鐵屑粉煤灰組合處理含磷廢水
摘要實驗(yan)研究了鐵(tie)屑粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)組合處理含磷(lin)(lin)廢水的(de)(de)除(chu)磷(lin)(lin)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。通過單因素實驗(yan)，考查了鐵(tie)屑粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)、反(fan)應時(shi)(shi)間、pH 值和投加量(liang)(liang)對除(chu)磷(lin)(lin)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)的(de)(de)影響(xiang)。實驗(yan)結(jie)(jie)果(guo)(guo)表明，該法(fa)除(chu)磷(lin)(lin)的(de)(de)最優條(tiao)件為(wei)鐵(tie)屑和粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)為(wei)2∶ 1，反(fan)應時(shi)(shi)間為(wei)20 min，pH 值為(wei)6，投加量(liang)(liang)為(wei)20 g /L。在(zai)最優實驗(yan)條(tiao)件下磷(lin)(lin)的(de)(de)去除(chu)率達到了97． 5%。對比(bi)了該法(fa)和粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)吸附法(fa)與傳統鐵(tie)屑法(fa)的(de)(de)除(chu)磷(lin)(lin)效(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。與單一粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)吸附法(fa)和傳統鐵(tie)屑法(fa)除(chu)磷(lin)(lin)的(de)(de)結(jie)(jie)果(guo)(guo)相比(bi)較，鐵(tie)屑粉(fen)(fen)煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)(hui)組合除(chu)磷(lin)(lin)的(de)(de)方法(fa)具(ju)有明顯優勢。
隨著我國(guo)人口數量的(de)(de)(de)(de)(de)不斷增長和工農業的(de)(de)(de)(de)(de)快速發展，環(huan)(huan)境污(wu)染日益(yi)嚴重，水(shui)質環(huan)(huan)境也愈加惡化(hua)。大量含磷(lin)(lin)生(sheng)(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)、工業廢(fei)水(shui)排入江河湖海(hai)中，會(hui)引起(qi)水(shui)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)富營養(yang)化(hua)。過量的(de)(de)(de)(de)(de)磷(lin)(lin)還會(hui)嚴重危害海(hai)洋環(huan)(huan)境，引起(qi)赤潮［1］。雖然氮(dan)磷(lin)(lin)都是(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)重要營養(yang)元素，但藻(zao)類等水(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)對磷(lin)(lin)更為(wei)敏感，而(er)且當水(shui)體(ti)中磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)濃度達到(dao)0． 02 mg /L 以上時，對水(shui)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)富營養(yang)化(hua)就起(qi)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)促(cu)進作(zuo)用［2］。因此，研究廢(fei)水(shui)除(chu)磷(lin)(lin)，探索(suo)適(shi)合(he)我國(guo)國(guo)情且經(jing)濟(ji)有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)除(chu)磷(lin)(lin)工藝和方法，已成(cheng)為(wei)亟待(dai)解決的(de)(de)(de)(de)(de)問題。
目(mu)前，國(guo)內外常用的廢水(shui)除磷方(fang)法(fa)主要有化學法(fa)、生物(wu)法(fa)和吸附與(yu)離子交換(huan)法(fa)等。化學法(fa)除磷處理系統(tong)操作簡單，抗沖擊性強，但產泥量(liang)較大(da)且(qie)難于處理，容易(yi)對(dui)環境造成二次污染，并(bing)且(qie)由于處理過(guo)程中化學絮凝劑(ji)的使用，會(hui)使處理成本增加［3］。生物(wu)法(fa)除磷工藝運行操作復雜，穩(wen)定性較差，受環境因素影響較大(da)，且(qie)磷含量(liang)超(chao)過(guo)10 mg /L 時，出水(shui)就很(hen)難達標排(pai)放。
