・水环境与设备研发・CITYANDTOWNWATER。。糕‰疆雹SUPPLY◆“、节嘲黪喝翻∥臻●黟蔫●尹=乏硫酸亚铁用于生物化学协同除磷的影响因素研究刘莉莎,王宏杰,董文艺,韩贵超(哈尔滨工业大学深圳研究生院,深圳市水资源利用与环境污染控制重点实验室,深圳518055)摘要:通过烧杯试验,考察了同步曝气及曝气时间、原水pH值、初始活性污泥浓度和药荆投加量对硫酸亚铁用于生物化学协同除磷的影响。结果表明:同步曝气能大幅硫酸亚铁生物化学协同除磷效果。在亚铁投加量为10mg/L(以Fe2+计)的条件下。同步曝气的反应器出水rIP含量为2.00mg/L,而不曝气时的出水11P为4.31mg/L。同步曝气过程中,协同除磷反应迅速,在1min以内即可达到稳定的SP去除效果。同时。在原水pH值为5.5—8.5范围、初始活性污泥浓度在1000mg/L以上时具有较好的除磷效果,且除磷效果随着药剂投加量的增加而提高。在原水TP为4.6mg/L的条件下,药剂投加量为40mg/L(以Fe2+计)时,上清液11P能降至lmg/L左右。关键词:硫酸亚铁;生物化学协同除磷;运行特性目前,污水处理过程中除磷方法主要有生物法和化学法。生物法具有处理成本低、产泥量少等优点,但受影响因素较多¨圳,尤其当水质波动较大时,单独的生物法往往很难达到稳定有效的除磷效果,因此需要结合化学法使出水稳定达标。化学法除磷效率高于生物法,且操作简单、稳定可靠[5】。按工艺流程中化学药剂投加点的位置可分为前置除磷、协同除磷和后置除磷Ⅲ¨。协同除磷法也称之为生物化学协同除磷法,即将化学混凝剂投加到活性污泥生化处理段,一般投加到生化池的首端或末端,因该方法具有运行方便、占地面积小、相对产泥量少、污泥沉降效果好、处理效果稳定等优点【3d21而被广泛使用,在国外约占所有化学除磷工艺的50%。于协同除磷的影响因素.尚无系统研究。本文系统考察了硫酸亚铁协同除磷的特性,包括曝气与否、曝气时间、原水pH值、污泥浓度和药剂投加量等对除磷效果的影响,以期获得较优的运行方式和参数,为硫酸亚铁用于协同除磷提供技术支持。1材料与方法1.1原水和除磷药剂1.1.1原水试验过程中原水为大学城生活污水,原水水质情况如下:COD=148—280mg/L,NH4+一N=27.3—47.2mg/L,TP=3—5mg/L,SS=78—145mg/L,pH=6.5-7.1。1.1.2污泥试验过程中所用的污泥为曝气生物滤池反冲洗出来的污泥,经清洗、沉淀后进行试验。1.1.3硫酸亚铁硫酸亚铁为分析纯,FeSO。・7H:0含量大于99%。协同除磷法中药剂的选择直接关系到除磷效果,常用的除磷药剂主要有铝系混凝剂和铁系混凝剂。投加铝系混凝剂形成的污泥絮体较松散、颗粒小,沉降速度较慢,而投加铁系混凝剂形成的污泥絮体较大且沉降迅速,相比铝系混凝剂而言更有利于污泥的混凝沉淀[131。硫酸亚铁即为铁系混凝剂中的一种,相比予其他铁盐,具有成本低的优势,单价仅1.2试验过程试验过程中取900mL生活污水,并加入100mL污泥(污泥浓度视试验条件而定),进行后续试验。试验分两类,第一类在未曝气条件下进行,第二类城镇供水增刊2011309为其他铁盐(如三氯化铁)的1/10—1/20。目前,在实际工程中已有部分使用¨4。,但关于硫酸亚铁用恶露。燃j+.’审CITYANDTOWNWATERSUPPLY在曝气条件下进行。未曝气的试验组采用六联搅拌机进行,搅拌条件控制如下:先以300r/rain快速搅拌1min,再以100r/rain中速搅拌10rain,然后50r/min慢速搅拌20rain,最后静置30min;曝气试验组采用小型空气泵进行曝气,曝气结束后静置30min。Fe2+在试验过程中取滤液测定;pH、DO在静置前直接测定;TP、SP在静置30min后取上清液测定。1.3检测方法试验中的常规水质分析分析方法参照《水与废水分析检测方法》(第四版)进行。TP、SP采用钼锑抗分光光度法;Fe“采用邻菲哕啉分光光度法。pH值和溶解氧(DO)采用仪器法,其中pH计为PHB一3型便携式pH计(上海三信仪器),溶解氧仪为YSl550A便携式溶解氧仪(美国YSI)。