鐵鹽處理上海合流一期污水試驗研究

熊建英¹，楊海真¹，王闖¹，顧國維¹，邵志剛²
(1.同濟大學?環境科學與工程學院，上海?200092；2.上海城市排水有限公司，上海 200070）

　　 摘要：以鐵鹽為絮凝劑，對上海合流一期污水處理進行了試驗研究，結果表明：當鐵鹽投加量為20 mg/L(以Fe³⁺)時，COD、BOD₅的去除率分別達48%、62%，TP去除率為74%～86%，SS去除率為70%左右，鐵鹽實際投加量與理論需求量的摩爾比為4.8。當鐵鹽與高分子助凝劑復配使用時，鐵鹽的投加量可相應減少。?
　　關鍵詞：強化一級處理； 鐵鹽； 混凝；沉淀?
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2000)06-0017-03

Study on Treatment of Shanghai First Phase Combined Wastewater? with Iron Salt<
XIONG Jian?ying¹， YANG Hai?zhen¹， WANG Chuang¹，GU Guo?wei?1，SHAO Zhi?gang²
(1.School of?Environ.?Sci.and Eng., Tongji Univ.,Shanghai 200092,??China;?2.Shanghai?Munic.Sewage Co.Ltd.,Shanghai 200070,China)

　　Abstract： A study on treatment of Shanghai first phase combined wastewater with iron salt was carried out. The results showed that when dosage of metal ion Fe³⁺?was 20 mg/L, the removal of COD was 48%,BOD₅ was 62%, total phosphorus was 74%～86% and?SS was about 70%. The molar ratio of practical dosage to theoretical demand was 4.8. The dosage of iron salt could be reduced with the aid of polymer.
　　Keywords:enhanced primary treatment;iron salt;coagulation;sedimentation

　　上海市污水治理設施主要由外排系統和就地分散系統兩部分組成，其中主體是外排系統的六線六廠，即：石洞口排放系統(包括污水廠，以下同)、竹園第一污水排放系統、竹園第二污水排放系統、白龍港污水排放系統、新和污水排放系統、中港污水排放系統。六大排放系統的污水總量為720×10⁴ m³/d(不含滲入量)，排放口都集中在長江口和杭州灣，主要是利用大水體的稀釋凈化作用來處理排放污水。1995年上海環境科學保護研究院發布的環境影響評價報告指出：長江口外的水域時有赤潮發生。為此，污水在排海前應進行一定程度的特別是除磷處理。
　　強化一級處理技術中的物化法能有效地去除污水中的部分懸浮態和膠態固體物，另外它還能高效除磷，但對氨氮或凱氮基本沒有去除作用。污水處理的混凝過程不像給水處理那樣已有較成熟的理論，由于污水中的雜質與給水處理的水源水質絕然不同，因此混凝機理與給水處理亦是不同的。從理論上分析，物化法處理污水是通過金屬離子與磷酸根離子結合產生磷酸鹽沉淀物，多余的金屬鹽水解出一系列陽離子中和膠體顆粒表面所帶的負電荷，并奪走膠體周圍的水分子，使膠粒失去原來的穩定性而發生凝聚，形成較大的礬花經沉淀去除。 ?

　　1 燒杯試驗

　　取格柵后的合流一期污水100 L在試驗室進行批量試驗，污水各項水質指標如表1。

　　試驗在1 L的燒杯中進行，采用批量自動攪拌機攪拌，混合時快速攪拌1 min，反應時緩慢攪拌15 min，靜止沉淀30 min后取上清液測試分析。投加的鐵鹽有三氯化鐵和聚硫酸鐵，另外還進行了鐵鹽與高分子(聚丙烯酰胺)助凝劑的復配試驗，高分子助凝劑的分子量為(1300～1500)×10⁴u。
　　1.1 三氯化鐵燒杯試驗
　　選用純度為98%的粉末狀無水三氯化鐵配成1%(質量百分比)的溶液，三氯化鐵投量分別為15、30、50 mg/L，從化學除磷方面考慮，藥劑的實際投加量與理論需求量摩爾比為1.1、2.2、3.6，燒杯試驗結果如表2。

　　由表2可知，隨著FeCl₃單獨投量的增加，COD、TP、SS的去除率均有所提高。當FeCl₃與高分子助凝劑復配使用時，對應投藥量的出水水質比不加高分子的好，如FeCl₃投加30 mg/L時， 雖出水COD變化不大，但TP、SS分別提高到84.5%、79%；又如FeCl₃投加50 mg/L時，COD去除率提高5%，TP去除率提高3%，SS去除率提高了13%。
　　1.2 聚硫酸鐵燒杯試驗
　　試驗選用的聚硫酸鐵為液態，體積質量為1.4 g/cm³，有效成分分子式為Fe5(SO₄)_7.5-0.5X?(OH)_X·H₂SO₄，Fe³⁺質量百分比為11%。為量取準確，試驗時將其稀釋成0.2%(Fe³⁺質量百分比)溶液。為對比聚硫酸鐵和三氯化鐵的處理效果，聚硫酸鐵的實際投加量與理論需求量之摩爾比也取1.1、2.2、3.6，相應的Fe³⁺投加量為5.2、10.4、7.2mg/L。聚硫酸鐵的燒杯試驗結果如表3。?