微(wei)電(dian)解法，具(ju)有(you)運行費(fei)用(yong)(yong)(yong)低(di)、工藝簡(jian)單(dan)，效果明顯的(de)(de)(de)(de)優點，還可(ke)(ke)以達(da)到以廢(fei)(fei)(fei)治廢(fei)(fei)(fei)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)，作為一(yi)(yi)種(zhong)處理廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)新技術成(cheng)(cheng)為近(jin)年來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)熱點［4］。該(gai)法針對含(han)磷(lin)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)還很少，本(ben)研(yan)究(jiu)在傳統(tong)微(wei)電(dian)解法的(de)(de)(de)(de)基礎上進(jin)(jin)行改進(jin)(jin)。由于粉煤灰中含(han)有(you)未燃盡的(de)(de)(de)(de)碳，可(ke)(ke)與鐵(tie)屑(xie)之間形成(cheng)(cheng)較傳統(tong)鐵(tie)屑(xie)法更多的(de)(de)(de)(de)原(yuan)電(dian)池，雙重原(yuan)電(dian)池的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)會(hui)增強(qiang)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)除磷(lin)能力，同(tong)時粉煤灰本(ben)身也有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)除磷(lin)作用(yong)(yong)(yong)，將(jiang)這兩(liang)(liang)種(zhong)工業廢(fei)(fei)(fei)料組合起(qi)來(lai)(lai)使用(yong)(yong)(yong)比(bi)單(dan)獨使用(yong)(yong)(yong)除磷(lin)效果更佳，且這兩(liang)(liang)種(zhong)廢(fei)(fei)(fei)棄物(wu)價(jia)格低(di)廉來(lai)(lai)源豐富，達(da)到了以廢(fei)(fei)(fei)治廢(fei)(fei)(fei)，變廢(fei)(fei)(fei)為寶的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。將(jiang)粉煤灰和鐵(tie)屑(xie)兩(liang)(liang)種(zhong)工業廢(fei)(fei)(fei)料組合起(qi)來(lai)(lai)，進(jin)(jin)行含(han)磷(lin)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)處理，通過實驗確定各(ge)影響因素的(de)(de)(de)(de)最(zui)適宜條件，為進(jin)(jin)一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)推廣(guang)應用(yong)(yong)(yong)提供科學依據(ju)。
1 機理探討
1． 1 電化學作用
當鐵(tie)屑和粉(fen)煤灰(hui)浸(jin)沒在廢水(shui)中時(shi)，會發生內部(bu)和外(wai)(wai)部(bu)兩方面的(de)(de)微電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)反應(ying)。首先(xian)鐵(tie)屑本身就(jiu)是鐵(tie)碳(tan)合金，在電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)質溶液中由于鐵(tie)和碳(tan)電(dian)(dian)(dian)(dian)勢(shi)有明顯差異，鐵(tie)屑內部(bu)會形(xing)成許多微小的(de)(de)原電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。另外(wai)(wai)，粉(fen)煤灰(hui)中含有未(wei)燃盡的(de)(de)碳(tan)，也會與周圍的(de)(de)鐵(tie)屑形(xing)成數目眾多的(de)(de)原電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。這種(zhong)雙重的(de)(de)原電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)形(xing)成，加(jia)速了鐵(tie)屑的(de)(de)腐(fu)蝕，加(jia)強了微電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)反應(ying)的(de)(de)進行。發生的(de)(de)原電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)反應(ying)如(ru)下：
陽極（ Fe） ：Fe － 2e = Fe2 +
陰極（ C） ：在(zai)酸性條件下：
2H + + 2e = H2↑
在中性(xing)和堿(jian)性(xing)條件下(xia)：
O2 + 2H2O + 4e = 4OH －
鐵(tie)離(li)子(zi)與污水中的磷(lin)酸根離(li)子(zi)在適(shi)宜條件(jian)下會形(xing)成鐵(tie)鹽(yan)沉(chen)淀，從(cong)而(er)去除廢水中的磷(lin)素。
1． 2 混凝作用
