化学除磷药剂硫酸亚铁应用于污水处理

一、前言
近年来，我国水体富营养化现象日趋严重，这严重威胁着饮用水安全。随着国家对污水排放要求的提高，通过投加化学药剂来强化除磷效果将逐渐被应用。
二、化学辅助除磷工艺
化学辅助除磷工艺是指在充分发挥生物除磷的基础上将一定量的化学除磷药剂投加到反应器中辅助除磷。因不需要增加额外的构筑物，而且除磷效果明显而稳定，该工艺在污水处理中得到了广泛应用。在此工艺中，由于化学和生物的协同作用，其对有机物、总磷和悬浮固体的去除效果显著优于传统的生物脱氮除磷工艺。而药剂的投加位置及投加量对出水TP含量及运行成本产生很大影响，故需对药剂投加点及投加量进行优化。为了对化学辅助除磷工艺进行优化，本试验利用两套倒置A2O反应器处理污水，以化学除磷药剂硫酸亚铁为辅助除磷药剂，通过试验来选择最佳的药剂投加点及最佳的药剂投加量。
2．1投加点的研究
对于向活性污泥法处理系统中投加化学药剂辅助除磷的药剂投加点一般考虑两个投加点：厌氧池末端和好氧池末端。从化学反应角度考虑，投加点可选在厌氧池末端，因为在厌氧条件下，水中的PO43-浓度最高，这有利于化学药剂与PO43-反应产生不可溶或微溶性物质而将磷从水中除去。从经济角度考虑，投加点可选在好氧池末端，这样可以节省药剂使用量，从而降低运行成本。本试验通过在倒置A2O工艺的厌氧池末端和好氧池末端投加化学辅助除磷药剂FeS04，通过比较处理效果来确定最佳投加点。
按照去除磷元素与絮凝剂中金属的摩尔比(TP／Me)为1.6:1投加药剂，硫酸亚铁在不同投加点投加对污水处理的效果见表1。
从表1可以看出，在不同的投加点投加药剂，对CODcr、TN、SS等的去除率没有明显的差距。而对于磷的去除，在好氧区末段投加比在厌氧区末端投加效果更好，其中TP去除率比在厌氧区投加高出4%，达到94％。综合分析，确定最佳投加点为好氧区末端。
2.2投加量的研究
在2套平行装置好氧区末端按照絮凝剂中金属与去除磷元素的摩尔比(Fe／TP)为：1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1投加化学药剂硫酸亚铁，待系统运行稳定后检测进出水水质。
2.2.1 TP的去除效果
不同FeS04的投加量对TP的去除效果见图1。随着硫酸亚铁投加量的增加，水中TP的去除率的增加趋势明显，但硫酸亚铁的投加量与TP的去除率并非成直线关系。当Fe/TP≤ 1.6时，TP去除率增加明显；当Fe/TP≥1.6时，TP的去除率没有明显增加趋势。当Fe/TP≥1.6时，出水TP含量均小于0.5mg/L，达到一级A排放标准，所以Fe/TP=1.6为最佳投加量。
从化学反应上分析，在硫酸亚铁的投加过程中有如下反应：
3Fe2+ + 2PO43- → Fe3（PO4）2↓
4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O
Fe3+ + PO43-→ Fe PO4↓?
可知，硫酸亚铁溶于水后，Fe2+一方面与PO43-形成难溶性的盐，一方面被氧化后形成Fe3+与PO43-生成难溶性的盐。另外还伴随着强烈的水解反应发生，在水解的同时发生聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基络合物，如Fe5(OH)87+、Fe7(OH)129+等，这些羟基络合物能有效地降低或消除胶体的毛点位，通过沉淀分离去除磷。
当Me/TP≥1.6时， 硫酸亚铁对TP的去除率的提高逐渐变缓，可见化学药剂的投加量与去除的TP量之间并不呈正比关系，存在一个最加量。
2.2.2 PO43-去除效果
不同FeS04的投加量对PO43-的去除效果见图2。当Fe/TP≤1．6时，PO43-去除率增加明显；当Fe/TP≥1.6时，PO43-的去除率没有明显增加趋势。不难看出PO43-去除率变化趋势与TP的变化趋势大体相似。这是由于水中的TP主要以可溶性磷酸盐形式存在，而化学药剂对溶解性磷酸盐的去除效果非常明显，这一点可以从溶解性磷酸盐的去除率高达97％看出，所以化学药剂投加量成为TP去除的主要因素，故2者呈现出相似的变化规律。
2.2.3 出水总Fe含量变化
水体中Fe含量的增加，铁的沉积作用对底泥中磷的沉积和释放产生一定的影响，另外铁是刺激藻类生长引发湖泊水华的一个重要因素。因此在使用铁盐强化除磷时，必须考虑出水总铁含量，以免造成二次污染。
不同FeS04投加量对出水总铁的影响见图3。出水中总铁含量随着药剂投加量的增加而呈上升趋势，但当Fe/TP≤1.6时，出水总铁保持在2.75mg／L左右，没有明显的上升趋势，可满足地表水环境质量标准中对铁浓度的规定。