硫酸亚铁法深度处理城市生活污水的效能

谢鸿飞，杨 军，何义亮

（1.兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070；2.上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240）

随着城市化和工业化进程的加快，城市生活污水的产生量不断增加，污染日益严重，虽然近年来我国的城市生活污水处理水平有了很大的提高，但是仍然存在很多的问题，如处理设备及技术的落后，导致大量未达标或未经处理的水直接排入江河湖泊，对水体环境造成了巨大破坏[1-3]。城市生活污水的COD、TN和TP都相对较高，经过城市污水厂的物理处理及化学处理后，COD和BOD的含量大大降低，但出水TN和TP仍然很高[4]。因此，可以选择一些化学药剂在不影响其他指标去除率的前提下，针对TN，TP进行处理[5,6]。

硫酸亚铁法处理城市生活污水主要原理是硫酸亚铁与水和氯酸钾反应后生成氢氧化铁胶状物质，能吸附水中的杂质悬浮物，起到净水作用。它不仅可以作为生化系统中微生物的铁营养，提高系统中微生物的活性，而且它可以和硫化物、磷酸盐等生成沉淀物，从而去除硫化物、磷酸盐等[7-9]。因此本文在一定的监测数据基础上，采用硫酸亚铁法对其进行处理以去除部分污染物并提高污水的可生化性。

1 污水水质及处理流程

本试验所用污水来自某工业园区的生活污水厂，此污水厂的整体生物处理工艺由两大部分构成，第一部分为由预缺氧、厌氧、缺氧、好氧工艺和“微孔曝气氧化沟”技术相结合的改良A-A／A／O生化处理工艺，设计出水水质需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级B标准[10]；第二部分为由生态砾石床、生态氧化池和垂直流人工湿地构成的深度处理工艺，设计出水水质主要指标要达到《地表水环境质量排放标准》（GB 3838—2002）的Ⅲ类标准[11]。

经过一个阶段的持续监测，该厂的各项指标进出水的平均值及去除率如表1。

表1 各项指标进出水的平均值及去除率Tab.1 Average Value of Influent and Effluent and Its Removal Rates

由表1可知污水厂实际进出水水质情况，进水CODCr浓度在 37～127 mg／L 范围内，进水 BOD5在8～45 mg／L 范围内，BOD／COD 在 0.4 左右，污水的可生化降解性比较低；从总去除率可以看出，NH3-N、COD、BOD去除效果较好；TN、TP的去除率较差。

在A-A／A／O阶段COD、BOD、NH3-N 的去除率达到50%以上，TP的去除率相对比较低，而在此阶段TN的含量相比进水没有减少，反而有一定程度的增加；生态池对COD、BOD有一定的去除能力，但是对NH3-N、TN和TP的去除率很低，维持在10%左右；与生态池相比人工湿地对NH3-N的去除率较高，但对其他污染指标的去除效果一般。总体看来，该厂 A-A／A／O 段出水 COD、BOD、NH3-N、TN 达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级B，TP超标。人工湿地出水COD、NH3-N、BOD达到《地表水环境质量排放标准》（GB 3838—2002）的Ⅲ类水的排放标准[11]，但是TP、TN出水水质依然不达标。

因此，针对水厂出水TP不达标的情况设计试验，采用硫酸亚铁[5]对其进行处理，确定硫酸亚铁投加量，并且检测投加硫酸亚铁对各污染物质去除率的影响。

2 小试试验与结果分析

2.1 试验方法

试验选用水样为好氧池出水口的混合液。

试验步骤为：采用静态烧杯试验，针对硫酸亚铁，改变投加量，得出不同投加量 0，10，15，20，25，30，35，40，50 mg／L 条件下对色度、COD、TP、NH3-N的去除效果。在1 000 mL均匀水样中，用磁力搅拌器快速搅拌30 s，中速搅拌5 min，慢速搅拌10 min，静置沉淀30 min。取澄清的上清液进行监测分析。以不加药水样静沉30 min作空白，进行相对的比较测定。

2.2 试验仪器及分析方法

试验仪器设备主要包括磁力搅拌器、电子天平、SP-752紫外-可见分光光度计、KDB-ⅢCOD微波消解仪。

COD：重铬酸钾法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；TP：钼锑抗分光光度法；色度：铂钴标准比色法[12]。

2.3 试验结果与分析

不同加药浓度对色度、COD、TP、NH3-N的去除效果如图1。

图1 加药浓度对各污染物去除率的影响Fig.1 Influence of Ferrous Sulfate Concentration on Pollutant Removal

由图1可以看出，硫酸亚铁对TP的去除效果最佳，投加15 mg／L时，去除率达到60%以上，投加前后比较去除率提高了40%，在20 mg／L依然有一定程度的提高，之后达到相对稳定；硫酸亚铁对COD的去除效果在15 mg／L时效果最佳，去除率达到80%以上，投加前后比较去除率提高了45%，之后去除率随投加量的增加而减小；硫酸亚铁对NH3-N的去除效果不是很明显，当投加30 mg／L时，去除率仅提高了20%左右；硫酸亚铁的浓度对色度有一定的影响，当加药浓度在25 mg／L时，色度由原来的15提高到了20，之后随投加量的增大而持续升高。