由電化學(xue)作(zuo)(zuo)用生成(cheng)的(de)(de)(de)Fe2 + 和(he)Fe3 + ，在適宜的(de)(de)(de)pH 值時會(hui)形(xing)成(cheng)絮凝(ning)性(xing)很(hen)強的(de)(de)(de)Fe （ OH）2和(he)Fe（ OH）3。生成(cheng)的(de)(de)(de)這(zhe)些絮凝(ning)性(xing)物(wu)質具有(you)(you)很(hen)強的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)-絮凝(ning)活性(xing)，它們比(bi)二價(jia)和(he)三(san)價(jia)鐵(tie)鹽水(shui)(shui)(shui)解所得的(de)(de)(de)Fe（ OH）2和(he)Fe（ OH）3具有(you)(you)更強的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)絮凝(ning)性(xing)，能更高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)將廢水(shui)(shui)(shui)中含磷(lin)物(wu)質絮凝(ning)沉(chen)降下去，從而(er)達到廢水(shui)(shui)(shui)除磷(lin)目的(de)(de)(de)［5，6］。另外，粉(fen)煤灰(hui)本身為堿(jian)性(xing)有(you)(you)利于氫氧(yang)化鐵(tie)膠體的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，所含的(de)(de)(de)硅酸鹽膠粒又(you)可起(qi)助凝(ning)劑作(zuo)(zuo)用，也會(hui)加強整個混(hun)凝(ning)作(zuo)(zuo)用除磷(lin)的(de)(de)(de)效(xiao)果［7］。
1． 3 吸附作用
粉煤灰(hui)由(you)于其(qi)粒徑(jing)較小，具有(you)多(duo)孔結構，有(you)較大的(de)(de)比表面積，表面價鍵的(de)(de)不飽(bao)和性及存在大量的(de)(de)含(han)氧基團（ 如羥(qian)基、羰基等） ，固有(you)較強的(de)(de)吸(xi)附能力(li)，這也是鐵屑粉煤灰(hui)除磷(lin)的(de)(de)機理之一［7］。不僅(jin)粉煤灰(hui)具有(you)吸(xi)附作用，鐵屑被腐(fu)蝕后也會具有(you)多(duo)孔性結構，從而吸(xi)附水中的(de)(de)含(han)磷(lin)物質。
2 材料與方法
2． 1 實驗材料
（ 1） 模擬(ni)廢水：含(han)磷(lin)廢水采用磷(lin)酸二氫鉀配(pei)制，濃度為5 mg /L。
（ 2） 粉(fen)煤(mei)(mei)灰(hui)：粉(fen)煤(mei)(mei)灰(hui)是現代燃煤(mei)(mei)電廠的(de)(de)副產品。粉(fen)煤(mei)(mei)灰(hui)的(de)(de)主要化學成分是SiO2，Al2O3，還含有一(yi)定量的(de)(de)CaO，Fe2O3等(deng)，這些活性(xing)點位能(neng)與吸(xi)附質(zhi)通過化學鍵結合，同時粉(fen)煤(mei)(mei)灰(hui)的(de)(de)結構多孔，比(bi)表面積較(jiao)大(da)，因而具有一(yi)定的(de)(de)吸(xi)附性(xing)能(neng)。
（ 3） 鐵(tie)(tie)屑(xie)：鐵(tie)(tie)屑(xie)是車(che)間內(nei)生(sheng)(sheng)產過程(cheng)中的(de)廢(fei)棄物(wu)。鐵(tie)(tie)屑(xie)為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)－ 碳(tan)合金，即由純(chun)鐵(tie)(tie)和Fe3C 及一些雜質(zhi)組(zu)成，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中的(de)碳(tan)化鐵(tie)(tie)為(wei)(wei)極(ji)小(xiao)的(de)顆粒，分散在鐵(tie)(tie)內(nei)。當鑄(zhu)鐵(tie)(tie)浸沒在廢(fei)水溶(rong)液(ye)中時，就構成了成千(qian)上萬個細小(xiao)的(de)微(wei)電池回路，純(chun)鐵(tie)(tie)為(wei)(wei)陽極(ji)，碳(tan)化鐵(tie)(tie)及雜質(zhi)為(wei)(wei)陰(yin)極(ji)，從而發生(sheng)(sheng)內(nei)部電解(jie)反應(ying)(ying)。電極(ji)反應(ying)(ying)生(sheng)(sheng)成的(de)產物(wu)能與溶(rong)液(ye)中的(de)許多(duo)物(wu)質(zhi)發生(sheng)(sheng)反應(ying)(ying)，達(da)到去除污水中污染物(wu)的(de)目的(de)［8］。
2． 2 實驗方法
取模擬廢(fei)水(shui)50 mL 于200 mL 三角燒(shao)瓶中，加(jia)入一定(ding)量的粉(fen)煤(mei)灰(hui)與鐵屑(xie)混(hun)合物(wu)，在水(shui)平恒溫振蕩器上進(jin)行一定(ding)時間的處(chu)理，離心過濾(lv)后測定(ding)上清液的剩(sheng)余磷濃度。總磷的測定(ding)采用鉬酸銨分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法測定(ding)。
3 結果與討論
3． 1 鐵屑粉煤灰質量比對磷去除率的影響
