常用藥劑對污水中硫化物的去除效果

徐 超，呂弈成，符策竿，Kristoffer OOMs，劉洪波

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學環(huán)境與建筑學院，上海200093；3.亞琛工業(yè)大學水和固體廢物管理研究所,德國亞琛 52056)

污水中的硫化物是指溶解性的H2S、HS-、S2-，存在于懸浮物中的可溶性硫化物、酸可溶性金屬硫化物以及未電離的有機、無機類硫化物[1-2]。印染、制藥以及石油化工等廢水都含硫化物，對環(huán)境污染很大。硫化物對水體的危害作用主要來自其溶解態(tài)[2]，該類物質(zhì)易從水中逸散至空氣中，氣味惡臭，嚴重污染大氣，危害人體健康。污水中的硫離子會影響污泥的活性，濃度過高會引起絲狀硫磺細菌的過量繁殖，導致絲硫菌污泥膨脹，甚至造成污泥的中毒，對污水處理造成嚴重的影響，導致出水水質(zhì)惡化[3]。污水廠處理污水時，硫化物必須經(jīng)處理達標才能排放，因此，對硫化物的去除也是污水廠日常工作的一項難點。本文探討的是常用的混凝藥劑對污水中硫化物的去除效果，研究硫化物在混凝操作中的去除率，確定其是否可以在此步驟之后達到硫化物排放標準。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗混凝劑的確定與分析

(1)聚合氯化鋁(PAC)或硫酸鋁

聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n]m或硫酸鋁與硫離子反應生成硫化鋁(Al2S3)，是一種不穩(wěn)定的弱酸弱堿鹽,它的Ksp=2.0×10-7，因此鋁鹽對硫化物有去除效果。

(2)石灰(Ca(OH)2)

Ca(OH)2與硫離子反應生成硫化鈣，微溶于水，遇水發(fā)生水解[4]，其水解反應如式(1)。

2CaS+2H2O=Ca(HS)2+Ca(OH)2

(1)

因此，推測石灰有可能不能作為污水中硫化物去除的混凝劑，待試驗驗證。

(3)聚合硫酸鐵[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m

聚合硫酸鐵[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m中以Fe3+形式存在，但也存在少量的Fe2+，鐵鹽與硫離子的反應如式(2)和式(3)。

2Fe3++3S2-=Fe2S3↓

(2)

Fe2++S2-= FeS↓

(3)

其中，F(xiàn)eS是一種溶解度很低的穩(wěn)定的沉淀物[5]，其Ksp=6.3×10-18，F(xiàn)e2S3為黃綠色固體不溶于水，因此，選擇聚合氯化鐵作為去除污水中硫化物試驗所選取的混凝劑之一。

通過以上對混凝劑的分析，可以得到結論：宜采用鐵鹽去除污水中的硫化物。由鐵鹽和硫離子的反應方程可知，鐵至少可與硫離子以1∶1的比例進行反應，按照聚鐵標準，密度約為1.3 g/cm3，即1 300 mg/L，鐵離子含量在28 %～30 %，實際生產(chǎn)可按三倍進行稀釋，按5～20 mg/L，進行投加，作混凝劑。

2 試驗方案

2.1 試驗水樣

本試驗水樣來自蘇州工業(yè)園區(qū)華衍水務有限公司一污水廠，6月28日14∶00進水水樣定量樣品用采水器各取試樣1 000 mL到以下1～6個試驗杯中，現(xiàn)場加魯哥氏液固定，實驗室待處理。

2.2 試驗方案

(1)聚鐵作混凝劑

取聚鐵藥劑1 mL，稀釋至10 mL，即稀釋10倍；再取2組水樣進行六聯(lián)攪拌試驗：分別往6個容積為1 L的試驗裝置中分別投加稀釋后的聚鐵溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1(20～100 mg/L)、1.5、2、2.5、3、3.5、4 mL，并作空白樣；緩慢攪動10 min，攪拌速率為40 r/min，靜置3 min，測pH、硫化物。

