熊建英1，楊海真1，王闖1，顧國(guó)維1，邵志剛2
(1.同濟(jì)大學(xué)?環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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(duì)上海合流一期污水處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)鐵鹽投加量為20 mg/L(以Fe3+)時(shí)，COD、BOD5的去除率分別達(dá)48%、62%，TP去除率為74%～86%，SS去除率為70%左右，鐵鹽實(shí)際投加量與理論需求量的摩爾比為4.8。當(dāng)鐵鹽與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)，鐵鹽的投加量可相應(yīng)減少。?
關(guān)鍵詞：強(qiáng)化一級(jí)處理； 鐵鹽； 混凝；沉淀?
中圖分類號(hào)：X703
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：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(shè)施主要由外排系統(tǒng)和就地分散系統(tǒng)兩部分組成，其中主體是外排系統(tǒng)的六線六廠，即：石洞口排放系統(tǒng)(包括污水廠，以下同)、竹園第一污水排放系統(tǒng)、竹園第二污水排放系統(tǒng)、白龍港污水排放系統(tǒng)、新和污水排放系統(tǒng)、中港污水排放系統(tǒng)。六大排放系統(tǒng)的污水總量為720×104 m3/d(不含滲入量)，排放口都集中在長(zhǎng)江口和杭州灣，主要是利用大水體的稀釋凈化作用來(lái)處理排放污水。1995年上海環(huán)境科學(xué)保護(hù)研究院發(fā)布的環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告指出：長(zhǎng)江口外的水域時(shí)有赤潮發(fā)生。為此，污水在排海前應(yīng)進(jìn)行一定程度的特別是除磷處理。
強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)中的物化法能有效地去除污水中的部分懸浮態(tài)和膠態(tài)固體物，另外它還能高效除磷，但對(duì)氨氮或凱氮基本沒(méi)有去除作用。污水處理的混凝過(guò)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(zhì)與給水處理的水源水質(zhì)絕然不同，因此混凝機(jī)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(guò)金屬離子與磷酸根離子結(jié)合產(chǎn)生磷酸鹽沉淀物，多余的金屬鹽水解出一系列陽(yáng)離子中和膠體顆粒表面所帶的負(fù)電荷，并奪走膠體周圍的水分子，使膠粒失去原來(lái)的穩(wěn)定性而發(fā)生凝聚，形成較大的礬花經(jīng)沉淀去除。 ? 1 燒杯試驗(yàn) 取格柵后的合流一期污水100 L在試驗(yàn)室進(jìn)行批量試驗(yàn)，污水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)如表1。 表1 污水水質(zhì)| COD | 溶解COD | TP | TKN | SS | | 118 | 68 | 2.64 | 21 | 130 | 試驗(yàn)在1 L的燒杯中進(jìn)行，采用批量自動(dòng)攪拌機(jī)攪拌，混合時(shí)快速攪拌1 min，反應(yīng)時(shí)緩慢攪拌15 min，靜止沉淀30 min后取上清液測(cè)試分析。投加的鐵鹽有三氯化鐵和聚硫酸鐵，另外還進(jìn)行了鐵鹽與高分子(聚丙烯酰胺)助凝劑的復(fù)配試驗(yàn)，高分子助凝劑的分子量為(1300～1500)×104u。
1.1 三氯化鐵燒杯試驗(yàn)
選用純度為98%的粉末狀無(wú)水三氯化鐵配成1%(質(zhì)量百分比)的溶液，三氯化鐵投量分別為15、30、50 mg/L，從化學(xué)除磷方面考慮，藥劑的實(shí)際投加量與理論需求量摩爾比為1.1、2.2、3.6，燒杯試驗(yàn)結(jié)果如表2。 表2 FeCl3燒杯試驗(yàn)結(jié)果| 試驗(yàn)分類 | 投藥量（mg/L) | COD | TP | SS | TKN | | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | | 不加高分子 | 15 | 92 | 22 | 0.96 | 63.6 | 51 | 61 | | | | 30 | 72.8 | 38.3 | 0.51 | 80.7 | 42 | 67 | | | | 50 | 72 | 39 | 0.27 | 89.8 | 32 | 75 | 18.3 | 12.8 | | 高分子投量為0.5mg/L | 15 | 82 | 30.5 | 0.87 | 67 | 36 | 72 | | | | 30 | 72 | 39 | 0.41 | 84.5 | 27 | 79 | | | | 50 | 66 | 44 | 0.19 | 92.8 | 16 | 88 | 17.2 | 18.1 | 由表2可知，隨著FeCl3單獨(dú)投量的增加，COD、TP、SS的去除率均有所提高。當(dāng)FeCl3與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)，對(duì)應(yīng)投藥量的出水水質(zhì)比不加高分子的好，如FeCl3投加30 mg/L時(shí)， 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(shí)，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(yàn)
