高铁酸盐溶液处理生活污水的试验研究

张彦平，李 静，李一兵，李 娟

（河北工业大学 土木工程学院，天津 300401）

高铁酸盐作为一种新型、高效、多功能的绿色水处理药剂，集氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌、除臭等于一体[1]，能有效去除水中细菌、藻类、有机物、无机物、重金属等污染物质[2-4]，其还原产物为Fe(OH)3，不引起二次环境污染，因此在水处理领域得到研究者的广泛关注.但由于高铁酸盐固体制备过程复杂，生产成本昂贵，需要大量使用对人体和环境有害的有机溶剂，并且Fe(VI)稳定性差，导致其制备产率低，不便于贮存，从而限制了高铁酸盐的应用[5-6].本文作者通过前期研究制备出稳定的高铁酸盐溶液[7]，由于不需要进行高铁酸钾固体提纯，因此简化了制备工艺，降低了制备成本.目前，国内外有关高铁酸盐水处理效能的研究主要集中在饮用水方面及工业废水处理方面，如高铁酸盐预氧化除酚、除藻；强化低温低浊混凝；以及印染废水、焦化废水脱色处理等，在生活污水处理方面的研究较少.本研究以生活污水为研究对象，考察高铁酸盐溶液在污水的强化处理及深度处理中的应用性能.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验中使用的氯化铁为分析纯（天津），高铁酸盐溶液为实验室自制，试验过程中药剂的投加量均以Fe计.其他所用化学药品均为国产分析纯.

生活污水取自河北工业大学某生活小区，具体水质指标见表1.

表1 原水水质Tab.1 Characteristicsof sourcewater

1.2 检测方法

混凝试验采用MY3000-6J智能型混凝搅拌仪（湖北潜江）；pH值采用梅特勒-托利多Delta320 pH计（上海）测定；浊度采用A14型浊度仪（无锡）测定；COD采用美国HACH公司CODcr反应器测定.TP和NH4+-N参照水和废水监测分析方法，分别采用钼酸铵分光光度法和纳氏试剂法测定.

1.3 试验方法

试验对比了高铁酸盐溶液和氯化铁对生活污水的处理效果.试验时分别取1 000 m L生活污水置于6个烧杯中，然后置于混凝搅拌仪上，投加一定量药剂，然后以300 r m in1快速搅拌1 m in，以50 r min1慢速搅拌15min，静沉30m in，取水样测浊度、COD、NH4+-N、TP.

2 结果与讨论

2.1 高铁酸盐溶液对浊度的去除效果

试验研究了高铁酸盐溶液对浊度的去除效果，并与氯化铁进行了比较，试验结果见图1.由图1可见，高铁酸盐溶液对浊度具有较好的去除效果，并且对浊度的去除效果优于FeCl3.随着高铁酸盐投药量的增加，浊度去除率增加.当时，出水浊度为11.5NTU，对应的去除率为84.5%.此时，经氯化铁处理的污水出水浊度为21.5NTU，对应去除率为71%.随着Fe(VI)投加量的进一步增加，浊度去除率基本不变.在Fe投加量为时，FeCl3对浊度的去除率为83.1%，该值与时高铁酸盐溶液对浊度的去除效果相差不大.而此时 FeCl3用量是高铁酸盐溶液用量的2.5倍.这是由于生活污水中存在的大量有机物会降低混凝处理效果，增大混凝剂的用量，而高铁酸盐溶液集氧化与混凝与一体，其强氧化性能破坏水中胶体的稳定性，提高混凝效果，并且其水解产物Fe(OH)3对水中悬浮物具有良好絮凝沉降作用，因此其对浊度的去除率高于单独混凝剂氯化铁，并且在达到相同处理效果的情况下，其用量较少.

