用于市政废水除磷高效除磷剂研究

刘艳

(枣庄科技职业学院，山东 滕州 277500)

0 引言

《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中总磷(TP)标准限值规定：当城镇污水处理厂出水引入稀释能力较小的湖泊作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准，即0.5mg/L.随着城市化和工业化程度不断提高，市政废水排放量也不断增大，总磷排放限值要求必定越来越严格.目前，废水除磷主要是生物法和化学法两种方法，而我国市政废水处理通常采用生物法，同时辅以化学法.生物法对COD、氨氮有良好的去除效果，可以达到国家排放标准，但对于除磷，则稳定性差、效果不好，难以达到国家标准[1～2].

传统化学絮凝法除磷具有运行性能稳定、可靠、操作简便等优点，但在实际工程应用中存在药剂投加量大、运行费用较高、污泥处理处置难度大等缺点，现在常用聚铁、聚铝代替普通铁盐和铝盐作为除磷絮凝剂[3～16].针对传统的金属盐絮凝剂(如硫酸铝、三氯化铁等)在除磷处理过程中存在的不足，本文在聚合盐类絮凝剂的基础上，优化配方，引入铁、镁、钙，提高除磷效率，进一步提高絮凝剂的除磷综合性能，能将市政污水总磷控制在0.2mg/L以下，且投加量少，运行稳定，有极好的市场前景.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

可见光722型分光光度计(上海精科)、pHS-3C精密酸度计(上海雷磁)、HJ-6六联磁力加热搅拌器(常州朗越仪器制造有限公司)、立式压力蒸汽灭菌锅(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；抗坏血酸、钼酸铵、过硫酸钾、酒石酸锑钾、磷酸二氢钾、浓硫酸、商品固体聚合硫酸铁(简称聚铁，Fe≧21%)、硫酸镁、氯化钙、高铁酸钠.

1.2 分析方法

总磷(TP)：钼酸铵分光光度法；污泥沉降体积：量筒测定.

1.3 除磷剂制备

将商品固体聚合硫酸铁(Fe≧21%)分别与高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁按一定重量比复配而成.

1.4 废水除磷试验

以枣庄某污水处理厂生化池水为实验对象，水质外观为浅绿色，无明显异味，其中总磷含量约3.56mg/L，pH值7.12，有少量沉淀物.

实验时，将除磷剂与水按1:3的质量比配制成25%的溶液.分别量取500ml废水，调节六联电动搅拌器搅拌速度至180r/min.按一定比例投加除磷剂，并开始计时：180r/min搅拌1min；60r/min搅拌5min.静置30min后取上清液测总磷含量(钼酸铵分光光度法)，同时利用量筒观察并记录30min的污泥沉降体积，即SV30.

2 结果与讨论

2.1 高铁酸钠掺杂量对除磷效果的影响

本实验以商品固体聚合硫酸铁为主要成分，引入不同质量分数的高铁酸钠，形成改良除磷剂，针对枣庄某污水处理厂，投加一定量的除磷剂(以固体计)，进行除磷实验，结果见图1.

图1 高铁酸钠掺杂量对总磷去除的影响

试验表明，固体聚合硫酸铁引入高铁酸钠后，除磷效率提升，效果优于固体聚合硫酸铁.且在同一投加量条件下，随着高铁酸钠含量的增加，除磷效率增加.当高铁酸钠含量达到20%，除磷剂投加量为150mg/L时，总磷可降低至0.11mg/L，TP去除率可达到96.9%.这是由于一方面高铁酸钠中的Fe为+6价，具有极强的氧化性，溶于水后能释放大量的原子氧，此时Fe6+被还原成Fe3+，生成Fe(OH)3，而Fe(OH)3与废水中的磷酸盐会形成难溶性的FePO4沉淀；另一方面更多羟基的引入，形成以OH-作为架桥形成多核配离子，使得聚铁聚合物分子具有更多的电荷和更大的表面积，其絮凝性能也就更好，连同废水中的FePO4沉淀与其他微细悬浮物一并去除，因而除磷效果较好.随着投加量的增加，无论是固体聚合硫酸铁还是掺杂高铁酸钠后的改良除磷剂，废水中的总磷呈先下降后升高趋势，且在实验过程中笔者观察到，当除磷剂投加量超过150mg/L时，上清液颜色变深，浊度增加，有许多细小悬浮物不易沉降下去，因而造成总磷含量有所升高，这说明该生活污水除磷剂的最佳投加量为150mg/L.这表明除磷效果与除磷剂的投加量存在着一定的关系，不宜过高或过低，存在着最佳投加量.

