关键词： 痕量磷； 絮凝剂； 生活污水
0 引言
近年来，城市污水中 N,P 浓度较高，导致城市周 边水体富营养化， 造成了严重的社会经济与环境问 题[1-2]。 而解决富营养化问题的根本途径是控制进入 水体的磷含量[3]。 化学除磷技术和生物除磷技术是国内外常用的除磷方法[4-5]。 生物除磷技术无需添加任何化学药剂，因此可节约除磷成本，同时在厌氧段 具有良好的脱水性能，但因其除磷有限，含磷量高的 生活污水虽经处理也很难达到国家排放法规和标 准[6]，导致痕量磷残存。化学除磷技术主要采用钙盐、 铝盐和铁盐等金属盐，因其除磷效率高[7]，在废水除磷的研究中广泛应用[1]。 现行新标准要求污水出水水质应达到地表水准 Ⅳ类水质标准（TP 质量浓度低于 0.3 mg/L），而西安 市某污水处理厂出水中 TP 质量浓度有时可达 1 mg/L，说明其出水水质不稳定。 采用某专利药剂处理后出水水质可达标，但处理费用高达 2 万元/d，除磷成本 过高。 综合考虑后拟采用 FeSO4 对该污水处理厂生 化出水痕量磷作深度处理， 以寻求低廉方案使污水达标排放。
1 试验方案
1.1 试验水样
试验所用水样取自西安市邓家村污水厂二次沉 淀池进水，其中 ρ（TP） = 0.98 mg/L，pH 值为 6 ~ 7。 西安市邓家村污水厂生化处理单元主要采用多级多 段 A/O/A/O 工艺。
1.2 主要药品、试剂及仪器
主要药品及试剂：FeSO4·7H2O（分析纯，天津市 科密欧化学试剂有限公司）；硫酸（分析纯，成都市科隆化工试剂厂）；抗坏血酸（分析纯，成都市科隆化工 试剂厂）；过硫酸钾（分析纯，上海源叶生物科技有限公司）；钼酸铵（分析纯，金堆城钼业股份有限公司化学分公司）。
主要仪器：电子天平（AL204，梅特勒-托利多仪 器（上海）有限公司）；四联数显电动搅拌机（JJ-4A， 金坛区西城新锐有限公司）；手提式压力蒸汽灭菌器 （DGS-280C 型，江苏登冠医疗器械有限公司）；分光 光度计（722 型，上海光谱仪器有限公司）。
1.3 试验步骤
取 4 个体积为 250 mL 的烧杯， 分别加入 100mL 的城市生活污水水样后置于四联数显电动搅拌机上搅拌。 在室温下，再分别加入 0.5,1.0,1.5 和 2.0mL 的质量浓度为 10 g/L 的 FeSO4 后以一定的程序 （混合时间为 1 min，搅拌转速为 200 r/min，该阶段 加药，反应时间为 20 min，反应转速为 100 r/min，沉 淀时间为 30 min）在搅拌机中进行混凝反应，反应结 束后取出沉淀，取上清液过滤，采用钼酸盐分光光度 计法分别测定其总磷（TP）值。
2 试验结果与讨论
2.1 FeSO4 投加量
FeSO4 投加量对混凝效果的影响， 试验结果见 图 1。 由图 1 可以看出， 当 FeSO4 的投加量逐渐增加，TP 的质量浓度呈先降后升趋势。 说明投加少量的絮凝剂即可获得良好的絮凝效果， 絮凝剂投加量 过大反而导致混凝效果较差。 推断其原因是因为混凝剂投加过量， 原本脱稳的胶体再次吸附了大量带有相反电荷的金属水解离子，使得其重新带电，出现了吸附脱稳再重新稳定的效应[8]，与此同时，溶液的TP 浓度也相应升高。 FeSO4 的投加量为 1.0 mL 时，除磷效率最高，达 99.16%，因此，FeSO4 最佳投加量 为 1.0 mL。
2.2 混凝转速
取 4 个体积为 250 mL 烧杯， 分别加入 100 mL的水样，FeSO4 投加量均为 1.0 mL，混凝转速分别为200，250，300，400 r/min，其余条件同 1.3 步骤。 试验 结果见图 2。
由图 2 可以看出，TP 去除率随转速的增加总体 呈下降趋势。混凝强度过高导致微絮体易破碎，说明 这 2 种情况下生成絮体的数量较少， 故混凝效果较 差， 当转速达到 350 r/min 后 TP 浓度又有小幅回升。 但过高的搅拌强度造成动力成本增大， 且其去除效果低于转速为 250 r/min 时的去除效果； 低搅拌速度 下，混凝剂又不可以均匀分散到水中。 因此，从技术经济角度综合考虑，在混合阶段，当转速为 200 r/min混凝时沉淀效果最好， 除磷效率最优， 去除率为99.16%。 最终确定 FeSO4 最佳混凝转速为 200 r/min。
2.3 絮凝转速
