高铁酸盐对生活污水脱氮除磷效果研究

崔 鹏，张向远，刘 斌

(1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.福建湄洲湾氯碱工业有限公司，福建 泉州 362800)

0 引言

生活污水的过度排放是造成水体污染的重要因素。 水体中氮和磷的含量过高，就会为水体中的浮游植物提供更为充足的养分，造成水体的富营养化。 因此，许多学者将脱氮除磷作为净水的研究热点[1]。 在传统的生活污水处理工艺中，常用的净水剂有聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝、聚丙烯酰胺等。 在进行水处理的过程中，这些净水剂都会或多或少地对水质产生二次污染。 因此，开发绿色高效、经济环保型的新型净水剂成为研究的热点[2]。

高铁酸盐具有很强的氧化性，可以起到絮凝的效果，并且对环境和生物无毒害作用，是一种绿色环保净水剂[3]，近期已成为许多研究者关注的焦点。本文以黄河水利职业技术学院校区污水处理厂的污水为研究对象，用自制的高铁酸盐对其进行处理，研究了在现有条件下对生活污水中氨氮和总磷的去除效果，得到了试剂投入量的最佳体积。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

实验所用仪器包括：分光光度计（TU-1810）（上海美谱达仪器有限公司生产）、 医用手提式蒸气消毒器或一般压力锅（上海三申医疗器械有限公司生产）、电子天平（BSA124S，METTLER TOLLEDO 公司生产）、微波密封消解COD（汕头市环海工程总公司生产）、超声仪（KQ-400KDE，昆山市超声仪器有限公司生产）。

实验用试剂包括：高铁酸钠溶液、纳氏试剂、酒石酸钾钠溶液、硫酸银、硫酸银－硫酸试剂、重铬酸钾标准溶液、硫酸亚铁铵标准滴定溶液、硝酸、高氯酸、抗坏血酸、氢氧化钠、过硫酸钾、钼酸盐溶液、浊度-色度补偿液、磷标准贮备溶液。

1.2 实验步骤

1.2.1 水样预处理

取16 个150 mL 小烧杯，各加入100 mL 水样，再分别加入体积为0.00 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.50 mL、0.70 mL、0.90 mL、1.00 mL、1.30 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL、6.00 mL、7.00 mL、8.00 mL、10.00 mL 自制的高铁酸钠溶液。 用体积比为50%的硫酸调节其酸碱，使pH 值等于7，然后将处理好的水样放于超声仪内， 进行超声处理30 min。超声处理过后，用抽滤装置进行抽滤。 将抽滤后的溶液放入试剂瓶中，保存待测。

1.2.2 氨氮、总磷标准曲线的绘制

（1）氨氮标准曲线的绘制。

分别吸取0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、 和10.00 mL 铵标准液于7 个50 ml 比色管中，均加无氨水至标线。 再向各比色管中加入1.0 ml 酒石酸钾钠溶液和1.0 mL 纳氏试剂，混匀并放置10 min 后， 以无氨水作参比， 用光程20 mm 的比色皿、在波长420 nm 处测量吸光度。

测得的吸光度减去零浓度空白管的吸光度，得到校正吸光度。 以氨氮含量（mg）为横坐标，以校正吸光度为纵坐标，绘制标准曲线（如图1 所示）。 由标准曲线获得回归方程y=0.00067x+0.0359，其相关系数R2=1，证明曲线的相关性较好。

图1 氨氮标准曲线Fig.1 Ammonia standard curve

（2）总磷标准曲线的绘制。

取9 支50 mL 具塞刻度管并编号，按编号分别吸取烧杯中水样5.0 mL 于具塞刻度管，并用蒸馏水定容至25 mL，向试样中加4.0 mL 过硫酸钾。 将具塞刻度管的盖子塞紧，用一小块纱布和线将玻璃塞扎紧（或用其他方法固定），放在大烧杯中，置于高压蒸气消毒器中加热。 当压力达1.1kg/cm2、相应温度为120℃时，保持30 min 后停止加热。待压力表读数降至零后，取出放冷。 然后，用蒸馏水稀释至标线。

分别向各份消解后的溶液中加入1.0 mL 抗坏血酸溶液，混匀30s 后，加2.0 mL 钼酸盐溶液，并充分混匀。 在室温下放置15min 后，以蒸馏水做参比，用光程为30 mm 比色皿在700nm 波长下测定吸光度。 扣除空白试验的吸光度后，从工作曲线上查得磷的含量。