為(wei)了考查鐵屑與粉煤灰(hui)的混(hun)合比對磷(lin)去(qu)除(chu)率的影響(xiang)，在室溫條件(jian)下(xia)進行實(shi)驗。以(yi)初(chu)始濃度為(wei)5mg /L 的模(mo)擬(ni)磷(lin)廢水(shui)為(wei)研究對象(xiang)，取50 mL 模(mo)擬(ni)廢水(shui)在水(shui)平恒(heng)溫振(zhen)蕩(dang)箱中反應(ying)20 min，水(shui)平恒(heng)溫振(zhen)蕩(dang)箱轉速為(wei)150 r /min，其中鐵屑粉煤灰(hui)投(tou)加量(liang)為(wei)20 g /L。測定不同鐵屑粉煤灰(hui)質量(liang)比條件(jian)下(xia)模(mo)擬(ni)廢水(shui)中剩余總磷(lin)濃度。鐵屑粉煤灰(hui)混(hun)合比例對磷(lin)去(qu)除(chu)率的影響(xiang)如圖(tu)1 所示。
從圖1 可知，鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)粉煤灰(hui)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)對磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率是有一定(ding)影響的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。當鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)粉煤灰(hui)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)為(wei)1 ∶ 2 ～2∶ 1之間(jian)時(shi)，磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率幾乎是呈線性增加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，可見在(zai)一定(ding)范(fan)圍內增加(jia)(jia)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)可以提(ti)高(gao)(gao)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率。這是由于隨著(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)比(bi)(bi)例的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)，可增加(jia)(jia)體(ti)(ti)系內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)電池數量(liang)(liang)，加(jia)(jia)大(da)鐵(tie)(tie)(tie)離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生成量(liang)(liang)，提(ti)高(gao)(gao)鐵(tie)(tie)(tie)離(li)子(zi)與廢(fei)水中(zhong)(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸幾率，從而提(ti)高(gao)(gao)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率。此(ci)外隨著(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)比(bi)(bi)例的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，絮(xu)凝(ning)膠體(ti)(ti)Fe（ OH）2、Fe（ OH）3的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)也會增加(jia)(jia)，加(jia)(jia)強了對廢(fei)水中(zhong)(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絮(xu)凝(ning)效(xiao)果。在(zai)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)為(wei)2∶ 1 時(shi)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率已(yi)達到(dao)97． 3%，此(ci)后繼續增大(da)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)，當質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)在(zai)4∶ 1 ～ 10∶ 1 之間(jian)時(shi)，磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率總體(ti)(ti)趨于平緩，可見當鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)含量(liang)(liang)過高(gao)(gao)時(shi)，部分(fen)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)并沒有得到(dao)充分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)，造成鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)率下降，并不能進一步提(ti)高(gao)(gao)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率。在(zai)后續實驗中(zhong)(zhong)將鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)(xie)和粉煤灰(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)比(bi)(bi)控(kong)制為(wei)2∶ 1。