2结果与讨论2.1同步曝气对协同除磷的影响本组试验考察了同步曝气对硫酸亚铁进行生物化学协同除磷的影响,试验条件如下:原水pH值为6.9,药剂投加量为10mg/L(以Fe2+计),污泥量为1000mg/L,进行同步曝气的反应器中的曝气时间为30rain。结果如图l所示。5430曹v山2lO空白无曝气同步曝气图1同步曝气对协同除磷效果的影响由图l可知,同步曝气能促进硫酸亚铁进行协同除磷的效果。在原水TP和sP分别为4.49mg/L和4.18mg/L的条件下,对于无曝气的反应器,出水11P和SP分别为4.31mg/L和3.09mg/L,除磷效果较差;而对于同步曝气的反应器,出水11P和SP则降至2.00mg/L和1.13mg/L,除磷效果大幅提升。这是由于在无曝气条件下,硫酸亚铁水解生成的产物为Fe(OH):,其絮凝效果较差,除磷效果也不理想。而在曝气条件下,Fe2+被氧化成Fe3+,形成的310城镇供水增刊20ll・水环境与设备研发・Fe(OH),,其混凝效果大幅提升,同时污泥在好氧条件下也对磷有部分吸收作用。因此,同步曝气有利于硫酸亚铁进行协同除磷。2.2曝气时间对除磷效果的影响由上述试验结果可知,在同步曝气条件下,硫酸亚铁的除磷效果较好。而曝气时间不仅可能影响到协同除磷效果,而且也影响处理成本。本组试验考察了曝气时间对协同除磷效果的影响,同步考察了水中Fe2+的变化情况。试验过程中药剂投加量为20mg/L(以Fe2+计),污泥量为1000mg/L,结果如图2所示。353O252Ol5lOO5OOOlO20曝气时间(min)圈2曝气时间对协同除磷效果的影响由图2可知,生物化学协同除磷在极短时间内即可完成,曝气1min后水中SP即由原水的3.17mg/L降到lmg/L以下,而继续延长曝气时间,水中的SP无明显变化。而Fe2+含量的变化与水中sP含量的变化规律基本一致,在1min以内降至lmg/L以下。因此,实际工程中本工艺的停留时间可以很短,构筑物无需太多占地面积。2.3原水pH值对除磷效果的影响原水的pH值对化学除磷影响很大,对于单纯的化学除磷,三价铁盐的最适宜pH范围在4—5,二价铁盐的最佳pH范围为7—8¨引,超过这一范围,除磷效率则大幅下降。而硫酸亚铁用于生物化学协同除磷的最佳pH范围,因其过程较为复杂,与单纯的化学除磷的最佳pH值范围有所不同。原水不同pH值对硫酸亚铁协同除磷效果的影响如图3所示。试验过程中原水11P为4.60mg/L,SP为3.89mg/L,曝气时间为10min,药剂投加量为20mg/L(以Fe2+计),污泥量为1000mg/L。由图3可知,在原水pH值为5至9的范围内,出水中rIP和SP的含量均随pH值的提高呈先下降后上升的趋势,但对TP和sP的去除规律略有不同。・水环境与设备研发・543西邑山2lO56789原水pH值圈3原水pH值对协同除磷效果的影响对于SP,原水pH值在5.5—8.5范围内具有较好的去除效果,上清液中SP的含量均在到lmg/L以下;而对于1P,原水pH值在6—7.5的条件下具有较好的去除效果,上清液中11P含量在1.70mg/L左右。相比与化学除磷,硫酸亚铁进行生物化学协同除磷的适用pH值范围更宽,同时大部分污水处理在该pH值范围内,因此,该除磷方式具有很好的应用前景。2.4污泥浓度对除磷效果的影响协同除磷过程中,除化学药剂起作用外,污泥在协同除磷过程中也非常重要。试验过程中考察了污泥浓度对协同除磷的影响,结果如图4所示。试验过程中原水TP为4.72mg/L,SP为4.15mg/L,pH值为6.7,曝气时间为10min,药剂投加量为20mg/L(以Fe”计)。3.O2.5嚣山1.00.5O.OO500lOoo150020∞污泥浓度(mg”圈4初始活性污泥浓度对协同除磷效果的影响由图4可知,污泥浓度对协同除磷具有一定影响,在一定污泥浓度范围内,除磷效果随着污泥浓度的增加而增加,当污泥浓度达到1000mg/L时,继续增加污泥浓度对协同除磷无明显影响。这主要是因为在污泥浓度低时,污泥发挥的絮凝作用较弱,协同除磷效果不理想;而当污泥浓度达到一定值时,能充分发挥污泥和化学药剂的协同絮凝作用,使除CIITAND蹩‰_雹“阶嘲孵露曩尹{乡TOWNWATERSUPPLY◆磷效果有所提升。