2.2 高铁酸盐溶液对COD的去除效果

高铁酸盐溶液对水中有机物质的去除效果见图2.从图2可以看出，高铁酸盐溶液对COD的去除效果高于FeCl3，当Fe投加量为2.8mg L1时，Fe(VI)和Fe(III)对COD的去除率分别为52.9%和39.5%.此后，随着铁盐投加量的增加，对COD的去除率均增加.在Fe投加量为14.1mg L1时，Fe(VI)和Fe(III)对COD的去除率分别为61.5%和56.5%.由于生活污水中的有机物一部分以胶体和悬浮物的形式存在，另一部分以溶解形式存在.单独的混凝作用只对以胶体和悬浮物形式存在的COD起作用，而对溶解性COD去除效果较差.而高铁酸盐溶液既有氧化作用又有混凝作用，当其投加到水中之后，Fe(VI)及其溶液中残留的氧化剂 ClO能迅速的与水中有机物作用，将大分子有机物氧化为小分子有机物，甚至完全矿化；并且由于高铁酸盐溶液的预氧化作用，破坏了水中胶体离子的稳定性，因而进一步促进了混凝阶段对有机物的去除.但是，在相同药剂投加量条件下，高铁酸盐对COD的去除率比Fe(III)对COD的去除率仅高出5%～18%.该结果说明，高铁酸盐对COD的去除主要依靠新生成的Fe(OH)3的多相絮凝功能，其强氧化性起辅助作用，这与苗宗成[8]等研究结果一致.

图1 高铁酸盐对浊度的去除效果Fig.1 Treatmenteffectof turbidity w ith ferrate

图2 高铁酸盐对COD的去除效果Fig.2 Treatmenteffectof COD w ith ferrate

2.3 高铁酸盐溶液对的去除效果

图3 为高铁酸盐溶液对生活污水中NH4+-N的去除效果.由图3可见，单独FeCl3混凝对污水中氨氮有一定去除，但去除效果较差，去除率仅为3%左右，这是由于在絮凝沉降过程中，部分氨氮吸附在絮体上共沉而被去除.高铁酸盐溶液对氨氮的去除率略高于FeCl3，氨氮的去除率在5%至7.7%之间，并且随着投药量的增加，对氨氮的去除率略有下降.该结果与罗志勇[9]等研究的高铁酸钾对氨氮的去除率能达到70%的研究结果不同.这一现象可以从两个方面解释：一方面高铁酸盐能与水中的含氮有机物反应，致使一部分有机氮向无机氮转化，因为一般高铁酸盐与无机化合氮的反应速率常数为0.17L mol1s1，而与含氮有机物的反应速率常数数量级为102～103L mol1s1[10]，这一作用可使水中氨氮含量增加；另一方面，高铁酸盐及其溶液中残留的氧化剂ClO能与氨氮作用，导致水中氨氮含量降低，并且部分氨氮能被高铁酸盐的水解产物Fe(OH)3絮凝沉淀去除.当后者的作用大于前者时，表现为对氨氮的去除作用.随着高铁酸盐溶液投加量的增加，其与污水中含氮有机物的氧化作用越强，从而导致对生活污水中氨氮的去除率降低.

图3 高铁酸盐对NH4+-N的去除效果Fig.3 Treatmenteffectof NH4+-N with ferrate

2.4 高铁酸盐溶液对TP的去除效果

高铁酸盐溶液对生活污水中TP的去除效果见图4.由图4可见，高铁酸盐溶液对总磷的去除效果较好，并且对TP的去除率高于FeCl3.当铁盐投加量为1.4mg L1时，高铁酸盐溶液和FeCl3对TP的去除率分别为58.6%和17.4%，随着铁盐投加量的增加，TP的去除率均增加，当铁盐投加量为14.1mg L1，两者对TP的去除率分别为86.5%和85.6%.由于污水当中的磷分为正磷、聚磷和有机磷，其中正磷和聚磷为溶解性的，可与金属盐作用形成金属盐沉淀去除；有机磷大多为颗粒性的，可经过絮凝沉淀去除.在铁盐投加量相同的条件下，一方面，高铁酸盐溶液的强氧化性能改变水中胶体离子的稳定性，增强混凝效果；另一方面，高铁酸盐与水中还原性物质反应后能生成新生态的水合氧化铁，而新生态的水合氧化铁粒径非常小，在10～100nm之间，具有很好的吸附性能[11]，从而使得其在投药量较低时对 TP的去除效果明显优于FeCl3.随着投药量的增加，铁盐水解产物增加，絮凝吸附作用增强，使得两者对TP的去除效果相差不多.

图4 高铁酸盐溶液对TP的去除效果Fig.4 Treatmenteffectof TPw ith ferrate

3 结论

高铁酸盐溶液对生活污水具有较好的处理效果，其对生活污水的浊度、COD、氨氮和总磷的去除率分别为84.5%、61.5%、7.7%和86.5%，均优于单独铁盐混凝剂，其在生活污水化学强化一级处理及污水深度处理领域具有广阔的应用前景.

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