有机废水中提取磷酸盐纯化技术研究

郝晓翠，王 亮，张文燕，路绍琰，王俐聪，黄西平

(自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

1 前言

近年来，水体富营养化现象越来越受到人们的重视，而引起水体富营养化的重要物质为氮和磷。为保护生态环境，合理利用不可再生的磷资源是所面临的一项迫切任务，研究废水除磷的方法意义重大。因此，对其进行有效的资源化利用具有重要的现实意义。

目前，高含盐废水的利用技术有热浓缩技术[1]、膜分离技术[2]、膜蒸馏技术[3]、直接脱盐的电吸附技术[4]等，这些技术对高含盐废水的治理取得了一定成效，但是投资及运行成本较高，能耗较大。

文章采用新型资源化控制结晶技术低成本提取了有机废水中的磷酸盐。将废水中的磷提取为工业上有着广泛用途的磷酸氢二钠，即提高了产品的附加值又减少了磷排放而引起的环境污染。磷酸盐的回收率(以磷计算)达到90%以上。但是制备的产品中会夹带有机物，文章研究了纯化方式对磷酸盐产品COD的影响。

2 实验部分

将上述提取的磷酸盐置于烧杯中，同时加入水进行洗涤，开启搅拌，搅拌一定时间后进行分离。经过纯化后，得到的产品符合相关标准。

3 结果与讨论

3.1 洗涤水用量对产品COD的影响

采用上述控制结晶技术得到的磷酸盐会夹带少量的有机物，因此需要对产品进行纯化。纯化方式采用自来水洗涤。在洗涤水温度、搅拌速度、搅拌时间一定时，研究洗涤水用量与被洗涤产品关系曲线，如图1所示，横坐标代表用水量与被洗涤产品的量的倍数关系，纵坐标代表洗涤后产品的COD。从图1可以看出，随着洗涤水用量的增加，产品的COD降低。当洗涤水用量是产品量的2倍时，产品中的COD约为0.003 1%，再增加洗涤水的用量COD基本不变。

图1 洗涤水倍数与产品COD的关系曲线Fig.1 Relation curve between washing water multiple and product COD

3.2 洗涤水温度对产品COD的影响

在洗涤水用量、搅拌速度、搅拌时间一定时，研究洗涤水温度对产品COD的影响。从图2可以看出，在研究温度范围内，当洗涤水温度在零下时，产品的COD去除率较低，为0.028%。随着洗涤水温度的升高，产品的COD逐渐降低，由0 ℃时的0.003 8%降至10 ℃时的0.002 1%，降低幅度减小。这是由于温度较低时，有机物溶解度较小，杂质吸附在产品上，随着温度的升高，有机物的溶解度增加，溶解在洗涤母液中，因此产品的COD降低。

3.3 搅拌速度对产品COD的影响

图3为搅拌速度与产品COD的关系曲线。从图3中可以看出，在洗涤水用量、洗涤水温度、搅拌时间一定时，产品中的COD随着搅拌速度的增加而增大。当搅拌速度大于300 r/min时，产品的COD增加明显。这是由于搅拌速度增加时产品的晶体粒径变小，比表面积增加，产品变成固液比很大的粘稠状状态，有机物附着在产品上，因此，产品中的COD逐渐增加。

图2 洗涤水温度与产品COD的关系曲线Fig.2 Relation curve between washing water temperature and product COD

图3 搅拌速度与产品COD的关系曲线Fig.3 Relationship between stirring speed and product COD

3.4 搅拌时间对产品COD的影响

图4为搅拌时间与产品COD的关系曲线。从图4中可以看出，当洗涤水用量、洗涤水温度、搅拌速度一定时，在考察的搅拌时间范围内，产品COD随着搅拌时间的增加而减小。搅拌时间由5 min增加到20 min时，产品的COD下降显著，由0.024%下降到0.006 4%，再延长搅拌时间，降低幅度减小，由20 min的0.006 4%下降到50 min的0.002 0%。在研究的范围内，当搅拌时间超过40 min时，产品的COD基本保持不变。这是由于延长时间，增加了有机物从产品上脱附的概率，更多的有机物进入到洗涤液中，因此产品的COD降低。当到达40min时，有机物的溶解和脱附到达一平衡值，因此产品的COD基本不变。

3.5 不同种类的洗涤水对产品COD的影响

上述研究中均采用自来水洗涤和纯化产品。在上述研究的基础上，采用蒸馏水对产品进行洗涤和纯化，当洗涤水温度、搅拌时间、搅拌速度一定时，结果如图5所示。

图4 搅拌时间与产品COD的关系曲线Fig.4 Relationship between stirring time and product COD

图5 洗涤蒸馏水倍数与产品COD的关系曲线Fig.5 Relationship curve between washing distilled water multiple and product COD

从图5可以看出，与自来水相比，产品中的COD变化趋势一致，在洗涤水用量相同的情况下，产品的COD基本一致，从经济性考虑，选择自来水进行洗涤和纯化产品。

4 结论

实验采用资源化利用技术成功提取了废水中的磷酸盐，并对磷酸盐的洗涤和纯化方式进行了系统的研究，结果表明：当洗涤水的用量是被洗涤产品的2倍时产品中的COD较低；洗涤水的温度在0 ℃～10 ℃之间时产品的COD变化较小；搅拌速度对产品的COD影响较大，当搅拌时间超过40 min时对产品的COD影响较小；在所研究的范围内，洗涤水的种类对产品的COD几乎没有影响。结合实际应用，从经济性考虑，产品的最佳洗涤和纯化工艺为：自来水用量为被洗涤产品量的2倍，洗涤水温度为3 ℃～5 ℃，搅拌速度为100 r/min，搅拌时间为40 min。该工艺为高含盐废水的资源化利用开辟了新的途径。