3． 2 反應時間對磷去除率的影響
反應(ying)(ying)時間也是一(yi)個重要的影(ying)響(xiang)因素，以初始濃度為5 mg /L 的模擬磷(lin)廢(fei)水(shui)為研究對象，在室溫條件下進行實驗(yan)。取(qu)50 mL 模擬廢(fei)水(shui)在在水(shui)平恒溫振蕩(dang)箱(xiang)中反應(ying)(ying)不同時間，水(shui)平恒溫振蕩(dang)箱(xiang)轉速為150 r /min，其中鐵屑粉煤灰投加量為20 g /L，鐵屑粉煤灰質量比取(qu)2∶ 1。反應(ying)(ying)時間對磷(lin)去除率(lv)的影(ying)響(xiang)如圖2所示。
從圖2 可知，隨著反(fan)(fan)應(ying)時間的(de)(de)(de)(de)(de)延長(chang)(chang)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)呈(cheng)明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)上升趨勢(shi)，在一定(ding)(ding)范圍內反(fan)(fan)應(ying)時間的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)短(duan)決定(ding)(ding)了體(ti)系(xi)內各反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)時間的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)短(duan)。反(fan)(fan)應(ying)時間越(yue)長(chang)(chang)微電解、吸附等(deng)作用(yong)也進行(xing)得越(yue)徹底，磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)也越(yue)高(gao)。反(fan)(fan)應(ying)時間在3 ～ 5 min 之間磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)快速增(zeng)(zeng)長(chang)(chang)，當(dang)反(fan)(fan)應(ying)時間為(wei)5 min 時，磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)已經很(hen)高(gao)，這說明(ming)(ming)用(yong)此方法(fa)去(qu)(qu)(qu)除(chu)磷是(shi)相當(dang)快速的(de)(de)(de)(de)(de)。反(fan)(fan)應(ying)時間在5 ～ 20 min 之間磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)呈(cheng)現緩慢增(zeng)(zeng)長(chang)(chang)，當(dang)反(fan)(fan)應(ying)時間增(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)20 min 時磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)長(chang)(chang)到(dao)97． 3%。此時，粉(fen)煤灰對廢水中磷的(de)(de)(de)(de)(de)吸附作用(yong)達到(dao)了飽(bao)和，同時由于(yu)鐵屑(xie)粉(fen)煤灰體(ti)系(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)已被完全激活，微電解作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)除(chu)磷效果也基(ji)本達到(dao)終點。此后，再延長(chang)(chang)反(fan)(fan)應(ying)時間磷的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)基(ji)本趨于(yu)穩定(ding)(ding)。另外停留時間過長(chang)(chang)，會(hui)使鐵的(de)(de)(de)(de)(de)消耗量(liang)增(zeng)(zeng)加(jia)，并氧(yang)化成(cheng)為(wei)Fe3 + ，造成(cheng)色度的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)以及(ji)后續處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)種(zhong)種(zhong)問(wen)題(ti)［9］。確定(ding)(ding)后續實驗的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)時間為(wei)20 min。
3． 3 pH 值對磷去除率的影響
