【摘 要】
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随着我国城镇污水处理厂总磷排放标准的日益严格,传统生物工艺较难稳定去除水中总磷并使其达标排放。目前,污水厂常采用投加化学除磷药剂的方法去除二级出水中总磷,但存在难以控制药剂投加量、出水发黄、设备和管道腐蚀等问题。因此,污水厂二级出水磷去除技术仍有待开发。铁电絮凝（Fe-EC）是一种高效率的污水除磷技术,但生活污水水质条件复杂,这会影响Fe-EC产生絮体的形态,而絮体种类对磷酸盐去除效果尚不明确。本
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随着我国城镇污水处理厂总磷排放标准的日益严格,传统生物工艺较难稳定去除水中总磷并使其达标排放。目前,污水厂常采用投加化学除磷药剂的方法去除二级出水中总磷,但存在难以控制药剂投加量、出水发黄、设备和管道腐蚀等问题。因此,污水厂二级出水磷去除技术仍有待开发。铁电絮凝（Fe-EC）是一种高效率的污水除磷技术,但生活污水水质条件复杂,这会影响Fe-EC产生絮体的形态,而絮体种类对磷酸盐去除效果尚不明确。本论文采用实验研究结合理论分析的研究方法,首先研究低溶解氧（DO）和高DO浓度条件下,Fe-EC对污水厂二级生物处理出水中磷酸盐(PO43--P,污水厂总磷主要以PO43--P形态存在)的去除效果,并与铝电絮凝（Al-EC）过程进行比较。结果显示,施加10 m A/cm~2电流,低DO和高DO条件下Fe-EC以及Al-EC对PO43--P（1.3 mg/L）去除率均达到98%±2%,Fe-EC（2分钟内）比Al-EC（5分钟内）速率更快。Fe-EC在实际污水中的除磷速率比配水中更快,最终除磷效率相差不大。但是,Fe-EC除PO43--P过程中产生不同颜色絮体,低DO条件下,生成墨绿色絮体,且配水中所产絮体比实际污水中所产絮体颜色更深;高DO条件下,生成黄色絮体。Fe-EC去除实际污水中PO43--P时不受初始DO浓度影响;但配水中,低DO条件Fe-EC除PO43--P效率更高。探究电流密度和初始p H对EC除PO43--P效果的影响,结果表明:EC除PO43--P效率随电流密度的增大而增大;初始p H值（4、5、6、7和8）虽不影响不同DO下所产Fe絮体的除磷效果,但DO较高时,酸性条件下PO43--P去除效率更高。实际污水复杂的水质条件显著影响了Fe-EC对PO43--P去除的效果与作用机制。进一步对Fe-EC去除PO43--P的机理进行了研究。结果显示:低DO下,Fe-EC去除实际污水中PO43--P时受到复杂水质的影响生成绿锈,去除配水中PO43--P时生成磁铁矿（由绿锈转化而来）;高DO下,Fe-EC过程中均生成无定形三价铁氧化物/氢氧化物。Fe-EC在不同水质条件下产生的不同铁絮体均有效去除污水中的PO43--P,可见,Fe-EC具有显著的除磷优势。通过多种表征手段及制备的铁、铝絮体除PO43--P效果推导出EC除PO43--P机理为:配水中,无定型三价铁氧化物/氢氧化物除磷机理主要为絮凝作用,磁铁矿主要通过吸附和/或共沉淀去除磷酸盐;实际污水中,非晶态三价铁氧化物/氢氧化物与非晶态氢氧化铝对PO43--P的去除机理相同,主要絮凝作用,而绿锈对PO43--P的去除主要是吸附作用。针对施加较大电流（10 m A/cm~2）EC时的能耗较高及施加较低电流EC时除磷效率低、耗时长及出水色度等问题,采用电产铁耦合机械活化后方解石（Ca CO3）的工艺组合,实现磷的绿色高效去除。对比机械活化后Ca CO3、电产铁、电产铁耦合Ca CO3和电产铁耦合机械活化后Ca CO3对水中PO43--P的去除效果表明,电产铁耦合活化后Ca CO3更具除磷优势。低电流条件下（0.5 m A/cm~2）,反应30分钟,该组合方法能够将1 mg/L的PO43--P降至0.12 mg/L,且在生活污水处理厂生物处理出水（1.33±0.01mg/L）中PO43--P去除效率更高。一方面,机械活化提高Ca CO3的溶解性,提供Ca2+,促进电化学溶出的Fe与水中PO43--P结合,另一方面显著增大Ca CO3的比表面积,提供更多吸附点位强化电产铁的除PO43--P性能。
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