有研究表明一J,污泥浓度的提高,能够形成污泥层,增强网捕过滤作用,可明显改善分散性悬浮物和金属磷酸盐细微沉淀物的固液分离和沉淀去除效果,加快絮凝沉淀。本试验研究结果与该文献得到的结论基本一致。2.5药剂投加量对除磷效果的影响药剂投加量对处理成本至关重要,不同投加量下的除磷效果如图5所示。试验过程中原水TP为4.60mg/L,SP为3.89mg/L,pH值为6.7,曝气时间为10min,污泥量为1000mg/L。543一1,∞昌v厶21OOlO203040Fe(mgL)图5药剂投加量对协同除磷效果的影响。由图5可知,当药剂投加量为5mg/L(以Fe2+计)时,1-P的去除率达到了45%;而药剂投加量增加至10mg/L(以Fe2+计)时,TP去除率仅增至53%;在药剂投加量为40mg/L(以Fe2+计)时,11P去除率也仅为75%。可见随着药剂投加量的增加,11P的去除效果有所增加,但增幅变缓。以本试验原水为例,若要使上清液,I.P达到lmg/L,则药剂投加量需在50mg/L(以Fe“计)左右,按硫酸亚铁含铁量为20%、硫酸亚铁200元/吨计算,吨水的药剂成本约为0.04元。3结论通过烧杯试验,考察了硫酸亚铁用于生物化学协同除磷的特性,得到以下结论:(1)同步曝气能大幅度提高硫酸亚铁用于协同除磷的效果,与未曝气条件相比,TP和sP的去除率分别提高了52%和47%;(2)协同除磷过程非常迅速,曝气时间1rain内即可有效除磷;(3)硫酸亚铁生物化学协同除磷适宜pH值范围较宽,在原水pH为5.5—8.5的范围内对SP具有很好的去除效果,在原水pH为6.0—7.5范围内对城镇供水增刊2011311雹l—燃q一审CITYAND四去除效果最佳;果;降至lmg/L左右。参考文献TOWNWATERSUPPLY・水环境与设备研发・学.2002,24(2):81斟.【6]郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M]北京:化学工业出版杜.2004.[7】左艳兵,杨春平,曾光明,等.曝气生物滤池效能关键因素研究进展[J].化工环保,2008,28(1):37-41.(4)污泥浓度对协同除磷有一定的影响,在污泥浓度达到1000mg/L以上时能达到较好的除磷效(5)除磷效果随着药剂投加量的增加而增加,[8]DDHaas,MWontzel,GEkama.Theu∞ofsimultaneouschemicalprecipitationinmodifiedremovalactivatedsludgePart但增幅变缓,在原水11P为4.6mg/L的条件下,药剂投加量为40mg/L(以Fe2+计)时,上清液TP能systems础tiIlgbiological伽e髓phosphate1:Litemturereview[J].WaterSA,2000,26(4):439452.[9]郑兴灿,张悦,陈立.化学一生物联合絮凝的污水强化一级处理工艺[J].中国给水排水,2000,16(7):29-32.[10]饶应福,夏四清,陈轶波,等.化学生物絮凝工艺污染物去除试验研究[J]。环境科学与技术,2006,29(1):lO.12。[11]张志斌,夏四清,赵建夫,等.化学生物絮凝工艺处理城市污水的试验研究[J].工业水处理,2005,25(7):53-56.[12】LP[1]江田民,杨海光,陈筛林,等.污水成分的变化对生物除磷效果的影响[J].环境保护,2003,7:24-27.[2]YGChen,AbiologicalphosphorusratiosARandall,TMcCu己TheemciencyofenhancedQiu,JMa.Lx丑哪导CharacteristicsandutilizationofeJ].Desalination,2007,removalfrom∞嘲dwastewateraffectedbydifferentbiologicallyaeratedfilterbackwashedsludgeofacetictOpmpionicacid[J].WaterResearch,2004,38(01):2∞(1-3):73-80.[13】王琳娜。吴若静.投加混凝剂活性污泥法优选混凝剂试验研究[J].