除磷剂用于市政污水除磷总磷控制在0.2mg/L以下的性能研究

概括：

本文以聚合硫酸铁为基础，优化配方，引入高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁，进一步提高絮凝剂的综合除磷性能，将城市污水中总磷控制在0. 2mg/L以下，并且用量小，总磷去除率高。当高铁酸钠掺杂量为20%、除磷剂投加量为150 mg/L时，总磷可降至0. 11 mg/L，TP去除率可达96. 9%。当高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁的掺杂量相同时，掺杂高铁酸钠的除磷效果较好，其次是硫酸镁，然后是氯化钙。两者的除磷效果均优于固态聚铁。

0 前言

《城镇污水处理厂污染物排放标准》-2002中总磷（TP）标准限值：城镇污水处理厂出水排入城市景观水和一般回用水稀释能力较小的湖泊时，某A级标准的A标准为0.5mg/L。随着城市化、工业化水平的不断提高，城市废水排放量也不断增加，总磷排放限值要求必然越来越严格。目前，废水除磷主要有生物法和化学法两种。但我国城市污水处理通常以生物法为主，化学法为辅。生物法对COD、氨氮的去除效果较好，可以达到国家排放标准，但对于除磷来说，效果比较稳定。性能较差，效果不好，很难达到国家标准[1,2]。

传统的化学絮凝除磷方法具有运行性能稳定、可靠、操作简便等优点。但在实际工程应用中，存在化学品用量大、运行成本高、污泥处理处置困难等缺点。目前铁聚合物、聚合铝已取代普通铁盐、铝盐作为除磷絮凝剂。针对传统金属盐类絮凝剂（如硫酸铝、氯化铁等）在除磷过程中的缺点，本文在采用聚合盐类絮凝剂的基础上，对配方进行了优化，将铁、镁、钙引入以提高除磷效率，进一步提高絮凝剂的综合除磷性能。可将城市污水总磷控制在0.2mg/L以下，且投药量小，运行稳定，具有良好的市场前景。

1 实验部分 1.1 主要仪器和试剂

可见光722分光光度计（上海精科）、pHS-3C精密酸度计（上海雷磁）、HJ-6六连杆磁力加热搅拌器（常州朗跃仪器制造有限公司）、立式压力蒸汽灭菌器（上海博讯实业有限公司）、有限公司医疗器械厂）；抗坏血酸、钼酸铵、过硫酸钾、酒石酸锑钾、磷酸二氢钾、浓硫酸、市售固体聚合硫酸铁（简称聚铁，Fe≧21%）、硫酸镁、氯化钙、高铁酸钠。

1.2 分析方法

总磷（TP）：钼酸铵分光光度法；污泥沉降量：用量筒测量。

1.3 除磷剂的制备

市售固体聚合硫酸铁(Fe≥21％)由高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁按一定重量比复配而成。

1.4废水除磷试验

以枣庄某污水处理厂生化池水为实验对象。水的外观呈浅绿色，没有明显的气味。总磷含量约为3.56mg/L，pH值为7.12，有少量沉积物。

实验时，按质量比1:3配制除磷剂和水的25%溶液。分别量取废水500ml，调节六连杆电动搅拌器的搅拌速度为180r/min。按一定比例添加除磷剂。并开始计时：以180r/min搅拌1min； 60r/min搅拌5min。静置30min后，取上清液，测定总磷含量（钼酸铵分光光度法）。同时用量筒观察并记录污泥沉降体积30min。那是SV30。

2 结果与讨论 2.1 高铁酸钠掺杂量对除磷效果的影响

本实验以市售固体聚合硫酸铁为主要成分，引入不同质量分数的高铁酸钠，形成改进的除磷剂。枣庄某污水处理厂，添加一定量的除磷剂（以固体计）进行除磷。磷实验，结果如图1所示。

图1 高铁酸钠掺杂对总磷去除的影响

试验表明，高铁酸钠中引入固体聚合硫酸铁后，除磷效率提高，效果优于固体聚合硫酸铁。并且在相同投加量条件下，随着高铁酸钠含量的增加，除磷效率提高。当高铁酸钠含量达到20%、除磷剂投加量为150mg/L时，总磷可降至0.11mg/L，TP去除率可达96.9%。这是因为，一方面，高铁酸钠中的Fe为+6价，具有较强的氧化性，溶于水后能释放出大量原子氧。此时Fe6+被还原为Fe3+生成Fe(OH)3，Fe(OH)3会与废水中的磷酸盐发生反应。形成不溶性FePO4沉淀；另一方面，引入更多的羟基，形成以OH-为桥的多核络合离子，使得聚铁聚合物分子具有更多的电荷和更大的表面积，其絮凝性能也更好，FePO4沉淀等废水中细小的悬浮物一起去除，除磷效果更好。随着投加量的增加，无论是固体聚合硫酸铁还是掺杂高铁酸钠药剂后提高除磷效果，废水中总磷均呈现先降低后升高的趋势。笔者在实验过程中观察到，当除磷剂投加量超过150mg/L时，上清液颜色变深，浊度增加。有许多细小的悬浮物不易沉降，从而导致总磷含量增加。由此可见，生活污水除磷剂的最佳投加量为150mg/L。由此可见，除磷效果取决于除磷剂的用量。有一定关系，不宜过高或过低，有较好的用量。

