芬顿氧化法降低废水中总磷浓度的影响因素分析

时间：2024-09-03

李虎平，胡志龙，王斌，方中心，李秀燕

（甘肃稀土新材料股份有限公司，甘肃白银 730922）

目前国家对稀土工业生产的排放废水中总磷的浓度要求低于1.0 mg/L，对稀土企业，特别是老稀土企业，是一个严重的挑战。芬顿氧化法因其独特的优势而被很多学者所青睐，如：工艺简单，试剂成本相对较低，易于实现工业化等[1]。因此，本文采用芬顿氧化法，通过条件实验确定了芬顿氧化对废水中总磷去除效率的主要影响因素，得到了最优工艺参数，在条件试验基础上进行了验证，并应用到工业生产。

1 实验部分

1.1 实验试剂

30%双氧水（白银新发地经贸有限公司），硫酸亚铁（90%，甘肃绿科集团股份有限公司），氢氧化钠（30%，甘肃稀土新材料股份有限公司），氢氧化钙（92%，甘肃中陇天玉新材料有限公司），不同分子量的聚丙烯酰胺（95%，甘肃绿科集团股份有限公司），不同分子量的抗酸聚丙烯酰胺（95%，甘肃绿科集团股份有限公司），非离子聚丙烯酰胺（95%，甘肃绿科集团股份有限公司）等。

1.2 实验仪器

总磷浓度测试仪（DR500，上海昕瑞仪器仪表有限公司），pH计（BPH-305，武汉吉尔德科技有限公司），电动搅拌器（DJ1C，苏州威尔实验用品有限公司），烧杯、移液管等玻璃仪器（南京科之都实验器材有限公司）。

1.3 实验方法

取稀土萃取分离废水，测其总磷浓度和pH值，然后在不同的烧杯中分别各取200mL废水，采用不同工艺条件，考察芬顿氧化后废水的pH值、絮凝剂的种类和加入量、芬顿比和芬顿次数、硫酸亚铁加入量、双氧水加入量、中和剂的种类等不同影响因素对总磷去除效果的影响，最终确定利用芬顿氧化法去除废水中总磷的最优工艺。

2 结果与讨论

2.1 pH值对处理后废水中总磷的影响

随着絮凝pH值的增加，废水中的总磷浓度先减小后增大，这是因为在不同pH反应条件下，芬顿氧化过程中生成的羟基自由基的量不同，并且当pH升高至中性和碱性时，通过芬顿氧化去除的一部分磷又会溶解。因此按上述实验工艺流程处理后废水的pH值为4.5时除磷效果最好。

2.2 PAM加入量对处理后废水中总磷的影响

当达到4ppm左右时，效果明显，之后基本不再变化，因此絮凝剂的加入量对总磷浓度有影响，但不是最主要的影响因素。

2.3 硫酸亚铁和双氧水的加入比例对处理后废水中总磷的影响

实验发现只要pH保持恒定并且产生足够量的羟基自由基，废水中的总磷浓度均可小于1.0mg/L。然而过量的双氧水不仅使废水处理成本升高，还会导致排放废水中的COD严重超标，因此二者的质量比例最终定为1：1。

2.4 硫酸亚铁加入量对处理后废水中总磷的影响

当硫酸亚铁的加入量小于废水中总磷浓度的20倍时，废水中总磷浓度均大于1.0mg/L，达不到废水排放总磷浓度标准，但是当硫酸亚铁的加入量大于废水中总磷浓度的20倍时，废水中总磷浓度均小于1.0mg/L。通过以上数据分析，最终确定加入硫酸亚铁的量为废水中总磷质量的30倍。

2.5 不同种类的絮凝剂对处理后废水中总磷的影响

几种不同种类的絮凝剂对废水中总磷的去除没有本质的影响，这是因为影响废水中总磷浓度的主要因素是芬顿氧化过程的pH值，不同的絮凝剂只是为了在同等实验条件下找到最好的絮凝效果和最适宜的废水处理成本。

2.6 不同种类的中和剂对处理后废水中总磷的影响

用氢氧化钙调节pH值时，的确和我们预想的一样，通过一次芬顿氧化后，总磷浓度更低，最低时降到了0.2mg/L。

然而在工业化处理废水过程中，用氢氧化钙来中和废水时pH值较难控制，会给此过程带来很多的不便，而采用氢氧化钠调节pH值更易于实现工业化。

3 产业化实验

含总磷浓度（8.0mg/L～8.5mg/L）较高的稀土萃取分离废水总流量为100m3/h～120m3/h，加入硫酸亚铁和双氧水来进行一次芬顿氧化反应30min～40 min，其中硫酸亚铁的加入量为废水中总磷质量的20倍～30倍，双氧水的体积比和硫酸亚铁的质量比为1∶1～1∶1.5，按其废水流量计算，硫酸亚铁的用量为25kg/h～30kg/h，双氧水的体积为16L/h～30L/h，芬顿氧化的pH值为2.5～3.0，絮凝的pH值为4.5～5.0，加入絮凝剂的量为3ppm～6ppm，按其废水流量计算，絮凝剂加入量为400L/h（0.1%），每隔两小时取样测一次废水中的总磷浓度。