用于市政廢水除磷高效除磷劑研究

劉艷

(棗莊科技職業學院，山東 滕州 277500)

0 引言

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中總磷(TP)標準限值規定：當城鎮污水處理廠出水引入稀釋能力較小的湖泊作為城鎮景觀用水和一般回用水等用途時，執行一級標準的A標準，即0.5mg/L.隨著城市化和工業化程度不斷提高，市政廢水排放量也不斷增大，總磷排放限值要求必定越來越嚴格.目前，廢水除磷主要是生物法和化學法兩種方法，而我國市政廢水處理通常采用生物法，同時輔以化學法.生物法對COD、氨氮有良好的去除效果，可以達到國家排放標準，但對于除磷，則穩定性差、效果不好，難以達到國家標準[1～2].

傳統化學絮凝法除磷具有運行性能穩定、可靠、操作簡便等優點，但在實際工程應用中存在藥劑投加量大、運行費用較高、污泥處理處置難度大等缺點，現在常用聚鐵、聚鋁代替普通鐵鹽和鋁鹽作為除磷絮凝劑[3～16].針對傳統的金屬鹽絮凝劑(如硫酸鋁、三氯化鐵等)在除磷處理過程中存在的不足，本文在聚合鹽類絮凝劑的基礎上，優化配方，引入鐵、鎂、鈣，提高除磷效率，進一步提高絮凝劑的除磷綜合性能，能將市政污水總磷控制在0.2mg/L以下，且投加量少，運行穩定，有極好的市場前景.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

可見光722型分光光度計(上海精科)、pHS-3C精密酸度計(上海雷磁)、HJ-6六聯磁力加熱攪拌器(常州朗越儀器制造有限公司)、立式壓力蒸汽滅菌鍋(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)；抗壞血酸、鉬酸銨、過硫酸鉀、酒石酸銻鉀、磷酸二氫鉀、濃硫酸、商品固體聚合硫酸鐵(簡稱聚鐵，Fe≧21%)、硫酸鎂、氯化鈣、高鐵酸鈉.

1.2 分析方法

總磷(TP)：鉬酸銨分光光度法；污泥沉降體積：量筒測定.

1.3 除磷劑制備

將商品固體聚合硫酸鐵(Fe≧21%)分別與高鐵酸鈉、氯化鈣、硫酸鎂按一定重量比復配而成.

1.4 廢水除磷試驗

以棗莊某污水處理廠生化池水為實驗對象，水質外觀為淺綠色，無明顯異味，其中總磷含量約3.56mg/L，pH值7.12，有少量沉淀物.

實驗時，將除磷劑與水按1:3的質量比配制成25%的溶液.分別量取500ml廢水，調節六聯電動攪拌器攪拌速度至180r/min.按一定比例投加除磷劑，并開始計時：180r/min攪拌1min；60r/min攪拌5min.靜置30min后取上清液測總磷含量(鉬酸銨分光光度法)，同時利用量筒觀察并記錄30min的污泥沉降體積，即SV30.

2 結果與討論

2.1 高鐵酸鈉摻雜量對除磷效果的影響

本實驗以商品固體聚合硫酸鐵為主要成分，引入不同質量分數的高鐵酸鈉，形成改良除磷劑，針對棗莊某污水處理廠，投加一定量的除磷劑(以固體計)，進行除磷實驗，結果見圖1.

圖1 高鐵酸鈉摻雜量對總磷去除的影響

試驗表明，固體聚合硫酸鐵引入高鐵酸鈉后，除磷效率提升，效果優于固體聚合硫酸鐵.且在同一投加量條件下，隨著高鐵酸鈉含量的增加，除磷效率增加.當高鐵酸鈉含量達到20%，除磷劑投加量為150mg/L時，總磷可降低至0.11mg/L，TP去除率可達到96.9%.這是由于一方面高鐵酸鈉中的Fe為+6價，具有極強的氧化性，溶于水后能釋放大量的原子氧，此時Fe6+被還原成Fe3+，生成Fe(OH)3，而Fe(OH)3與廢水中的磷酸鹽會形成難溶性的FePO4沉淀；另一方面更多羥基的引入，形成以OH-作為架橋形成多核配離子，使得聚鐵聚合物分子具有更多的電荷和更大的表面積，其絮凝性能也就更好，連同廢水中的FePO4沉淀與其他微細懸浮物一并去除，因而除磷效果較好.隨著投加量的增加，無論是固體聚合硫酸鐵還是摻雜高鐵酸鈉后的改良除磷劑，廢水中的總磷呈先下降后升高趨勢，且在實驗過程中筆者觀察到，當除磷劑投加量超過150mg/L時，上清液顏色變深，濁度增加，有許多細小懸浮物不易沉降下去，因而造成總磷含量有所升高，這說明該生活污水除磷劑的最佳投加量為150mg/L.這表明除磷效果與除磷劑的投加量存在著一定的關系，不宜過高或過低，存在著最佳投加量.