(2)硫酸鋁作混凝劑

將硫酸鋁藥劑10 mL，稀釋至100 mL，即稀釋10倍；再取2組六聯(lián)攪拌試驗：留空白樣，并分別往6個1 L的試驗裝置中分別投加稀釋后的硫酸鋁溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1(20～100 mg/L)、1.5、2、2.5、3、3.5、4.0 mL；緩慢攪動10 min，攪拌速率為40 r/min，靜置3 min，測pH、硫化物和TP。

(3)石灰作混凝劑

取石灰粉末4.0 g稀釋到100 mL；再分兩組在6個試驗杯中分別投加40 g/L的石灰懸濁液：0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mL；攪拌30 min，攪拌速率為40 r/min，用0.45 μm的濾膜過濾，測硫化物。

(4)硫化物測定

采用亞甲基藍分光光度法，具體方法如下[6]：將每組試驗所取的樣品編號后，先用0.45 μm的濾膜過濾，測硫化物，然后經(jīng)酸化，使硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫，用氮氣將硫化氫吹出，轉(zhuǎn)移到盛有乙酸鋅-乙酸鈉溶液的吸收顯色管中，與N-N-二甲基對苯二胺和硫酸鐵胺反應生成藍色的絡合物亞甲基藍，在665 nm波長處測定。

3 結果與討論

3.1 聚合氯化鐵

依照上述試驗操作，采用聚鐵作混凝劑處理水樣中的硫化物，結果如表1和圖1所示。

表1 聚鐵作混凝劑處理污水中的硫化物

圖1 聚合氯化鐵和硫化物去除率曲線圖Fig.1 Curve of Removal Rates of Polyferric Chloride and Sulfide

由圖1和表1可知，硫化物的去除率隨聚合氯化鐵投加量的增加顯著升高，當聚合氯化鐵投加量為1 mL時，即實際投加量為10 ppm時，去除率達到97.9 %，后去除率增長放緩。當聚合氯化鐵投加量為1 mL時,滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)[7]中的最高允許硫化物排放濃度(日均值)(1 mg/L)。當硫化物濃度為0.34 mg/L時，聚鐵最佳投加量為1 mL，去除率最高。

3.2 鋁鹽

采用硫酸鋁作混凝劑處理污水中的硫化物，結果如表2所示。

表2 硫酸鋁作混凝劑處理污水中的硫化物

由表2可知，常用混凝劑硫酸鋁對水中硫化物基本沒有去除作用，且觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，并有刺激性酸性氣味氣體，不能滿足生產(chǎn)要求，也不符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的硫化物最高排放標準要求，因此硫酸鋁不能作為污水中硫化物去除的混凝劑。

分析其原因，有可能為部分鋁鹽與水發(fā)生水解反應，如式(4)。

Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑

(4)

有白色沉淀和硫化氫氣體產(chǎn)生，且會對大氣和水體進行二次污染[8]。因此，聚合氯化鋁或硫酸鋁不能作為污水處理廠硫化物去除的混凝劑來使用。

3.3 石灰

采用石灰作混凝劑處理污水中的硫化物，其試驗攪拌時間為30 min，所得試驗結果如表3所示。

表3 石灰作混凝劑處理污水中的硫化物

由表3可知，石灰對水中硫化物基本沒有去除作用，不能滿足生產(chǎn)要求，也不符合GB 18918—2002的排放標準要求，因此石灰不能作為污水中硫化物去除的混凝劑。

4 結論

分別加入不同濃度的聚鐵、硫酸鋁、石灰作為混凝劑，測定反應后的pH[9-10]、硫化物含量和TP，確定幾種混凝劑對水中硫化物的去除作用。

聚鐵作混凝劑對硫化物的去除效果明顯，硫酸鋁和石灰對水中硫化物基本沒有去除作用，不能滿足生產(chǎn)要求，也不符合GB 18918—2002的排放標準要求。對于城鎮(zhèn)污水處理廠進水中的硫化物去除問題，可以利用污水處理廠常用的鐵鹽進行去除，且效果非常明顯。