环境科学与管理,2008,33(4):109-112.【14]陈艳莉.工妲硫酸亚铁对A2/O氧化沟除磷效果的影响[J].汕头大学学报,2004,19(4):24-27.27-36.[3]李勇智,彭永臻,张艳萍,等.盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响[j].环境污染与防治,2003.12(6):323-325.[4]TPanswad,ADoungchai,JAnots丘Temperatureeffectmicrobialcommunityofenhancedbiologicalph06phomsx℃moval.WaterResearch,2003,37(2):405415.Oilsystem[J][15]刘召平.陆少鸣,李杉.等.铁盐同步除磷研究[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(6):16-18.[5]邱维,张智.城市污水化学除磷的探讨【J].重庆环境科TheResearchonFactorsAffectingPerformanceofPhosphorusRemovalbyFerrousSulfate—BasedSimultaneousPrecipitationLiuLisha,WangHongjie,DungWenyi,HanGuichaoWaterResourceApplicationand(HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool,ShenzhenKeyLaboratoryofEnvironmentalPollutionControl,Shenzhen518055,China)Abstract:Thefactorsaffectingperformanceofphosphorusremovalbyferroussulfate-basedsimultaneousprecipitationwereinvestigatedthoughjarteats,such鹳aeration,aerationtime,rawpHvalue,initialactivatedsludgeconcentrationandcoagulantdosage.TheresultsshowedthataerationcouldimprovetheeffectofphosphOrll8removaLWiththedosageoflOmg/Lferrous(inFe2+),tlleTPWaSconcentrationineffluentreactionthatonly2.00mg/Lintheaerationreactor,whichisfarbelow4.31mg/Linwasthereactorwithoutaeration.Thewasphosphorusremovedbyferroussulfate—hsedsimultaneousprecipirationphosphorusremovalefficiencyW88carriedoutveryquicklyandthereactiontimetolessthan1minute.Meanwhile,thehightheactivatedsludgeconcentrationaboveandreachedwhenthewasrawpHvaluerangedfrom5.58.5,andXOOOme/LThephosphorusremovalefficiencyimprovedwiththeincreasingofFeS04dosing。theTPconcentration4.6nlg/LwasreducedtoaroundIms/Linsupernatantatthedosingof40mg/LFe2+whentheTPconcentrationintheraWwaterwasKeywords:FerrousSulfate;SimultaneousPrecipitation;OperationCharacteristics312城镇供水增刊2011