电絮凝工艺在生活污水除磷中的应用

吕庆龙

（厦门绿动力环境治理工程有限公司，福建 厦门 361009）

目前小型生活污水站除磷常以化学除磷为主。化学除磷工艺需要投加药剂、处理污泥，对操作管理要求较高，而小型污水处理站的操作、管理水平有限，尤其是农村生活污水处理站，常常无专职运营人员或一个专职人员需要同时运营几个污水处理站点。因此，小型生化污水处理站易出现加药不及时、加药量不足造成出水总磷超标，加药量过大造成出水pH 值过低，排泥压泥不及时造成出水悬浮物过高等情况。

电絮凝技术是一种环境友好的新技术，该技术在外加电场作用下，可利用可溶性阳极产生的大量阳离子的絮凝作用将废水中的污染物去除[1]。采用电絮凝工艺处理含磷废水已经有了一些研究和应用实例。例如，杨洪新等人采用电絮凝工艺处理模拟含磷废水，当废水初始pH 值为7、电导率为150μs/cm、反应时间为30min、极板间距为1cm、电流密度为2.54mA/cm2时，磷的去除效果达到最佳，去除率可以达到90%[2]；冯爽等人采用电絮凝工艺处理含磷废水，电极间距为1.5—2.0cm，电解6min 后对磷的去除率即可达70%左右，电解10min 后对磷的去除率可达90%以上[3]。

近年来，电絮凝技术因其具有运行成本低、处理效果稳定、占地面积小、易于操作管理等优点，成为水处理的热门工艺。而电絮凝除磷作为小型生活污水的除磷工艺，因操作管理简单、抗冲击负荷强、出水水质稳定，可解决小型污水处理因操作管理水平低而造成出水水质不稳定的问题。本实验以厦门翔安区某农村生活污水为原水进行电絮凝除磷实验，通过实验确定电絮凝工艺用于生活污水除磷的可行性及反应时间、板电流密度、极板间距等的最佳值，为后续电絮凝工艺用于生活污水除磷提供参考。

1 电絮凝除磷实验

1.1 试剂与仪器

试剂：硫酸、氢氧化钠、磷酸二氢钾、过硫酸钾，抗坏血酸、酒石酸锑钾、钼酸铵、聚丙烯酰胺等，试剂均为分析纯。

仪器：721 型紫外可见分光光度计、PHSJ-3F 型pH 计、MS-305D 型直流稳压电源。

1.2 电絮凝除磷工艺原理

电絮凝除磷工艺的常用铁为极板，通过施加外部电场，在反应器内产生一系列的氧化还原反应以达到除磷目的。当以铁作为电极时，反应原理如下：

1.3 实验装置

电絮凝除磷实验装置由电解槽（1000mL 烧杯）、电极板（150mm×60mm×2mm 的铁板）、直流稳压电源、磁力搅拌装置组成。示意见图1。

图1 示意图

1.4 实验方法

以厦门翔安某农村生活污水处理站未投加除磷剂的好氧池水为原水，pH 值为6.88，总磷浓度为6.80mg/L。按照不同的实验条件进行电絮凝除磷实验，反应后废水投加聚丙烯酰胺（PAM）进行絮凝沉淀，取上清液按《水质总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—89）测定总磷质量浓度，计算总磷去除率。

2 实验过程与数据分析

2.1 反应时间对电絮凝除磷效果的影响

向电解槽中加入500mL 的原水，在极板间距为1.0cm、pH 值为6.88、电流为0.15A（电流密度4.17mA/cm2）的条件下，反应时间由5min 延长至40min 的总磷去除率变化情况见图2。

图2 电絮凝除磷反应时间与去除率的关系图

由图2 可知，在电流密度相同、极板间距相同、pH 值不变的情况下，反应时间由5min 延长至40min，总磷的去除率由55.00%上升至95.54%。当反应时间在20min 以内时，磷的去除率随时间延长而增加明显；当反应时间在20min 时，磷的去除率达到90.44%，剩余磷浓度为0.65mg/L，已经满足1.0mg/L的排放限值；当反应时间为20—40min 时，磷的去除率随时间延长而缓慢增加，而且随极板电解时间延长，产生的泥量也明显增加，单位除磷量能耗增加。因此，电絮凝除磷最佳反应时间为20min。

2.2 电流密度对电絮凝除磷效果的影响

向电解槽中加入500mL 的原水，在极板间距为1.0cm、反应时间为20min、pH 值为6.88 的条件下，电源恒流运行由0.06A 调至0.20A，电絮凝除磷极板电流密度与去除率的关系见图3。

图3 电絮凝除磷极板电流密度与去除率的关系图

由图3 可知，在反应时间相同、极板间距相同、pH 值不变的情况下，电源电流由0.06A 调至0.20A，电流密度由1.67mA/cm2升高至5.56mA/cm2，总磷的去除率由47.94%上升至94.78%左右。总体来说，在其他条件相同的情况下，总磷的去除率随电流密度的增加而增加，因为电流密度越大，单位时间电解的Fe2+越多，除磷效果越好，但电流密度过大时，极板易钝化，不利于电絮凝的进一步反应，再增加电流密度对总磷的去除效果影响不大，而单位去除磷量的能耗将加大。因此，最佳电流密度为3.33mA/cm2，此时总磷去除率为90.12%。

2.3 极板间距对电絮凝除磷效果的影响

向电解槽中加入500mL 的原水，在反应时间为20min、pH 值为6.88、电流为0.12A（电流密度3.33mA/cm2）的条件下，将极板间距由1.0cm 调至3.0cm 对总磷去除率的影响见图4。

图4 电絮凝除磷极板间距与去除率的关系图

由图4 可知，在原水pH 值相同、电流密度相同、反应时间为20min 的情况下，极板间距由1.0cm 升至3.0cm 时，总磷的去除率由90.44%降至72.79%。这主要是因为极板间距的增加会导致极板间电阻增加，电子转移速率降低，Fe2+与PO43-反应速率变慢，因而除磷效果不佳。因此，确定电絮凝除磷的最佳极板间距为1cm。

3 结语

通过以上实验数据分析可知，针对该农村生活污水的电絮凝除磷实验，出水总磷完全可达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB35/1869—2019）中的一级排放标准（≤1.0mg/L），磷去除率为90%以上，确定的最佳反应时间为20min、最佳电流密度为3.33mA/cm2、最佳极板间距为1cm。应用该技术的某工程采用一体化PP 槽体作为电化学反应槽，反应时间按20min 设计，尺寸为1.0m×2.0m×1.5m，有效容积为2.5m3；设计采用铁极板，间距为1cm，极板尺寸为730mm×1180mm×3mm，选用40V/100A直流电源。工程安装调试后，实际运行电流为60A，电压为15—20V，出水总磷浓度稳定小于1.0mg/L，满足排放标准要求。