聚合硫酸铁铝对城市污水混凝除磷实验研究

曾炼 ；鲍宇飞 ；兴虹； 吴丽红(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

聚合硫酸铁铝对城市污水混凝除磷实验研究

曾炼 ；鲍宇飞 ；兴虹； 吴丽红
(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

采用聚合硫酸铝铁(PFSA)对城市污水处理厂生化出水混凝除磷，考察PFSA投加量对磷和出水pH的影响，污水pH、沉淀时间对混凝除磷效果的影响。同时进行了聚合硫酸铁(PFS)、硫酸铝的混凝除磷比较实验。结果表明，聚合硫酸铁铝(PFSA)具有对出水pH的影响较小，对磷去除率高，pH值适用范围宽的优势。PFSA在投加量为6.0mL/L时，沉淀时间为40min时，出水磷0.24mg/L，磷去除率可以达到84%，出水满足辽宁省污水综合排放标准(DB2008)。

城市污水除磷； 混凝； 聚合硫酸铁铝

当水体中的磷含量高于0.5mg/L(以PO43-计)时将加速富营养化过程〔1〕。我国对城市污水处理厂出水磷含量进行了严格要求〔2〕-〔3〕。城市污水处理厂普遍采用生物法除磷，但受进水水质波动等影响，生化处理后的出水除磷常常不能达标，需进一步的采用化学法辅助除磷〔4〕。化学除磷通常是在生物法后投加混凝剂，通过混凝、沉淀工艺去除二沉池出水中的磷〔5〕。常用的混凝剂有聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝。这些常规的铝盐、铁盐混凝剂由于产品性能不一，混凝除磷效果不稳定〔6〕。

本课题自制聚合硫酸铁铝混凝剂(PFSA)，对城镇污水处理厂生化出水进行处理，研究了聚合硫酸铁铝对磷的去除效果，并与常规铝盐、铁盐混凝剂混凝除磷效果进行了比较。

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

本实验用水样取自辽宁本溪某开发区污水处理厂二沉池出水，主要水质指标如表1所示。该开发区污水由明渠输送至污水处理厂，因有溪水、雨水汇入，进水有机物浓度低，生化处理污泥量小，除磷效果不好，出水磷超标。

本实验采用聚合硫酸铁铝(PFSA)与聚合硫酸铁(PFS)、硫酸铝进行对比试验，对污水厂生化处理后的出水进行化学除磷实验，研究不同工艺条件对除磷效果的影响。处理后出水以达到《辽宁省污水综合排放标准(DB2008)》总磷浓度不大于0.5mg/L、pH=6～9为实验目标。

表1 实验用水样水质情况

除磷用混凝剂：聚合硫酸铁铝(PSFA)(n(Fe+Al)=3.0mol/L，铁铝摩尔比(nFe/nAl=0.7)；聚合硫酸铁(PFS)(nFe=3.0mol/L，盐基度12.15%)；硫酸铝(n(Al)=3.0mol/L)。以上混凝剂为实验室自制，使用时稀释100倍后投加，本实验计算投加量以每升水样加入的稀释100倍后的混凝剂体积计。

实验仪器：7230G分光光度计，JJ-4A六联搅拌机，PHS-2F数字pH计。

1.2 实验方法

取一定体积的水样，加入混凝剂，用六联搅拌机以260r/min快搅30s，以120r/min中搅2min，以60r/min慢搅3min，沉淀一定时间，取上清液测磷浓度。

水质指标测定方法：总磷测定采用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法〔7〕。

2 结果与讨论

2.1 投加量对除磷效果的影响

取8个烧杯，加入400mL水样，分别加入不同量的三种混凝剂，在六联搅拌机下快速搅拌，再慢速搅拌后，静置40min，取上清液测pH、磷含量。以每升水样的药剂投加量(mL/L)为横坐标，磷去除率、上清液pH为纵坐标做图，如图1和图2所示。

图1.投加量对除磷效果的影响

图2.投加量对出水pH值影响

由图1可知，在投加量逐渐增加时，磷去除率随着三种混凝剂的投加量增至而迅速增高，除磷效果PFS>PFSA>Al2(SO4)3。当PFS、PFSA投加量为6.5mL/L时，磷去除率分别达到最大为89.54%、87.22%，硫酸铝投加量为7.0mL/L时，去除率分别达到最大为82.31%，再增大投加量，磷去除率下降。分析原因可能是投加量增大后，引起pH值下降，使去除率降低。

因三种混凝剂均呈酸性，会影响出水的pH。投加混凝剂后，上清液的pH值变化如图2所示。从图2可以看出，上清液的pH值随着混凝剂投加量的增加而下降，上清液pH在满足排放标准6～9范围的条件下，PFS的投加量为5.5mg/L时，磷最大去除率为82.24%；PFSA投加量为6.0mg/L时，磷最大去除率为84.56%；硫酸铝最大去除率为82.31%。实验结果表明，在满足出水pH要求条件下，PFSA的磷去除率优于PFS、硫酸铝。当PFSA的投加量在(4.5～6.0)mL/L时，出水磷和pH均达到排放要求，出水磷含量为(0.23～0.45)mg/L，pH=6.05～6.19。

2.2 沉淀时间对磷去除率的影响

取多个烧杯加入水样400mL，分别加入三种混凝剂，PFS加入量为5.5mL/L，PFSA和硫酸铝加入量为6.0mL/L。经过快速、慢速搅拌后，沉淀不同时间，取上清液测定含磷量，测定结果如图3所示。