試驗(yàn)選用的聚硫酸鐵為液態(tài)，體積質(zhì)量為1.4 g/cm3，有效成分分子式為Fe5(SO4)7.5-0.5X?(OH)X·H2SO4，F(xiàn)e3+質(zhì)量百分比為11%。為量取準(zhǔn)確，試驗(yàn)時(shí)將其稀釋成0.2%(Fe3+質(zhì)量百分比)溶液。為對(duì)比聚硫酸鐵和三氯化鐵的處理效果，聚硫酸鐵的實(shí)際投加量與理論需求量之摩爾比也取1.1、2.2、3.6，相應(yīng)的Fe3+投加量為5.2、10.4、7.2mg/L。聚硫酸鐵的燒杯試驗(yàn)結(jié)果如表3。? 表3 聚硫酸鐵燒杯試驗(yàn)結(jié)果| 試驗(yàn)分類 | 投藥量（mg/L) | COD | TP | SS | TKN | | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | （mg/L) | (%) | | 不加高分子 | 5.2 | 77.2 | 34.6 | 0.86 | 67.4 | 31 | 76 | | | | 10.4 | 77.6 | 34.2 | 0.44 | 83.3 | 23 | 82 | | | | 17.2 | 74 | 37.3 | 0.29 | 89 | 18 | 86 | 18.9 | 10 | | 高分子投量為0.5mg/L | 5.2 | 72.8 | 38.3 | 0.87 | 67 | 29 | 78 | | | | 10.4 | 70 | 40.7 | 0.41 | 84.5 | 23 | 82 | | | | 17.2 | 66.8 | 43.4 | 0.25 | 90.5 | 15 | 88 | 17.1 | 18.6 | 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(fù)配使用和單獨(dú)投加在所對(duì)應(yīng)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(dú)投加鐵鹽時(shí)，在對(duì)應(yīng)摩爾比條件下，聚鐵對(duì)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(dāng)與高分子復(fù)配使用時(shí)，兩者對(duì)SS的去除效果卻比較接近。
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，化學(xué)法對(duì)有機(jī)污染物的去除一般在50%～70%，而本小試中，F(xiàn)e3+投量達(dá)17.2 mg/L時(shí)，有機(jī)污染物的去除也只有43%左右，與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)相差甚遠(yuǎn)。究其原因則與污水水質(zhì)有關(guān)，原水溶解性COD就有68 mg/L，占COD總量的56%，而化學(xué)法對(duì)溶解性COD的去除是十分有限的。因此，小試中當(dāng)COD的去除率為40%左右時(shí)，就可認(rèn)為效果比較好。
從小試結(jié)果還可以看到：化學(xué)法對(duì)氨氮幾乎沒(méi)什么去除，對(duì)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(jī)氮，它是隨SS而被去除的。 2 中試 學(xué)法中試在上海合流污水治理一期工程預(yù)處理廠進(jìn)行，工藝流程如圖1所示。 
2.1試驗(yàn)工況
中試投加的鐵鹽仍為FeCl3和聚硫酸鐵，另外還進(jìn)行了FeCl3和高分子助凝劑的復(fù)配試驗(yàn)，試驗(yàn)工況如表4。 表4 中試工況| 工況 | 藥劑 | 投加量（mg/L） | 運(yùn)行天數(shù)（d） | 水溫（℃） | 運(yùn)行條件 | | 1 | FeCl3 | 40 | 6 | 20-25 | 處理流量Q=200m3/d，總HRT為1.5h，其中混合為2min，反應(yīng)為14min，沉淀為74min，沉淀池表面負(fù)荷為1.14m3/(m2.h）。 | | 2 | FeCl3 | 60 | 14 | | 3 | FeCl3 | 100 | 5 | | 4 | 聚硫酸鐵 | 20（以Fe3+計(jì)） | 5 | | 5 | 聚硫酸鐵 | 34（以Fe3+計(jì)） | 2 | | 6 | FeCl3+高分 | 30+0.5 | 3 | 10 | | 7 | FeCl3+高分子 | 45+0.5 | 3 | 2.2試驗(yàn)結(jié)果
中試是連續(xù)流運(yùn)行，每天都進(jìn)行水質(zhì)分析，水樣每2h取一次，每天取12次，然后將其混合再進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)工況多則運(yùn)行14 d，少則2d，對(duì)多天的測(cè)試結(jié)果取平均值得到各工況運(yùn)行條件下的中試結(jié)果如表5。 表5 中試結(jié)果| 工況 | COD | BOD5 | TP | SS | | 進(jìn)水 | 出水 | 去除率
