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如何用贝壳制备污水除磷剂

    发布时间:2016年8月25日     点击数:2313   【

随着社会发展,工业迅猛发展,人民生活水平日益提高。工业生活污水的排放量逐年增加,我国水质问题愈加严峻。以渤海湾为例,1997~2010年,渤海的富营养化状况逐渐恶化,总面积由110km2增至14080km2。辽东湾的富营养化程度和面积均呈加重趋势,至2010年已有大面积区域处于重度富营养化状态;位于渤海湾底部的天津近岸海域自2000年以来始终处于重度富营养化状态;大连近岸海域2010年出现了较严重的富营养化现象,尤其是复州湾和普兰店湾呈现较大面积的重度富营养化区域。污水处理不善引起的水环境问题引起环境工作者的重视。就污水除磷而言,根据工作机理不同,对磷的去除主要有三种方法:分别是化学除磷、生物除磷、物理除磷。曝气生物滤池具有同步去除悬浮物、有机物和脱氮除磷的功能,节省了后续沉淀池,具有容积负荷、水力负荷大,水力停留时间短,所需基建投资少,出水水质好,运行能耗低,运行费用少等优点被广泛应用。而填料的选择也很为重要,传统的填料有陶粒、褐煤、砂、沸石、炉渣等。近年来贝类养殖业较为成熟发达,年产量巨大。有研究显示牡蛎壳柱对磷具有很好的去除效果,HRT为12h时磷去除率达到了70%~80%。为了更好的发挥贝壳除磷的效果,控制好反应条件是非常有必要的。本研究的主要目的是贝壳除磷的较适pH值。

1实验原理

本试验以贝壳粉作为污水除磷剂采用化学除磷方法去除污水中的磷。贝壳含有大量碳酸钙,研磨成粉状颗粒后在酸性条件下更容易参与反应。CaCO3在酸性条件下会溶解释放出Ca2+并与污水中的PO43-结合形成磷酸钙沉淀,同时PH值回升。

与此同时,PO43-和被酸溶出的Fe2+和Fe3+进行化学反应,此时Fe2+被氧化为Fe3+,产生不容沉淀。反应过程中pH值是逐渐降低的。因而要适当控制PH值提高反应效率。不仅如此,副反应生成的Fe(OH)3具有絮凝作用,在沉淀的过程中能够吸附不易沉淀的含磷的悬浮物,助于总磷的去除。

通过原理分析不难得知,贝壳除磷主要依靠沉淀和吸附两种作用。一方面,聚磷酸盐通过水解反应生成正磷酸盐,其中的磷酸根与Ca2+、Fe2+和Fe3+反应生成非溶解性的沉淀;另一方面,生成的沉淀由于呈絮状,又能吸附聚磷酸盐而去除一部分磷。这样再通过固液分离,就得到了净化的污水和化学污泥。

2实验装置与方法

实验装置:100ml烧杯4个、玻璃棒、pH试纸、移液管、消解仪、比色皿、TP测定装置。

实验药品:自制贝壳除磷剂(含CaCO350g/L)、氢氧化钠溶液、过硫酸钾溶液、含磷废水(TP浓度为3-8mg/L)。

实验方法:用大烧杯量取500ml含磷废水,测pH值,记录。向废水中加入20ml配置好的经稀释的贝壳除磷剂,搅拌后放置30min。取含磷废水30ml于50ml烧杯标为原水样,测定pH并记录。取3个50ml烧杯,将其编号,取上述水样溶液30ml于1号烧杯中,往水样中滴加NaOH溶液调节pH值,使pH分别为9;10min后再取30ml水样于2号烧杯中,按上述步骤调节pH为10;10min后再取样一次调节pH为11。从3个烧杯中取一定量溶液分别加入三个已编号的试管中,各加入一定量的过硫酸钾溶液。连同原水样放进消解仪中消解30min。取出试管冷却2min,分别加入P1、P2试剂,较后用TP测定装置测定各烧杯中水样的总磷含量,并记录数据。根据上个实验确定污水除磷的较适pH。量取500ml含磷废水平均分配到4个烧杯中,分别调节至较适pH。分别加入5ml、10ml、15ml、20ml稀释后的贝壳除磷剂。用玻璃棒搅拌混匀后静置3h,按3.1方法测定总磷含量。

3实验结果与讨论

3.1pH值对贝壳除磷的影响实验数据。第一次实验中pH对实验结果的影响实验数据见表1。误差分析:本次实验中我们加入的贝壳污水除磷剂为5ml,由于污水除磷剂投入的不足,同时加入贝壳污水除磷剂后等待其与废水中磷反应的时间太短,这使反应后测得总磷的含量仍旧很高,没有达到预期的除磷效果。进而我们再次做了第二次实验。第二次实验中pH对实验结果的影响实验数据见表2。误差分析:第二次实验中我们吸取上一次实验的经验教训加大了污水除磷剂的浓度以及投入量,由原来的5ml增至20ml,并延长了除磷剂与污水的反应时间。但是从实验数据来看,我们的数据相比加入40ml除磷剂的实验小组,总磷的含量相对要高,仍没有达到理想的除磷效果。虽然如此,从本次实验中我们还是可以看到在pH为11时,污水除磷剂的效果更好。结果分析:在污水除磷剂加入含量的实验中首先将pH值调节至11,但是在反应过程中pH减小,待取样测定时pH为9左右。所以可认定实验在pH为9的条件下发生反应时导致除污效果减弱。应该改进在反应期间每隔一定时间测定一次溶液的pH并及时调节。根据加入污水除磷剂量多少的表格来看,污水除磷剂加入量在20ml时除磷效果较好。除磷处理后的水中TP浓度<0.5mg/L时说明除磷效果很好,但由于误差分析中以及实验讨论中的原因导致没有达到预想的效果。

3.2贝壳投量对污水除磷效果的影响。加入污水除磷剂投量对实验结果的影响实验数据见表3。结果分析:从实验数据可以看出同种浓度下污水除磷试剂的投量越大,总磷含量越低,除磷效果越好。

通过两次实验我们可以得到在一定浓度下并反应充分,当pH值为11时,总磷含量较低,贝壳制备的污水除磷剂的除磷效果较好。在pH值以及反应时长均一定时,贝壳污水除磷剂的投入量越大污水总磷的含量越低,污水除磷的效果越好。不仅如此,通过几次不理想的实验数据中我们可以得出,实验反应的过程中一定要注意实验设计的合理性以及实验细节。比如时刻注意反应过程中的pH变化,以及对反应时间的控制。

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