2.2 氯化钙掺杂量对除磷效果的影响

同样，在固体聚合硫酸铁中添加不同质量分数的氯化钙，考察不同掺量（以固体计）下氯化钙掺杂对城市废水除磷的影响。结果如图2所示。

图2 氯化钙掺杂对总磷去除的影响

结果表明，采用固体聚铁除磷时，废水中总磷含量先降低后升高。但氯化钙的除磷效果优于纯聚铁，氯化钙的除磷效果又优于纯聚铁。含量越高，在相同药剂用量下，除磷效果越好。同时，随着投药量的增加，废水中总磷含量变低，除磷效果更好。效果最佳：当氯化钙掺杂量为20%、投药量为200mg/L时，TP为0.23mg/L，TP去除率为93.5%。这是因为氯化钙溶于水时可生成Ca(OH)2，与废水中的部分磷酸盐相互作用，形成Ca5(PO4)2和Ca5(PO4)3OH，难以耐受沉淀。同时，聚铁中的Fe3+与废水中的部分磷酸盐FePO4沉淀，从而达到除磷的目的。同时，由于最适pH为8左右，引入氯化钙后，废水的pH值升高，使聚铁能够更好地进行絮凝。氯化钙与聚铁的协同除磷效果优于聚铁。

2.3 硫酸镁掺杂量对除磷效果的影响

同样，将不同质量分数的硫酸镁掺入固体聚合硫酸铁中，考察不同掺量（以固体计）下硫酸镁掺杂对城市污水除磷效果的影响。结果如图3所示。

图3 硫酸镁掺杂对总磷去除的影响

结果表明，固体聚铁中引入硫酸镁与引入高铁酸钠具有相似的除磷效果。随着投药量的增加，除磷效果先增加后减少。由于Mg2+能与PO4-(PO4)2形成微溶于水的Mg3，因此，引入硫酸镁后，除磷效率提高。当投加量超过150mg/L时，除磷效率下降。原因是过量的除磷剂使废水上清液的浊度增加，一些细小的絮凝物不能在短时间内沉降，导致总磷浓度升高。效果最佳：当硫酸镁掺杂量为20%，投加量为150mg/L时，TP为0.21mg/L，TP去除率为94.1%。

2.4 改进除磷剂除磷效果与污泥沉降率对比

实验中选用含量为10%（以固体计）的固体聚铁、高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁改性除磷剂，记为除磷剂A、B、C、D分别用于除磷。在对比实验中，同时测量了上清液和混合液悬浮物的总磷浓度。实验结果如表1和图4所示。

图4 四种除磷剂除磷效果对比

结果表明，相同掺杂量下，当除磷剂投加量小于150mg/L时，掺杂高铁酸钠的除磷效果较好，其次是硫酸镁，最后是氯化钙。三者的除磷效果较好。所有这些都比实心聚铁更好。当投加量高于180mg/L时，氯化钙掺杂除磷剂的除磷效果优于硫酸镁、高铁酸钠。

表1 四种除磷剂的污泥沉降量

观察表1数据可知，在相同投加量条件下，改进型除磷剂的污泥沉降量有一定程度的增加，产生的污泥沉降量顺序为氯化钙>硫酸镁>高铁酸钠。 >实心聚铁。添加氯化钙（除磷剂C）的污泥沉降体积较大，约为聚铁的1.4-1.6倍，产生的化学污泥也较多。出水pH值高、硬度高。 ; 掺有镁盐的除磷剂的除磷效果和化学污泥产生量均是聚铁的1.2-1.4倍左右，且上清液颜色较浅；而掺杂高铁酸钠的除磷剂三者中，污泥沉降较小，约为聚合铁的1.1-1.3倍，且产生的矾花较大，沉降速度较快，矾花较密，上清液较澄清，略带黄色。

3 结论

(1)当高铁酸钠、氯化钙、硫酸镁的掺杂量相同时，掺杂的高铁酸钠的除磷效果较好，其次是硫酸镁，然后是氯化钙。三者的除磷效果较好。其效果优于实心聚铁。

(2)采用固体多铁和掺杂高铁酸钠、氯化钙的改良除磷剂除磷。总磷呈现先减少后增加的趋势，且掺杂量越高，除磷效果越好；除磷效果与除磷剂用量有一定关系。它不应该太高或太低。有更好的剂量。

(3)氯化钙的掺杂量越高，除磷效果越好，且随着投加量的增加，废水中总磷含量降低。

(4)在相同掺杂量和药剂投加量下，产生的污泥沉降量顺序为氯化钙>硫酸镁>高铁酸钠>固体聚铁。