取7 支具塞刻度管分别加入0.00 mL，0.50 mL，1.00 mL，3.00 mL，5.00 mL，10.00 mL，15.00 mL 磷酸盐标准溶液。 加蒸馏水定容至25mL，然后按消解步骤进行处理。以水做参比，测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后，与对应的磷的含量结合，绘制标准曲线（如图2 所示）。 由所获得的标准曲线，得到回归方程y=0.020x+0.0001。 其中，相关系数R2=0.9996，证明标准曲线的相关性较好。

1.2.3 水样的测定

在与做标准曲线相同的条件下，测已处理好水样的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 高铁酸盐对污水中氨氮去除率的影响

加入不同量的高铁酸盐溶液，比对水样中氨氮的去除效果，测得结果如表1 所示。

图2 总磷标准曲线Fig.2 Total phosphorus standard curve

由表1 可以看出， 原始水样的氨氮的浓度为133.89mg/L。加入不同体积的高铁酸盐以后，水样中氨氮浓度随着加入量的增加而减小，水样中氨氮的去除率逐渐增加。

表1 加入高铁酸盐后氨氮的测定结果Table 1 Ammonia nitrogen determination results after ferrate added

以加入高铁酸盐溶液体积为横轴，以水样中氨氮的去除率为纵轴，画出氨氮去除率的变化趋势线（如图3 所示）。

图3 氨氮去除率的变化趋势Fig.3 Variation tendency of ammonium-nitrogen removal rate

由图3 可以看出， 加入不同量的高铁酸钠溶液，水样中氨氮的去除率呈直线上升趋势，在加入6.0 ml 时，水样中氨氮的浓度为0，达到最高去除率（100%）。 因此，对于100 mL 常规生活污水水样，只需6 mL 的高铁酸盐就能够完全消除其中的氨氮。在生产实际中处理生活污水时，不要求氨氮去除率必须达到100%。 所以，在节约试剂又满足排放标准的要求下，100 mL 生活污水可以只加入高铁酸盐5.0 ml，这时的去除率能够达到92.4%，足以达到净水的目的。

2.2 高铁酸盐对污水中总磷去除率的影响

同样的，加入不同量的高铁酸盐溶液，测得水样中总磷的去除效果如表2 所示。

由表2 可以看出， 原始水样中总磷的浓度为7.92 mg/L，加入不同体积的高铁酸盐以后，水样中总磷的浓度随着加入量的增加而减少，水样中总磷的去除率逐渐增加。

表2 加入高铁酸盐后总磷的测定结果Table 2 Total phosphorus determination results after ferrate added

以加入不同高铁酸钠溶液体积为横轴，以水样中总磷的去除率为纵轴，绘制总磷去除率的变化趋势线（如图4 所示）。

从图4 可以看出，随着水样中加入的高铁酸钠溶液的增加，水样中的总磷越来越少，总磷的去除率越来越大。 当加入高铁酸钠1.3 mL 左右时，水样中总磷的浓度由原始浓度的7.92 mg/L 下降至0.75 mg/L，去除率已经达到90.6%以上，完全可以满足现实生产中生活污水的排放要求。

图4 磷的去除率与加入高铁酸盐体积的关系Fig.4 Relations of phosphorus removal rate andferrate added volume

3 结语

本实验以黄河水利职业技术学院校区污水处理站废水为处理对象，结果表明：高铁酸钠溶液对校区污水的脱氮除磷效果非常好， 每100 mL 生活污水，只需加入5 mL 的高铁酸钠，就可以使水样中氨氮的去除率达到90%以上；加入1.3 mL 的高铁酸钠， 就可以使水样中的总磷去除率达到90%以上。因此，用自制的高铁酸钠溶液进行处理，完全可以满足国标中关于生活污水脱氮除磷的排放标准。 该实验结果可以为小型生活污水处理厂污水处理提供参考依据。

[1] 娄金生，谢水波，何少华. 生物脱氮除磷原理与应用[M].长沙：国防科技大学出版社，2002.

[2] 周桔,庄绪亮,杨萍.中国科学院水污染研究现状与展望[J].科技与社会,2009,24（5）:504-510.

[3] Jia QianJiang, Barry Lloyd. Progress in the development and use of Ferrate (/I)salt as an oxidant and coagulant for water and wastewater treatment[J]. WaterRes,2002,36（3）:1397-1408.