通过综合考察不同浓度硫酸亚铁对色度、COD、TP、NH3-N的去除效果可知：在不影响出水色度的前提下，当硫酸亚铁投加量为10 mg／L时，各个指标的去除率提高幅度较大，能达到很好去除效果。因此，选取投加量为5，10 mg／L进行中试试验。

3 中试试验与结果分析

结合小试的试验结果并充分考虑工艺的经济性及可行性，在工程实施中选择5 mg／L和10 mg／L的投药量进行对比，每个浓度连续投加7 d，每日监测二沉池出水的COD、TP、NH3-N等。最后确定硫酸亚铁的最佳加药量后，进行持续投加。

3.1 投药对TP的影响

图2 加药前后对TP的影响Fig.2 Influence of TP Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

由图2可以看出，加药前，系统对TP的去除率很低，在20%～30%之间；加药后，虽然由于进水水质变化，进水TP浓度明显提高，但出水TP浓度明显降低且相对稳定，去除率达到50%。当加药浓度达到10 mg／L时，TP的去除率未随药剂浓度的提高而出现明显的变化，说明硫酸亚铁的投加量对TP的去除率影响大一些。与5 mg／L相比，10 mg／L的药剂投加对TP达到了更好的去除效果。

3.2 投药对COD的影响

由图3可以看出，加药前出水COD浓度维持在10 mg／L左右，但由于进水水质波动较大，对COD的去除率波动也较大；加药后，出水COD的浓度稳定保持在5 mg／L，因而得出硫酸亚铁的投加量对COD的去除率无明显影响。

3.3 投药对NH3-N的影响

由图4可以看出，投药前，NH3-N去除效果的波动性较大，但是去除效果仍然保持在85%以上，投药初期，NH3-N去除效果未见明显变化，但随着加药的持续，NH3-N去除率逐渐提高，达到90%以上，出水NH3-N浓度逐日下降并稳定在相对较低的数值水平。可以看出硫酸亚铁对NH3-N的去除率有略微提高。

图3 加药前后对COD的影响Fig.3 Influence of COD Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

图4 加药前后对NH3-N的影响Fig.4 Influence of NH3-N Value and Its Removal Rate before and after Adding Ferrous Sulfate

3.4 结果与成本分析

上述工程验证结果表明，当投药量达到5 mg／L时，可以提高各项指标的去除率，并使其出水浓度稳定在一个较低的数值。投药量提高到10 mg／L，虽然各项指标都不同程度有所提高，但增幅较小。工程试验中也曾将投药量保持在10 mg／L，但发现长时间的投加以及当地天气的影响会导致二沉池出水偏黄。综合技术经济因素考虑，确定最佳投药量为5 mg／L。硫酸亚铁市场价格按250元／t计，则因投药而增加的吨水药剂费用为0.005元。

4 结论

（1）针对污水处理厂A-A／A／O阶段对各项指标的去除率比较低，TP出水水质不达标等状况，通过在生物系统活性污泥混合液出口投加硫酸亚铁，改善二沉池絮凝沉降性能，提高回流污泥浓度和生物系统污泥浓度，从而改善整个生物处理系统的性能，实现稳定运行。

（2）在小试研究的基础上，通过工程验证，选择硫酸亚铁为混凝剂，推荐最佳投药量为5 mg／L。

（3）工程实施效果表明，投加硫酸亚铁后，TP的去除效果非常明显，对其他指标也有一定程度的去除率，但是效果并不是很显著。

（4）经济性分析表明，由于投加药剂增加的运行费用吨水不足一分钱。工程上增设投药系统简单易行，几乎不需要进行土建工程整改。该技术有望在存在类似问题的污水处理厂推广应用。

［1］冯波,金婷婷,牛明达.城市生活污水处理发展现状和工艺研究[J].北方环境,2011,23(11)：199.

［2］顾润南.我国城市生活污水处理方法述评[J].环境保护,2001,29(9)：47-48.

［3］王月红,王正林,杨敏.生物接触氧化技术在生活小区污水处理中的应用[J].净水技术,2005,24(4)：28-30.

［4］胡曦明.城市生活污水处理技术的发展趋势分析[J].民营科技,2012,18(1)：32.

［5］陈艳莉.工业硫酸亚铁对A2／O氧化沟除磷效果的影响[J].汕头大学学报(自然科学版),2004,19(4)：25-28.

［6］康晓丹,杨开.化学除磷药剂的比较试验[J].山西建筑.2008,34(29)：200-201.

［7］施微,孙玉华.硫酸亚铁混凝剂氯化系统在水厂中的应用[J].城镇供水,2012,32(1)：23-24,28.

［8］杨炳良,裘贞庭,李梅君,等.利用副产硫酸亚铁和废酸合成新型混凝剂——聚合硫酸铁的研究[J].净水技术,1986,5(1)：17-20.

［9］张亮,诸奂中.硫酸亚铁代替硫酸铝作为混凝剂的实践[J].净水技术,1983,2(1)：31-32.

［10］GB 18918—2002,城镇污水处理厂污染物排放标准[S].北京：标准出版社,2002.

［11］GB 3838—2002,地表水环境质量排放标准[S].北京出版社,2002.

［12］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社,2002.