硫酸亞鐵法深度處理城市生活污水的效能

謝鴻飛，楊 軍，何義亮

（1.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院，甘肅蘭州 730070；2.上海交通大學環(huán)境科學與工程學院，上海 200240）

隨著城市化和工業(yè)化進程的加快，城市生活污水的產(chǎn)生量不斷增加，污染日益嚴重，雖然近年來我國的城市生活污水處理水平有了很大的提高，但是仍然存在很多的問題，如處理設備及技術的落后，導致大量未達標或未經(jīng)處理的水直接排入江河湖泊，對水體環(huán)境造成了巨大破壞[1-3]。城市生活污水的COD、TN和TP都相對較高，經(jīng)過城市污水廠的物理處理及化學處理后，COD和BOD的含量大大降低，但出水TN和TP仍然很高[4]。因此，可以選擇一些化學藥劑在不影響其他指標去除率的前提下，針對TN，TP進行處理[5,6]。

硫酸亞鐵法處理城市生活污水主要原理是硫酸亞鐵與水和氯酸鉀反應后生成氫氧化鐵膠狀物質(zhì)，能吸附水中的雜質(zhì)懸浮物，起到凈水作用。它不僅可以作為生化系統(tǒng)中微生物的鐵營養(yǎng)，提高系統(tǒng)中微生物的活性，而且它可以和硫化物、磷酸鹽等生成沉淀物，從而去除硫化物、磷酸鹽等[7-9]。因此本文在一定的監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎上，采用硫酸亞鐵法對其進行處理以去除部分污染物并提高污水的可生化性。

1 污水水質(zhì)及處理流程

本試驗所用污水來自某工業(yè)園區(qū)的生活污水廠，此污水廠的整體生物處理工藝由兩大部分構成，第一部分為由預缺氧、厭氧、缺氧、好氧工藝和“微孔曝氣氧化溝”技術相結合的改良A-A／A／O生化處理工藝，設計出水水質(zhì)需達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級B標準[10]；第二部分為由生態(tài)礫石床、生態(tài)氧化池和垂直流人工濕地構成的深度處理工藝，設計出水水質(zhì)主要指標要達到《地表水環(huán)境質(zhì)量排放標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類標準[11]。

經(jīng)過一個階段的持續(xù)監(jiān)測，該廠的各項指標進出水的平均值及去除率如表1。

表1 各項指標進出水的平均值及去除率Tab.1 Average Value of Influent and Effluent and Its Removal Rates

由表1可知污水廠實際進出水水質(zhì)情況，進水CODCr濃度在 37～127 mg／L 范圍內(nèi)，進水 BOD5在8～45 mg／L 范圍內(nèi)，BOD／COD 在 0.4 左右，污水的可生化降解性比較低；從總?cè)コ士梢钥闯?，NH3-N、COD、BOD去除效果較好；TN、TP的去除率較差。

在A-A／A／O階段COD、BOD、NH3-N 的去除率達到50%以上，TP的去除率相對比較低，而在此階段TN的含量相比進水沒有減少，反而有一定程度的增加；生態(tài)池對COD、BOD有一定的去除能力，但是對NH3-N、TN和TP的去除率很低，維持在10%左右；與生態(tài)池相比人工濕地對NH3-N的去除率較高，但對其他污染指標的去除效果一般?？傮w看來，該廠 A-A／A／O 段出水 COD、BOD、NH3-N、TN 達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級B，TP超標。人工濕地出水COD、NH3-N、BOD達到《地表水環(huán)境質(zhì)量排放標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水的排放標準[11]，但是TP、TN出水水質(zhì)依然不達標。

因此，針對水廠出水TP不達標的情況設計試驗，采用硫酸亞鐵[5]對其進行處理，確定硫酸亞鐵投加量，并且檢測投加硫酸亞鐵對各污染物質(zhì)去除率的影響。

2 小試試驗與結果分析

2.1 試驗方法

試驗選用水樣為好氧池出水口的混合液。

試驗步驟為：采用靜態(tài)燒杯試驗，針對硫酸亞鐵，改變投加量，得出不同投加量 0，10，15，20，25，30，35，40，50 mg／L 條件下對色度、COD、TP、NH3-N的去除效果。在1 000 mL均勻水樣中，用磁力攪拌器快速攪拌30 s，中速攪拌5 min，慢速攪拌10 min，靜置沉淀30 min。取澄清的上清液進行監(jiān)測分析。以不加藥水樣靜沉30 min作空白，進行相對的比較測定。

2.2 試驗儀器及分析方法

試驗儀器設備主要包括磁力攪拌器、電子天平、SP-752紫外-可見分光光度計、KDB-ⅢCOD微波消解儀。

COD：重鉻酸鉀法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；TP：鉬銻抗分光光度法；色度：鉑鈷標準比色法[12]。