2.2 氯化鈣摻雜量對除磷效果的影響

同樣的，在固體聚合硫酸鐵中摻入不同質量分數的氯化鈣，考察氯化鈣摻雜量在不同投加量(以固體計)條件下對市政廢水除磷影響，結果見圖2.

圖2 氯化鈣摻雜量對總磷去除的影響

結果表明，固體聚鐵用于除磷，廢水中的總磷含量先降低后又升高.而引入氯化鈣的除磷劑，除磷磷效果優于純聚鐵的，且氯化鈣的含量越高，同一藥劑投加量下除磷效果越好.同時，隨著投加量的增加，廢水中的總磷含量越低，除磷效果也越好.最佳效果：當氯化鈣摻雜量為20%，投加量為200mg/L時，TP為0.23mg/L，TP去除率為93.5%.這是由于氯化鈣溶于水后能生成Ca(OH)2，與廢水中的部分磷酸鹽形成Ca5(PO4)2和Ca5(PO4)3OH難容性沉淀，同時聚鐵中的Fe3+與廢水中的部分磷酸鹽FePO4沉淀，從而達到除磷目的.同時，由于聚鐵的最佳使用pH為8左右，引入氯化鈣后，提高了廢水的pH值，從而使聚鐵能更好地發揮絮凝作用，氯化鈣與聚鐵協同除磷效果優于聚鐵.

2.3 硫酸鎂摻雜量對除磷效果的影響

同樣的，在固體聚合硫酸鐵中摻入不同質量分數的硫酸鎂，考察硫酸鎂摻雜量在不同投加量(以固體計)條件下對市政廢水除磷影響，結果見圖3.

圖3 硫酸鎂摻雜量對總磷去除的影響

結果表明固體聚鐵中引入硫酸鎂，與引入高鐵酸鈉除磷效果相近，隨著投加量的增加，其除磷率先上升后下降.由于Mg2+能與PO4-形成微溶于水的Mg3(PO4)2，因而引入硫酸鎂后，除磷效率提高.當投加量超過150mg/L時，除磷效率有所降低，原因是過量的除磷劑使得廢水上清液的濁度增加，部分細小絮狀物短時間內無法沉降下去，導致總磷濃度升高.最佳效果：當硫酸鎂摻雜量為20%，投加量為150mg/L時，TP為0.21mg/L，TP去除率為94.1%.

2.4 改良除磷劑除磷效果及污泥沉降比對比

實驗中分別選取固體聚鐵、含量為10%(以固體計)的高鐵酸鈉、氯化鈣、硫酸鎂改良除磷劑，分別記為除磷劑A、B、C、D，進行除磷對比實驗，同時檢測上清液總磷濃度及測定混合液懸浮固體，實驗結果見表1及圖4.

圖4 4種除磷劑除磷效果對比

結果表明相同摻雜量下，當除磷劑投加量小于150mg/L時，摻雜高鐵酸鈉的除磷效果最佳，其次是硫酸鎂，再次是氯化鈣，三者的除磷效果均優于固體聚鐵.而當投加量高于180mg/L時摻雜氯化鈣的除磷劑，除磷效果會優于摻雜硫酸鎂和高鐵酸鈉的.

表1 四種除磷劑的污泥沉降體積

觀察表1數據表明，在相同投加量條件下，經過改良的除磷劑污泥沉降體積都有一個幅度的提升，產生的污泥沉降體積大小順序為氯化鈣>硫酸鎂>高鐵酸鈉>固體聚鐵.添加氯化鈣(除磷劑C)的污泥沉降體積最大，約為聚鐵的1.4-1.6倍，產生的化學污泥量最多，出水pH偏高，硬度大；摻雜鎂鹽的除磷劑，除磷效果以及化學污泥產生量均居中，約為聚鐵的1.2-1.4倍，且上清液顏色較淺；而摻雜高鐵酸鈉的除磷劑是是三者中污泥沉降比最小的，約為聚鐵的1.1-1.3倍，且產生的礬花較大，沉降速度較快，礬花較密實，上清液較清澈，略顯黃色.

3 結論

(1)在高鐵酸鈉、氯化鈣、硫酸鎂摻雜量相同的情況下，摻雜高鐵酸鈉的除磷效果最佳，其次是硫酸鎂，再次是氯化鈣，三者的除磷效果均優于固體聚鐵.

(2)固體聚鐵以及摻雜高鐵酸鈉、氯化鈣的改良除磷劑用于除磷，總磷呈先下降后升高趨勢，且摻雜量越高除磷效果越好；除磷效果與除磷劑的投加量存在著一定的關系，不宜過高或過低，存在著最佳投加量.

(3)氯化鈣的摻雜量越高，除磷效果越好，且隨著投加量的增加，廢水中的總磷含量越低.

(4)相同摻雜量以及藥劑投加量條件下，產生的污泥沉降體積大小順序為氯化鈣>硫酸鎂>高鐵酸鈉>固體聚鐵.