀，取上清液按《水質總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—89）測定總磷質量濃度，計算總磷去除率。

2 實驗過程與數據分析

2.1 反應時間對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在極板間距為1.0cm、pH 值為6.88、電流為0.15A（電流密度4.17mA/cm2）的條件下，反應時間由5min 延長至40min 的總磷去除率變化情況見圖2。

圖2 電絮凝除磷反應時間與去除率的關系圖

由圖2 可知，在電流密度相同、極板間距相同、pH 值不變的情況下，反應時間由5min 延長至40min，總磷的去除率由55.00%上升至95.54%。當反應時間在20min 以內時，磷的去除率隨時間延長而增加明顯；當反應時間在20min 時，磷的去除率達到90.44%，剩余磷濃度為0.65mg/L，已經滿足1.0mg/L的排放限值；當反應時間為20—40min 時，磷的去除率隨時間延長而緩慢增加，而且隨極板電解時間延長，產生的泥量也明顯增加，單位除磷量能耗增加。因此，電絮凝除磷最佳反應時間為20min。

2.2 電流密度對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在極板間距為1.0cm、反應時間為20min、pH 值為6.88 的條件下，電源恒流運行由0.06A 調至0.20A，電絮凝除磷極板電流密度與去除率的關系見圖3。

圖3 電絮凝除磷極板電流密度與去除率的關系圖

由圖3 可知，在反應時間相同、極板間距相同、pH 值不變的情況下，電源電流由0.06A 調至0.20A，電流密度由1.67mA/cm2升高至5.56mA/cm2，總磷的去除率由47.94%上升至94.78%左右。總體來說，在其他條件相同的情況下，總磷的去除率隨電流密度的增加而增加，因為電流密度越大，單位時間電解的Fe2+越多，除磷效果越好，但電流密度過大時，極板易鈍化，不利于電絮凝的進一步反應，再增加電流密度對總磷的去除效果影響不大，而單位去除磷量的能耗將加大。因此，最佳電流密度為3.33mA/cm2，此時總磷去除率為90.12%。

2.3 極板間距對電絮凝除磷效果的影響

向電解槽中加入500mL 的原水，在反應時間為20min、pH 值為6.88、電流為0.12A（電流密度3.33mA/cm2）的條件下，將極板間距由1.0cm 調至3.0cm 對總磷去除率的影響見圖4。

圖4 電絮凝除磷極板間距與去除率的關系圖

由圖4 可知，在原水pH 值相同、電流密度相同、反應時間為20min 的情況下，極板間距由1.0cm 升至3.0cm 時，總磷的去除率由90.44%降至72.79%。這主要是因為極板間距的增加會導致極板間電阻增加，電子轉移速率降低，Fe2+與PO43-反應速率變慢，因而除磷效果不佳。因此，確定電絮凝除磷的最佳極板間距為1cm。

3 結語

通過以上實驗數據分析可知，針對該農村生活污水的電絮凝除磷實驗，出水總磷完全可達到《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》（DB35/1869—2019）中的一級排放標準（≤1.0mg/L），磷去除率為90%以上，確定的最佳反應時間為20min、最佳電流密度為3.33mA/cm2、最佳極板間距為1cm。應用該技術的某工程采用一體化PP 槽體作為電化學反應槽，反應時間按20min 設計，尺寸為1.0m×2.0m×1.5m，有效容積為2.5m3；設計采用鐵極板，間距為1cm，極板尺寸為730mm×1180mm×3mm，選用40V/100A直流電源。工程安裝調試后，實際運行電流為60A，電壓為15—20V，出水總磷濃度穩定小于1.0mg/L，滿足排放標準要求。