　　由表3可知，隨著聚硫酸鐵投量的增加，COD、TP、SS的去除率有所提高；聚硫酸鐵與高分子助凝劑復配使用和單獨投加在所對應投藥量下，COD去除率提高了4%～7%，TP、SS的去除率變化不大。
　　1.3 分析與討論
　　單獨投加鐵鹽時，在對應摩爾比條件下，聚鐵對SS的去除效果比FeCl₃要好，這是因聚硫酸鐵本身作為一種高分子聚合物，提供了吸附架橋的載體，使污水中的懸浮固體被吸附凝聚。當與高分子復配使用時，兩者對SS的去除效果卻比較接近。
　　據文獻報導，化學法對有機污染物的去除一般在50%～70%，而本小試中，Fe³⁺投量達17.2 mg/L時，有機污染物的去除也只有43%左右，與文獻報導相差甚遠。究其原因則與污水水質有關，原水溶解性COD就有68 mg/L，占COD總量的56%，而化學法對溶解性COD的去除是十分有限的。因此，小試中當COD的去除率為40%左右時，就可認為效果比較好。
　　從小試結果還可以看到：化學法對氨氮幾乎沒什么去除，對TKN的去除為10%左右，被去除的這部分TKN是附著在懸浮固體上的有機氮，它是隨SS而被去除的。

　 2 中試

　　學法中試在上海合流污水治理一期工程預處理廠進行，工藝流程如圖1所示。

　　2.1試驗工況
　　中試投加的鐵鹽仍為FeCl³和聚硫酸鐵，另外還進行了FeCl³和高分子助凝劑的復配試驗，試驗工況如表4。

　　2.2試驗結果
　　中試是連續流運行，每天都進行水質分析，水樣每2h取一次，每天取12次，然后將其混合再進行測試。每個工況多則運行14 d，少則2d，對多天的測試結果取平均值得到各工況運行條件下的中試結果如表5。

　　由工況1～5試驗結果可知，隨著鐵鹽投量的增加，有機污染物、TP的去除率逐漸提高。當Fe³⁺投量為20 mg/L時，聚鐵對有機污染物的去除效果與FeCl₃接近，對TP的去除率比FeCl₃要高12%。Fe³⁺投量由20mg/L增至34 mg/L時，對FeCl₃而言，TP去除率提高了13%，COD、BOD₅的去除率提高不大；對聚鐵而言，COD去除率提高了8%，TP去除率提高不大。另外，工況3的固體懸浮物去除效果不如工況1和2，工況5固體懸浮物的去除效果不如工況4，這是因為工況3和5的混凝劑投加過量(實際投藥量與理論需求量之摩爾比約為12)，使得礬花顆粒異常大，但不密實，不易沉淀，從而造成出水SS上升。
　　由工況6、7試驗結果可知，當FeCl₃與高分子助凝劑復配使用時，FeCl₃的投量為30mg/L便可達到單獨投加量為60 mg/L時的除磷效果，說明投加助凝劑后，可大大減少混凝劑的用量。當FeCl₃投量由30 mg/L增至45 mg/L時，TP的去除率基本不變，COD、BOD₅、SS的去除率有所提高，但總的說來，工況6、7的COD、BOD₅、SS去除率明顯低于工況2，這是因為工況6、7是在冬季運行的，水溫只有10℃左右，混凝劑在低溫下不易發生水解，從而發揮不出水解產物的凝聚作用。再者，低溫時污水粘度增大，使礬花形成困難，從而造成COD、SS去除率偏低。FeCl₃與高分子助凝劑復配使用對COD、SS的去除效果還需通過夏季中試進一步確定。
　　采用化學沉淀法處理污水，投藥量大小涉及藥劑費用問題，因此需要在保證去除率條件下選擇最佳投藥量。采用鐵鹽處理上海合流一期污水的最佳投藥量為20 mg/L(Fe³⁺)，在此投藥量條件下，COD、BOD₅的去除率分別達48%、62%，TP的去除率為74%～86%，SS去除率為70%。當鐵鹽與高分子助凝劑復配使用時，對除磷來說，混凝劑投量可相應減少一半，但對有機污染物和懸浮固體的去除來說，鐵鹽與高分子助凝劑復配使用的處理效果還需通過中試進一步確定。

　　3 結論

　　中試的試驗結果表明：?
　　① 采用鐵鹽處理上海合流一期污水，當Fe³⁺投加量為20 mg/L時，COD的去除率達48%，BOD₅的去除率可達62%，TP的去除率達74%～86%，SS的去除率達70%。
　　② Fe³⁺投量為20 mg/L時，聚鐵對TP的去除效果優于FeCl₃，對COD、SS的去除效果與FeCl₃接近。?
　　③ 當FeCl₃與高分子助凝劑復配使用時，可大大減少混凝劑的投量，30 mg/L的FeCl₃與高分子助凝劑復配使用時和單獨投加60 mg/L的FeCl₃，其除磷效果相當。?

作者簡介： 熊建英(1970- )，女，上海市政工程設計研究院工程師，碩士。
電話： (021)63217489×5302
收稿日期：1999-12-28