2.3 試驗結果與分析

不同加藥濃度對色度、COD、TP、NH3-N的去除效果如圖1。

圖1 加藥濃度對各污染物去除率的影響Fig.1 Influence of Ferrous Sulfate Concentration on Pollutant Removal

由圖1可以看出，硫酸亞鐵對TP的去除效果最佳，投加15 mg／L時，去除率達到60%以上，投加前后比較去除率提高了40%，在20 mg／L依然有一定程度的提高，之后達到相對穩(wěn)定；硫酸亞鐵對COD的去除效果在15 mg／L時效果最佳，去除率達到80%以上，投加前后比較去除率提高了45%，之后去除率隨投加量的增加而減??；硫酸亞鐵對NH3-N的去除效果不是很明顯，當投加30 mg／L時，去除率僅提高了20%左右；硫酸亞鐵的濃度對色度有一定的影響，當加藥濃度在25 mg／L時，色度由原來的15提高到了20，之后隨投加量的增大而持續(xù)升高。

通過綜合考察不同濃度硫酸亞鐵對色度、COD、TP、NH3-N的去除效果可知：在不影響出水色度的前提下，當硫酸亞鐵投加量為10 mg／L時，各個指標的去除率提高幅度較大，能達到很好去除效果。因此，選取投加量為5，10 mg／L進行中試試驗。

3 中試試驗與結果分析

結合小試的試驗結果并充分考慮工藝的經(jīng)濟性及可行性，在工程實施中選擇5 mg／L和10 mg／L的投藥量進行對比，每個濃度連續(xù)投加7 d，每日監(jiān)測二沉池出水的COD、TP、NH3-N等。最后確定硫酸亞鐵的最佳加藥量后，進行持續(xù)投加。

3.1 投藥對TP的影響

圖2 加藥前后對TP的影響Fig.2 Influence of TP Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

由圖2可以看出，加藥前，系統(tǒng)對TP的去除率很低，在20%～30%之間；加藥后，雖然由于進水水質(zhì)變化，進水TP濃度明顯提高，但出水TP濃度明顯降低且相對穩(wěn)定，去除率達到50%。當加藥濃度達到10 mg／L時，TP的去除率未隨藥劑濃度的提高而出現(xiàn)明顯的變化，說明硫酸亞鐵的投加量對TP的去除率影響大一些。與5 mg／L相比，10 mg／L的藥劑投加對TP達到了更好的去除效果。

3.2 投藥對COD的影響

由圖3可以看出，加藥前出水COD濃度維持在10 mg／L左右，但由于進水水質(zhì)波動較大，對COD的去除率波動也較大；加藥后，出水COD的濃度穩(wěn)定保持在5 mg／L，因而得出硫酸亞鐵的投加量對COD的去除率無明顯影響。

3.3 投藥對NH3-N的影響

由圖4可以看出，投藥前，NH3-N去除效果的波動性較大，但是去除效果仍然保持在85%以上，投藥初期，NH3-N去除效果未見明顯變化，但隨著加藥的持續(xù)，NH3-N去除率逐漸提高，達到90%以上，出水NH3-N濃度逐日下降并穩(wěn)定在相對較低的數(shù)值水平?？梢钥闯隽蛩醽嗚F對NH3-N的去除率有略微提高。

圖3 加藥前后對COD的影響Fig.3 Influence of COD Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

圖4 加藥前后對NH3-N的影響Fig.4 Influence of NH3-N Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

3.4 結果與成本分析

上述工程驗證結果表明，當投藥量達到5 mg／L時，可以提高各項指標的去除率，并使其出水濃度穩(wěn)定在一個較低的數(shù)值。投藥量提高到10 mg／L，雖然各項指標都不同程度有所提高，但增幅較小。工程試驗中也曾將投藥量保持在10 mg／L，但發(fā)現(xiàn)長時間的投加以及當?shù)靥鞖獾挠绊憰е露脸爻鏊S。綜合技術經(jīng)濟因素考慮，確定最佳投藥量為5 mg／L。硫酸亞鐵市場價格按250元／t計，則因投藥而增加的噸水藥劑費用為0.005元。

4 結論

（1）針對污水處理廠A-A／A／O階段對各項指標的去除率比較低，TP出水水質(zhì)不達標等狀況，通過在生物系統(tǒng)活性污泥混合液出口投加硫酸亞鐵，改善二沉池絮凝沉降性能，提高回流污泥濃度和生物系統(tǒng)污泥濃度，從而改善整個生物處理系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

（2）在小試研究的基礎上，通過工程驗證，選擇硫酸亞鐵為混凝劑，推薦最佳投藥量為5 mg／L。

（3）工程實施效果表明，投加硫酸亞鐵后，TP的去除效果非常明顯，對其他指標也有一定程度的去除率，但是效果并不是很顯著。

（4）經(jīng)濟性分析表明，由于投加藥劑增加的運行費用噸水不足一分錢。工程上增設投藥系統(tǒng)簡單易行，幾乎不需要進行土建工程整改。該技術有望在存在類似問題的污水處理廠推廣應用。

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