將模(mo)(mo)擬廢水(shui)加(jia)HCl 溶液和NaOH 溶液，調節不同pH 值，以初始濃(nong)度為5 mg /L 的模(mo)(mo)擬磷(lin)廢水(shui)為研(yan)究對(dui)象(xiang)，取50 mL 模(mo)(mo)擬廢水(shui)在室(shi)溫(wen)(wen)條件下水(shui)平(ping)恒溫(wen)(wen)振蕩(dang)20 min，水(shui)平(ping)恒溫(wen)(wen)振蕩(dang)箱轉速為150 r /min，其中鐵屑粉(fen)煤灰投(tou)加(jia)量(liang)為20 g /L，鐵屑粉(fen)煤灰質量(liang)比取2∶ 1，考察pH 對(dui)磷(lin)去(qu)除(chu)率的影響。pH 值對(dui)磷(lin)去(qu)除(chu)率的影響如圖3 所示。
由圖3 可以看出，pH 值從(cong)9 降到(dao)6，磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)率是顯著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)。pH 值為(wei)(wei)6 時(shi)去(qu)除(chu)(chu)率達(da)到(dao)97． 5%。pH 值從(cong)6 降到(dao)4 時(shi)，磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)率基本保持不變(bian)(bian)。pH 值從(cong)4 再降到(dao)2，磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)率略有(you)(you)升(sheng)高(gao)，但升(sheng)高(gao)幅度(du)不大。酸性(xing)條(tiao)(tiao)件有(you)(you)利于(yu)模擬廢(fei)水中(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)，這是因(yin)為(wei)(wei)酸性(xing)條(tiao)(tiao)件下(xia)，鐵(tie)屑活性(xing)強，容易(yi)提(ti)(ti)供電子，陽極產生(sheng)更多的(de)(de)(de)(de)(de)Fe2 + ，有(you)(you)利于(yu)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)［10］。同時(shi)，pH 值大小(xiao)直接影響粉(fen)煤(mei)灰的(de)(de)(de)(de)(de)表面的(de)(de)(de)(de)(de)、孔(kong)隙(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)結構和(he)化學特(te)性(xing)，在此pH 值條(tiao)(tiao)件下(xia)粉(fen)煤(mei)灰的(de)(de)(de)(de)(de)表面和(he)孔(kong)隙(xi)(xi)結構及化學特(te)性(xing)都有(you)(you)助(zhu)于(yu)廢(fei)水中(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)［11］。由于(yu)pH 值過(guo)(guo)低會(hui)造成(cheng)對處(chu)理設備的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕，增(zeng)加后續處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)本，改(gai)變(bian)(bian)產物的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式，如破壞反應(ying)生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)絮凝體Fe（ OH）2和(he)Fe（ OH）3，而(er)產生(sheng)有(you)(you)色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)Fe2 + 使(shi)處(chu)理效果(guo)(guo)變(bian)(bian)差，溶鐵(tie)量的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大會(hui)影響處(chu)理水的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)度(du)［12］。考慮到(dao)處(chu)理效果(guo)(guo)和(he)處(chu)理成(cheng)本等因(yin)素，同時(shi)實驗過(guo)(guo)程應(ying)盡(jin)量接近中(zhong)性(xing)，鐵(tie)屑粉(fen)煤(mei)灰組合處(chu)理該模擬廢(fei)水的(de)(de)(de)(de)(de)pH 值調(diao)到(dao)6 為(wei)(wei)宜。
3． 4 投加量對磷去除率的影響
以初始(shi)濃(nong)度為5 mg /L 的模擬磷廢(fei)(fei)水(shui)為研究對(dui)象，取(qu)50 mL 模擬廢(fei)(fei)水(shui)在室溫條(tiao)件下水(shui)平(ping)恒(heng)溫振(zhen)蕩20 min，水(shui)平(ping)恒(heng)溫振(zhen)蕩箱轉速為150 r /min，取(qu)不(bu)同的投加(jia)量(liang)，鐵屑粉(fen)煤灰質量(liang)比取(qu)2∶ 1，考(kao)察投加(jia)量(liang)對(dui)磷去除率的影響。投加(jia)量(liang)對(dui)磷去除率的影響如圖4所示(shi)。
