亞鐵強化去除水中磷酸鹽的作用機制與效能.pdf

1、針對工業(yè)化進程的加速推進，磷酸鹽排放總量增加、排放標準日益嚴格的現(xiàn)狀，尋求“高效低耗”的除磷方法具有重要的科學及現(xiàn)實意義。本論文選取價格低廉的Fe(II)作為除磷藥劑，考察 Fe(II)氧化過程對除磷的影響，探明同步氧化 Fe(II)除磷的優(yōu)勢及作用機制?；谕窖趸?Fe(II)除磷理論，進一步考察 H2O2、DO和NO3-等氧化劑的強化除磷效能，分析各氧化劑的優(yōu)勢及劣勢。針對以 DO和NO3-為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程

2、，分別提出以金屬離子為催化劑和以缺氧活性污泥為誘導因子的磷酸鹽強化去除方法；基于上述方法，分析誘導 Fe(II)強化除磷的作用機制，優(yōu)化控制反應條件，并通過分析反應產(chǎn)物，探明磷酸鹽去除路徑，為 Fe(II)除磷技術的實際應用提供理論支撐和技術借鑒。
　　通過考察 Fe(II)氧化、氧化順序及氧化速率對 Fe(II)除磷效率的影響，探明了Fe(II)氧化過程與 Fe(II)除磷效率之間的相互關系，得出同步氧化 Fe(II)可將磷酸鹽

3、去除率由4.7％提高至44.3%的結(jié)論；結(jié)合除磷反應產(chǎn)物物理及化學性能的差異，以及不同 pH條件下反應產(chǎn)物中磷酸鐵、磷酸亞鐵及三價鐵羥基氧化的比例變化，分析了Fe(II)以游離及結(jié)合態(tài)同步氧化的除磷路徑，并提出Fe(II)以游離及絡合態(tài)新生Fe(III)誘導強化除磷的作用機制。
　　基于同步氧化 Fe(II)的除磷理論，研究了H2O2、DO和NO3-等三類氧化劑對 Fe(II)除磷的影響，基于新生 Fe(III)生成速率的差異，它

4、們對 Fe(II)除磷的促進順序為：H2O2> DO>NO3-。其中，H2O2藥劑成本較高，不便于大規(guī)模應用；而 DO和NO3-對 Fe(II)除磷的促進能力有限，需分別尋求強化 Fe(II)/DO和Fe(II)/NO3-除磷的有效方式。
　　針對以 DO為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程，采用過渡金屬離子為催化劑，通過加速 Fe(II)氧化為新生 Fe(III)，強化磷酸鹽去除。所選金屬離子中Cu(II)催化效果最優(yōu)，當[

5、PO43-]0為50mg/L,[Cu2+]0為10mg/L、Fe(II)/P摩爾比為2.4:1時，磷酸鹽最高去除可達90.6%，共存Cu(II)最高去除達70.6%。反應產(chǎn)物以 FePO4沉淀和Cu3Fe4(PO4)6前驅(qū)物為主，Cu(II)在催化加速生成 Fe(III)強化磷酸鹽去除過程中，自身也通過共沉淀方式得以去除。Cu(II)強化Fe(II)/DO除磷的路徑主要包括：①Fe(II)或 Cu(II)沉淀除磷；②羥基鐵吸附；③Cu(

6、II)催化誘導 Fe(II)沉淀除磷；其中以路徑③為主。Cu(II)催化誘導 Fe(II)沉淀除磷的主要作用機制在于，利用新生絡合態(tài) Fe(III)難水解的優(yōu)勢，并結(jié)合新生游離態(tài)Fe(III)與磷酸根較強絡合能力的特點，大幅提高鐵鹽利用效率。
　　針對以 NO3-為氧化劑的同步氧化 Fe(II)除磷過程，采用缺氧活性污泥為誘導因子，通過加速 Fe(II)氧化及生物絮凝的雙重作用，強化 Fe(II)/NO3-除磷效率。當Fe(II)

7、投加量為5mg/L-25mg/L時，缺氧活性污泥的存在使 SP去除率提高了29%-82%。基于缺氧活性污泥的背景環(huán)境，F(xiàn)e(II)/NO3-和Fe(III)/NO3-體系的動態(tài)對比結(jié)果表明，前者具有更好的氮、磷污染物去除能力，及更優(yōu)的污泥沉降及脫水性能；其主要作用機制在于，缺氧活性污泥誘導產(chǎn)生的新生Fe(III)比外加的Fe(III)水解效率更低，而與磷酸鹽結(jié)合的能力更強，從而避免鐵鹽水解并提高鐵鹽除磷效率。
　　鑒于Fe(II)

8、/NO3-缺氧活性污泥體系的優(yōu)勢，構(gòu)建了缺氧活性污泥-BAF（A-BAF）耦合工藝，并通過優(yōu)化 Fe(II)投加量，控制工藝運行效果。長期動態(tài)運行結(jié)果表明，當Fe/P摩爾比為2.0-2.2:1時，不僅強化體系內(nèi)磷酸鹽去除，使工藝平均出水TP和SP分別低至0.37mg/L和0.31mg/L；還輔助微生物反硝化脫氮，使硝酸鹽去除率由70.6%提高至91.5%；同時還顯著改善缺氧活性污泥沉降性能，使污泥 SVI值由494mL/g降低至47mL