（%） | 進(jìn)水 | 出水 | 去除率
（%） | 進(jìn)水 | 出水 | 去除率
（%） | 進(jìn)水 | 出水 | 去除率
（%） | | 1 | 178 | 105 | 41 | 64.8 | 36.3 | 44 | 2.5 | 0.9 | 64 | 106 | 29 | 72.6 | | 2 | 195 | 101 | 48 | 78.3 | 29 | 63 | 2.3 | 0.6 | 73.9 | 145 | 41 | 71.7 | | 3 | 161 | 84 | 48 | 66.5 | 23.5 | 65 | 1.6 | 0.5 | 87.5 | 99 | 42 | 58 | | 4 | 171 | 90 | 47 | 66.53 | 25.3 | 62 | 2.2 | 0.3 | 86.4 | 131 | 34 | 74 | | 5 | 159 | 72 | 55 | | | | 2.6 | 0.36 | 88.5 | 103 | 62 | 42.6 | | 6 | 160 | 122 | 24 | 46 | 26 | 43.4 | 2.5 | 0.5 | 80 | 77 | 42 | 41.7 | | 7 | 185 | 101 | 45 | 49.7 | 22.1 | 55.5 | 2.2 | 0.4 | 81.8 | 47 | 42 | 54.4 | 由工況1～5試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著鐵鹽投量的增加，有機(jī)污染物、TP的去除率逐漸提高。當(dāng)Fe3+投量為20 mg/L時(shí)，聚鐵對(duì)有機(jī)污染物的去除效果與FeCl3接近，對(duì)TP的去除率比FeCl3要高12%。Fe3+投量由20mg/L增至34 mg/L時(shí)，對(duì)FeCl3而言，TP去除率提高了13%，COD、BOD5的去除率提高不大；對(duì)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?yàn)楣r3和5的混凝劑投加過(guò)量(實(shí)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(shí)，不易沉淀，從而造成出水SS上升。
由工況6、7試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)FeCl3與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)，F(xiàn)eCl3的投量為30mg/L便可達(dá)到單獨(dú)投加量為60 mg/L時(shí)的除磷效果，說(shuō)明投加助凝劑后，可大大減少混凝劑的用量。當(dāng)FeCl3投量由30 mg/L增至45 mg/L時(shí)，TP的去除率基本不變，COD、BOD5、SS的去除率有所提高，但總的說(shuō)來(lái)，工況6、7的COD、BOD5、SS去除率明顯低于工況2，這是因?yàn)楣r6、7是在冬季運(yùn)行的，水溫只有10℃左右，混凝劑在低溫下不易發(fā)生水解，從而發(fā)揮不出水解產(chǎn)物的凝聚作用。再者，低溫時(shí)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(fù)配使用對(duì)COD、SS的去除效果還需通過(guò)夏季中試進(jìn)一步確定。
采用化學(xué)沉淀法處理污水，投藥量大小涉及藥劑費(fèi)用問(wèn)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(dá)48%、62%，TP的去除率為74%～86%，SS去除率為70%。當(dāng)鐵鹽與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)，對(duì)除磷來(lái)說(shuō)，混凝劑投量可相應(yīng)減少一半，但對(duì)有機(jī)污染物和懸浮固體的去除來(lái)說(shuō)，鐵鹽與高分子助凝劑復(fù)配使用的處理效果還需通過(guò)中試進(jìn)一步確定。 3 結(jié)論 中試的試驗(yàn)結(jié)果表明：?
① 采用鐵鹽處理上海合流一期污水，當(dāng)Fe3+投加量為20 mg/L時(shí)，COD的去除率達(dá)48%，BOD5的去除率可達(dá)62%，TP的去除率達(dá)74%～86%，SS的去除率達(dá)70%。
② Fe3+投量為20 mg/L時(shí)，聚鐵對(duì)TP的去除效果優(yōu)于FeCl3，對(duì)COD、SS的去除效果與FeCl3接近。?
③ 當(dāng)FeCl3與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)，可大大減少混凝劑的投量，30 mg/L的FeCl3與高分子助凝劑復(fù)配使用時(shí)和單獨(dú)投加60 mg/L的FeCl3，其除磷效果相當(dāng)。?
作者簡(jiǎn)介： 熊建英(1970- )，女，上海市政工程設(shè)計(jì)研究院工程師，碩士。
電話： (021)63217489×5302
收稿日期：1999-12-28 | 