由圖4 可(ke)以看出，鐵屑粉(fen)煤灰(hui)(hui)混(hun)合物投(tou)加量(liang)(liang)(liang)從2 g /L 增(zeng)加到(dao)20 g /L，總磷去(qu)除(chu)率呈(cheng)明顯的(de)(de)(de)(de)升高(gao)(gao)(gao)趨勢。投(tou)加量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)(gao)能增(zeng)加反(fan)(fan)應(ying)體系(xi)中鐵碳原(yuan)電池的(de)(de)(de)(de)數量(liang)(liang)(liang)和吸附劑的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)，有助于(yu)(yu)磷去(qu)除(chu)率的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)(gao)。投(tou)加量(liang)(liang)(liang)從20 g /L 提(ti)高(gao)(gao)(gao)到(dao)40 g /L，磷的(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率有略微的(de)(de)(de)(de)下降，這是(shi)因(yin)為鐵屑粉(fen)煤灰(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)投(tou)加量(liang)(liang)(liang)過大陰極(ji)析出過多(duo)的(de)(de)(de)(de)H2，使廢水(shui)pH 升高(gao)(gao)(gao)，不(bu)(bu)利于(yu)(yu)陽極(ji)生(sheng)成(cheng)Fe2 + 的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)進行。當投(tou)加量(liang)(liang)(liang)提(ti)高(gao)(gao)(gao)到(dao)20 g /L 以上，再增(zeng)大投(tou)加量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)會(hui)提(ti)高(gao)(gao)(gao)磷的(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率，反(fan)(fan)而(er)會(hui)使鐵屑粉(fen)煤灰(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)利用率降低。由圖可(ke)知(zhi)，投(tou)加量(liang)(liang)(liang)并不(bu)(bu)是(shi)越(yue)多(duo)越(yue)好，本實驗確(que)定適(shi)宜的(de)(de)(de)(de)投(tou)加量(liang)(liang)(liang)為20 g /L。
3． 5 本法與粉煤灰吸附法和傳統鐵屑法進行比較
在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)粉(fen)煤(mei)灰質量比為2∶ 1，反應時間為20 min，pH 值為6，投(tou)加量為20 g /L 的條(tiao)(tiao)件下，分別測定本法(fa)與用(yong)粉(fen)煤(mei)灰吸(xi)附法(fa)和傳統鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)法(fa)對廢(fei)水(shui)的總磷去除率，結果見表1。從(cong)表1 看出(chu)，本法(fa)處理(li)效果明(ming)顯(xian)高于單獨利(li)用(yong)粉(fen)煤(mei)灰吸(xi)附法(fa)和傳統鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)法(fa)。同時，在(zai)最優實驗(yan)條(tiao)(tiao)件下經鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)粉(fen)煤(mei)灰處理(li)水(shui)樣(yang)的pH 值達到8． 2，這(zhe)是因為陰極(ji)反應生成(cheng)(cheng)大(da)量OH － ，處理(li)后水(shui)樣(yang)為弱堿性(xing)條(tiao)(tiao)件，OH － 與Fe3 +、Fe2 + 形成(cheng)(cheng)Fe（ OH）3、Fe（ OH）2沉淀，大(da)大(da)減(jian)少(shao)了水(shui)溶液(ye)中的鐵(tie)(tie)(tie)離子［13］。所以用(yong)該方法(fa)處理(li)含磷廢(fei)水(shui)不會造成(cheng)(cheng)二次污染(ran)問題。
4結論
（ 1） 用鐵(tie)屑粉煤灰微電解法處理含磷廢水，鐵(tie)屑和粉煤灰的質量比宜(yi)控制為2∶ 1，反應時間為20 min，pH 值調到6 為宜(yi)，最(zui)佳投加量為20 g /L。
（ 2） 由(you)于(yu)該方法(fa)同時兼有電(dian)化(hua)學、混凝和吸附等多種除磷機理，所以相同條件下鐵屑粉(fen)煤(mei)(mei)灰微電(dian)解法(fa)處理效(xiao)果明顯優(you)于(yu)粉(fen)煤(mei)(mei)灰吸附法(fa)和傳(chuan)統鐵屑法(fa)。
（ 3） 實驗(yan)所用原(yuan)料鐵屑和粉煤灰均(jun)為工廠廢(fei)(fei)棄物(wu)，達到了以廢(fei)(fei)治廢(fei)(fei)的目的，且該(gai)法(fa)操作簡單，管理(li)方便，處(chu)理(li)成(cheng)本低，是一種具(ju)有(you)很大推廣(guang)價值的含磷廢(fei)(fei)水處(chu)理(li)方法(fa)。
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