实验结果表明，在沉淀开始，磷去除率随沉淀时间的加长而迅速增加。投加PFS的水样在刚开始沉淀时，磷去除率远高于投加硫酸铝的水样，是因铁盐反应生成的絮体体积大、絮体颗粒密实，沉降速度快，使磷从水中快速分离出来。铝盐反应生成的絮体小且松散，沉速慢，故需沉淀较长时间才能固液分离，达到较高去除率。

2.3 pH对磷去除率的影响

取多个烧杯加入水样400mL，用盐酸(5%)和NaOH(5%)调节成不同pH，各加入PFS 5.5mL/L，PFSA和硫酸铝6.0mL/L，沉淀40min时间，取上清液测定含磷量，测定结果如图4所示。

从图4可以看出在低pH时，去除率较低，随着pH值的提高，去除率迅速上升。PFS在pH为7时去除率达到86.35%，pH大于7后去除率下降。PFSA、硫酸铝在pH为8时去除率为87.78%、84.65%，pH再升高，去除率下降。从图中可以看出PFSA在pH6～9范围内都磷去除率在(84.49～85.93)%范围内，具有较宽的pH适宜范围。

图3.沉淀时间对磷去除率影响

图4.pH对磷去除率影响

有研究表明，磷酸盐的去除不是因为生成金属磷酸盐沉淀，而是一个复杂的难溶金属磷酸盐羟基络合物生成而沉淀下来的过程〔8〕。pH较低时，铁、铝盐主要以Fe3+、Al3+、Fe(OH)2+、Al(OH)2+形式存在，磷酸溶液也主要以H3PO4形态存在。H3PO4不易与带正电荷絮凝剂结合成絮体而被去除，所以磷去除率低。当pH值为4.6到9.8时，磷酸溶液主要以H2PO4-和HPO42-两种形态存在〔7〕，易与带正电荷的絮凝剂结合生成羟基磷酸铁、羟基磷酸铝沉淀，使磷去除率不断提高。但随着pH的进一步增大时，OH-取代羟基磷酸铁、羟基磷酸铝中的PO43-，生成氢氧化物沉淀，此时，主要靠铁铝的氢氧化物絮体的吸附作用除磷，磷去除率下降。当pH进一步增大时，部分铁盐、铝盐生成可溶性的Fe(OH)4-、Al(OH)4-〔9〕，从而导致磷去除率的进一步下降。

3 结论

聚合硫酸铁对磷去除率高，但对出水pH影响大，投加量大时导致出水pH超标。硫酸铝对出水pH影响小，但磷去除率低，且沉淀时间长。聚合硫酸铁铝(PFSA)具有对出水pH的影响较小，对磷去除率高，pH值适用范围宽的优势。

〔1〕冯锦梅,张海荣.水环境中的磷研究与富营养化控制〔J〕.污染防治技术,2013,(01):28-32.

〔2〕国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.城镇污水处理厂排放标准(GB2006).

〔3〕辽宁省质量技术监督局,辽宁省环境保护局.污水综合排放标准(DB2008).

〔4〕张静,陈洪斌. 低碳源污水的脱氮除磷技术研究进展〔J〕. 水处理技术,2014,(01):1-6+15.

〔5〕徐丰果,罗建中,凌定勋.废水化学除磷的现状与进展〔J〕.工业水处理.2003,23(5)：18-20.

〔6〕汤伟真,李风亭,王家雷等. 污水处理厂出水的聚硅硫酸铝铁混凝除磷研究〔J〕.水处理技术.2011,37(4)：72-75.

〔7〕国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法(第四版)〔M〕．北京：中国环境科学出版社，2002：244-248.

〔8〕 Galarneau E, Gehr R. Phosphorus removal from wastewaters：Experimental and theoretical support for alternative mechanisms〔J〕．WaterResearch,1997，3l(2)：328-338

〔9〕汤鸿霄.无机高分子絮凝理论与絮凝剂〔M〕．北京：中国建筑工业出版社，2006：32-165.

Experimental Research into Dephosphorization from Urban Waste Water Coagulation with the Polymeric Ferroaluminium Sulphate.

ZENG Lian; BAO Yu-fei; XING Hong; WU Li-hong

(SchoolofBiologicalMedicineandChemicalEngineering,LiaoningInstituteofScienceangTechnology,Benxi,Liaoning, 117004,China)

The paper studies on dephosphorization from urban waste water coagulation with polymeric ferroaluminium sulphate(PISA),. We examine the effect of additive PSIA to phosphorus and PH in water, and the effect of water PH and sediment time to dephosphorization efficiency. We also conduct the .contrasted study by using dephosphorization from coagulation with ferrous sulphate and aluminium sulphate. The results show that, PSIA has much advantages, such as high dephosphorized rate, low effect on water PH, and wide adaptable PH. The produced water is 0.24mg/L and dephosphorized rate reaches 84% when additive PSIA is 6.0mL/L and sediment time is 40 min. Produced water satisfy the Liaoning comprehensive water drain standard.

Dephosphorization from urban waste water; Coagulation; Polymeric ferroaluminium sulphate.

2017-02-10

课题项目：辽宁科技学院2016年校级大创项目(201611430048)。

曾炼(1995-)，男，贵州贵阳人，辽宁科技学院环境工程专业.

1008-3723(2017)02-008-03

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.02.008

X703.5

A