利用除磷剂处理黑龙江省食品加工污水废水中的重金属离子效果…

利用除磷剂处理黑龙江省食品加工污水废水中的重金属离子效果分析

 

 

一、引言

黑龙江省作为我国重要的食品工业基地，食品加工企业众多，在生产过程中会产生大量含有重金属离子的污水废水。这些重金属离子若未经有效处理直接排放，将对周边水体环境造成严重污染，并通过食物链富集危害生态安全与人体健康。传统的污水处理方法在重金属离子去除方面存在一定的局限性，而除磷剂在处理污水过程中不仅可降低磷含量，还可能对重金属离子有协同去除作用。因此，研究除磷剂处理食品加工污水废水中重金属离子的效果具有重要的现实意义。

二、黑龙江省食品加工污水废水特性

黑龙江省的食品加工污水主要来源于谷物磨制、油脂加工、肉制品加工、乳制品加工等多种食品生产环节。这类污水通常具有水量大、水质波动范围广、成分复杂等特点。除了含有大量的有机物、悬浮物外，还常常伴有重金属离子，如铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）等。这些重金属离子的来源主要包括原料携带、加工设备磨损以及添加剂等。例如，在谷物加工中，农药残留可能引入微量重金属；肉类加工中，动物饲料中的重金属积累会转移到加工废水中。

三、实验材料与方法

（一）实验材料

1. 水样采集

选取黑龙江省具有代表性的食品加工企业（如[企业名称]）的污水排放口，采集一定量的污水水样，置于塑料容器中，并在现场加入硝酸酸化至 pH < 2，保存待测。

2. 除磷剂

选用市场上常见的几种除磷剂，如聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）以及一种新型复合除磷剂（记为 NP）。

（二）实验方法

1. 重金属离子测定

采用原子吸收光谱法（AAS）测定污水水样中铅、镉、铬等重金属离子的含量。首先对水样进行预处理，通过消解等步骤将重金属离子转化为可测形态，然后利用原子吸收光谱仪进行测定。

2. 除磷剂投加实验

设置一系列不同除磷剂剂量的实验组，分别向等量的污水水样中投加不同量的除磷剂，在磁力搅拌器上快速搅拌 1 - 2 分钟，使除磷剂充分分散，然后慢速搅拌 15 - 20 分钟，促进絮体形成。静置沉淀后，取上清液测定重金属离子含量以及剩余磷含量。

四、结果与讨论

（一）不同除磷剂对重金属离子的去除效果

1. 聚合氯化铝（PAC）

随着 PAC 投加量的增加，污水中铅、镉、铬等重金属离子的去除率呈现出先上升后趋于稳定的趋势。当 PAC 投加量为[X] mg/L 时，铅的去除率达到[X]%，镉的去除率为[X]%，铬的去除率为[X]%。继续增加投加量，去除率提升不明显。这可能是因为 PAC 在水中水解生成的氢氧化铝等絮体对重金属离子有一定的吸附作用，但当投加量达到一定程度后，絮体表面吸附位点逐渐饱和，且过量的 PAC 可能导致水体 pH 变化过大，影响重金属离子的存在形态和去除效果。

2. 聚合硫酸铁（PFS）

PFS 对重金属离子的去除效果与 PAC 类似，但在相同投加量下，对铬的去除效果略优于 PAC。在投加量为[Y] mg/L 时，铬的去除率可达到[X + n]%。PFS 水解产生的氢氧化铁絮体具有较大的比表面积和较高的表面电荷，有利于重金属离子的吸附和共沉淀。然而，PFS 会使污水的色度增加，且在高投加量时可能引起水体盐分过高等问题。

3. 新型复合除磷剂（NP）

NP 表现出了较好的重金属离子去除性能。在较低投加量时，就能实现较高的去除率。例如，当投加量为[Z] mg/L 时，铅、镉、铬的去除率分别能达到[X + m]%、[X + k]%、[X + p]%。这可能归因于其独特的成分和结构，能够与重金属离子形成更稳定的络合物或共沉淀产物，从而提高去除效果。

（二）除磷剂投加量与重金属离子去除率的关系

通过对实验数据的拟合分析发现，在一定范围内，重金属离子去除率与除磷剂投加量呈正相关关系。但不同重金属离子的去除率随投加量变化的曲线斜率有所不同。这表明不同重金属离子与除磷剂的作用机制和反应速率存在差异。例如，对于铅离子，在低投加量时去除率上升较快，说明其与除磷剂的反应活性较高；而对于铬离子，可能在较高的投加量下才能达到较好的去除效果，因为其存在形态和化学性质相对稳定，需要更多的除磷剂来打破其稳定状态并形成沉淀。

（三）机理探讨

除磷剂去除污水中重金属离子的机理主要包括吸附、共沉淀和络合作用。一方面，除磷剂水解生成的金属氢氧化物絮体具有大量的活性吸附位点，能够通过静电引力、表面络合等方式吸附重金属离子。另一方面，除磷剂中的一些成分可以与重金属离子发生共沉淀反应，形成难溶的化合物沉淀下来。此外，部分除磷剂可能与重金属离子形成稳定的络合物，改变其溶解性，从而从水中分离出来。例如，PAC 水解产生的 Al(OH)₃ 絮体对重金属离子的吸附以及与磷酸根等形成的共沉淀作用；PFS 水解生成的 Fe(OH)₃ 絮体对重金属离子的共沉淀和吸附；新型复合除磷剂 NP 可能通过其特殊的官能团与重金属离子形成更稳定的络合物或共沉淀产物，从而实现高效的去除。

五、结论

1. 聚合氯化铝、聚合硫酸铁以及新型复合除磷剂在处理黑龙江省食品加工污水废水中的重金属离子方面均有一定的效果。其中，新型复合除磷剂在较低投加量下表现出更优的去除性能。

2. 除磷剂投加量与重金属离子去除率在一定范围内呈正相关，但不同重金属离子的去除特性存在差异。

3. 除磷剂去除重金属离子的机理涉及吸附、共沉淀和络合作用。在实际应用中，应根据食品加工污水的具体水质特点和处理要求，选择合适的除磷剂种类和投加量，以实现对重金属离子的有效去除，同时兼顾污水处理的综合成本和环境效益。

未来研究可进一步优化除磷剂的配方和投加工艺，提高其对重金属离子的去除效率和选择性，并深入研究其在复杂污水体系中的作用机理，为黑龙江省食品加工行业的污水治理和可持续发展提供更有力的技术支持。