2.2 氯化钙掺杂量对除磷效果的影响

同样的，在固体聚合硫酸铁中掺入不同质量分数的氯化钙，考察氯化钙掺杂量在不同投加量(以固体计)条件下对市政废水除磷影响，结果见图2.

图2 氯化钙掺杂量对总磷去除的影响

结果表明，固体聚铁用于除磷，废水中的总磷含量先降低后又升高.而引入氯化钙的除磷剂，除磷磷效果优于纯聚铁的，且氯化钙的含量越高，同一药剂投加量下除磷效果越好.同时，随着投加量的增加，废水中的总磷含量越低，除磷效果也越好.最佳效果：当氯化钙掺杂量为20%，投加量为200mg/L时，TP为0.23mg/L，TP去除率为93.5%.这是由于氯化钙溶于水后能生成Ca(OH)2，与废水中的部分磷酸盐形成Ca5(PO4)2和Ca5(PO4)3OH难容性沉淀，同时聚铁中的Fe3+与废水中的部分磷酸盐FePO4沉淀，从而达到除磷目的.同时，由于聚铁的最佳使用pH为8左右，引入氯化钙后，提高了废水的pH值，从而使聚铁能更好地发挥絮凝作用，氯化钙与聚铁协同除磷效果优于聚铁.

2.3 硫酸镁掺杂量对除磷效果的影响

同样的，在固体聚合硫酸铁中掺入不同质量分数的硫酸镁，考察硫酸镁掺杂量在不同投加量(以固体计)条件下对市政废水除磷影响，结果见图3.

图3 硫酸镁掺杂量对总磷去除的影响

结果表明固体聚铁中引入硫酸镁，与引入高铁酸钠除磷效果相近，随着投加量的增加，其除磷率先上升后下降.由于Mg2+能与PO4-形成微溶于水的Mg3(PO4)2，因而引入硫酸镁后，除磷效率提高.当投加量超过150mg/L时，除磷效率有所降低，原因是过量的除磷剂使得废水上清液的浊度增加，部分细小絮状物短时间内无法沉降下去，导致总磷浓度升高.最佳效果：当硫酸镁掺杂量为20%，投加量为150mg/L时，TP为0.21mg/L，TP去除率为94.1%.

2.4 改良除磷剂除磷效果及污泥沉降比对比

实验中分别选取固体聚铁、含量为10%(以固体计)的高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁改良除磷剂，分别记为除磷剂A、B、C、D，进行除磷对比实验，同时检测上清液总磷浓度及测定混合液悬浮固体，实验结果见表1及图4.

图4 4种除磷剂除磷效果对比

结果表明相同掺杂量下，当除磷剂投加量小于150mg/L时，掺杂高铁酸钠的除磷效果最佳，其次是硫酸镁，再次是氯化钙，三者的除磷效果均优于固体聚铁.而当投加量高于180mg/L时掺杂氯化钙的除磷剂，除磷效果会优于掺杂硫酸镁和高铁酸钠的.

表1 四种除磷剂的污泥沉降体积

观察表1数据表明，在相同投加量条件下，经过改良的除磷剂污泥沉降体积都有一个幅度的提升，产生的污泥沉降体积大小顺序为氯化钙>硫酸镁>高铁酸钠>固体聚铁.添加氯化钙(除磷剂C)的污泥沉降体积最大，约为聚铁的1.4-1.6倍，产生的化学污泥量最多，出水pH偏高，硬度大；掺杂镁盐的除磷剂，除磷效果以及化学污泥产生量均居中，约为聚铁的1.2-1.4倍，且上清液颜色较浅；而掺杂高铁酸钠的除磷剂是是三者中污泥沉降比最小的，约为聚铁的1.1-1.3倍，且产生的矾花较大，沉降速度较快，矾花较密实，上清液较清澈，略显黄色.

3 结论

(1)在高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁掺杂量相同的情况下，掺杂高铁酸钠的除磷效果最佳，其次是硫酸镁，再次是氯化钙，三者的除磷效果均优于固体聚铁.

(2)固体聚铁以及掺杂高铁酸钠、氯化钙的改良除磷剂用于除磷，总磷呈先下降后升高趋势，且掺杂量越高除磷效果越好；除磷效果与除磷剂的投加量存在着一定的关系，不宜过高或过低，存在着最佳投加量.

(3)氯化钙的掺杂量越高，除磷效果越好，且随着投加量的增加，废水中的总磷含量越低.

(4)相同掺杂量以及药剂投加量条件下，产生的污泥沉降体积大小顺序为氯化钙>硫酸镁>高铁酸钠>固体聚铁.