取 4 个体积为 250 mL 烧杯， 分别加入水样 100ml，FeSO4 投加量均为 1.0 mL，混凝转速为 200 r/min， 絮凝转速分别为 100，120，150，180 r/min，其余条件同 1.3 步骤。 试验结果见图 3。
由图 3 可以看出，有机物及 TP 的质量浓度随着转速增加呈先降后升再降趋势， 在转速为 120 r/min时的出水效果较好。在絮凝过程中，强烈搅拌则使小颗粒难以形成较大颗粒，并且大絮体容易破碎，不利 于絮体的生成，导致沉淀的吸附量减少，溶液中 TP值增加。 在转速为 100 r/min 时 FeSO4 的除磷效能最 佳，除磷效率为 99.16%。 最终，确定最佳絮凝转速为100 r/min。
2.4 絮凝时间
取 4 个体积为 250 mL 烧杯，分别加入 100 mL的 水样，FeSO4 投加量均为 1.0mL， 混凝转速为 200 r/min， 絮凝转速为 100 r/min，絮凝时间分别为 10，20，30，40 min，其余条件同 1.3 步骤。 试验结果见图 4。
由图 4 可以看出，TP 值随絮凝时间的增加先降 后升并趋于稳定， 推断原因是因为絮凝物随絮凝时间的延长逐渐增加， 沉淀对含磷酸盐的吸附量也逐 渐上升，FeSO4 在絮凝 40 min 时达到最佳效果，除磷率为 99.37%，在 20 min 时除磷率为 99.16%，与 40min 相差较小，从技能经济的角度考虑，最终确定最 佳絮凝时间为 20 min。
2.5 沉淀时间
取 4 个体积为 250 mL 烧杯， 分别加入 100 mL的水样，FeSO4 投加量均为 1.0 mL， 混凝转速为 200r/min，絮凝转速为 100 r/min，絮凝时间为 20 min，沉 淀时间分别为 10，20，30，40 min，其余条件同 1.3 步 骤。 试验结果见图 5。
由图 5 可以看出， 水样中 TP 值随沉淀时间的 增加逐渐降低并趋于稳定， 说明延长沉淀时间有利 于 TP 的去除。 推断原因是因为絮凝过程中部分微 小胶体离子未被胶体聚集吸附，随沉淀时间延长，胶 体粒子将继续吸附沉降，从而提高了 TP 的去除率， 但在沉降过程中，存在粒径过小的悬浮物没有脱稳，因其受力平衡， 即使时间延长也未能继续沉淀。FeSO4 在沉淀 30 min 时达到最佳效果， 除磷率为99.37%。 确定最佳沉淀时间为 30 min。
2.6 pH 值
取 4 个体积为 250 mL 烧杯， 分别加入 100 mL的水样，FeSO4 投加量均为 1.0 mL， 混凝转速为 200r/min，絮凝转速为 100 r/min，絮凝时间为 20 min，沉 淀时间为 30 min，pH 值分别为 5，6，7 和 8 时，其余条 件同 1.3 步骤。 试验结果见图 6。
由图 6 可以看出， 随着 pH 值的升高，FeSO4 对TP 的去除率呈先增后降趋势。 推断其主要原因：① 在低 pH 值下，磷在水体中的溶解度相对较高，所以 形成的磷酸铁沉淀比较少，除磷效率较低；②较高的pH 值下，虽也形成一些磷酸铁沉淀，但氢氧化铁胶 体颗粒所带的负电性易于吸附正离子， 因此降低了对磷的吸附能力，然而在合适的 pH 值条件下，铁盐 的水解产物可与水中的磷酸根离子有效结合， 发生化学沉淀或吸附等[9]生成一种稳定的络合物。 FeSO4 在 pH 值 = 7 时 除 磷 效 果 最 好 ，TP 的 去 除 率 为99.37%。
3 结论
后置化学除磷工艺是去除痕量磷和实现城市污水处理厂出水 TP 达到地表水 IV 类标准（0.3 mg/L） 的经济有效方法[10]。 用单因素实验法分别进行试验， 最终确定最佳工艺参数：ρ（FeSO4） = 10 g/L，投加量为1 mL，混凝转速为 200 r/min，混合时间为 1 min，絮凝转速为 100 r/min，絮凝时间为 20 min，沉淀时间为 30min，pH 值为 7，除磷率为 99.37%，出水 TP 质量浓度 约 0.01 mg/L，可达到地表水准Ⅳ类水质标准。
原标题：硫酸亚铁对污水厂痕量磷去除效果的研究
原作者：宋晓乔 ， 宋少花 ， 王宇峰 ， 马传澍 ， 方 睿 ， 任天龙 3， 周 涛
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