【摘 要】
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天然水体中磷(P)含量超过一定水平时,会导致水体富营养化,影响水体的质量。磷是人类、动物和植物维持生物基本功能所必须的重要营养元素,与此同时磷是一种不能再生的资源,在自然界中的存在是非常有限的,磷矿的开采和流失造成了世界磷矿资源的严重短缺。根据研究表明,如果对磷的需求每年增长3%,世界上的磷储量将在未来100~400年内耗尽。从废水中回收磷不仅有利于缓解磷危机,而且有助于减少水污染和除磷负荷,这是
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天然水体中磷(P)含量超过一定水平时,会导致水体富营养化,影响水体的质量。磷是人类、动物和植物维持生物基本功能所必须的重要营养元素,与此同时磷是一种不能再生的资源,在自然界中的存在是非常有限的,磷矿的开采和流失造成了世界磷矿资源的严重短缺。根据研究表明,如果对磷的需求每年增长3%,世界上的磷储量将在未来100~400年内耗尽。从废水中回收磷不仅有利于缓解磷危机,而且有助于减少水污染和除磷负荷,这是可持续发展的必然要求,因此对于废水中磷去除和回收的研究具有十分重要的意义。近年来,电化学工艺在水污染处理方面得到了广泛的应用,其中流动电极电容去离子技术(Flow-electrode Capacitive Deionization,FCDI)的技术在水污染处理方面具有很大的优势。本研究采用流电极电容去离子技术对低浓度含磷废水中的磷进行去除和回收,以实现磷的可持续利用。实验系统的研究了外加电压、废水流进装置的流动速度和流向、废水中初始磷浓度、流动电极中炭黑含量和废水初始p H值等条件参数对FCDI除磷性能的影响。结果表明,外加电压和废水初始p H值对磷的去除效率有较大影响。随着外加电压的增加,FCDI装置对于废水中磷的去除效率逐渐增大,当外加电压从0 V提高到1.2 V时,磷的去除效率从2.11%提高到了97%。由于磷在不同p H值的水环境中存在形态不同,当改变水体的p H值时,FCDI装置对于废水中磷的去除效率也随着改变,废水p H值为碱性时,FCDI对于废水中磷的去除效果较差,当废水p H值为10时,对磷的去除效率为58.18%;当p H值为5时,对磷的去除效率为97%。通过优化各个工艺参数,确定最佳操作条件为:外加电压为1.2 V,废水的流速为20 m L/min,流动电极中炭黑含量为1 wt%,废水初始p H值为5,在此条件下对废水中磷的去除效率达到97%。经过连续6次循环试验,FCDI装置表现出了良好的除磷性能,对磷的去除效率保持在97%左右。此外,低浓度的含磷废水(100 mg P/L)可以有效的被浓缩16倍,在经过11 h的浓缩实验后,最终出水中磷的浓度为16.8 mg P/L,流动电极中磷的含量为1567 mg P/L,废水体积被缩小20倍。上述结果表明,FCDI系统对于磷的去除和浓缩表现出了较好的性能。
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