高鐵酸鹽對生活污水脫氮除磷效果研究

崔 鵬，張向遠，劉 斌

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學院，河南 開封 475004；2.福建湄洲灣氯堿工業(yè)有限公司，福建 泉州 362800)

0 引言

生活污水的過度排放是造成水體污染的重要因素。 水體中氮和磷的含量過高，就會為水體中的浮游植物提供更為充足的養(yǎng)分，造成水體的富營養(yǎng)化。 因此，許多學者將脫氮除磷作為凈水的研究熱點[1]。 在傳統(tǒng)的生活污水處理工藝中，常用的凈水劑有聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、堿式氯化鋁、聚丙烯酰胺等。 在進行水處理的過程中，這些凈水劑都會或多或少地對水質(zhì)產(chǎn)生二次污染。 因此，開發(fā)綠色高效、經(jīng)濟環(huán)保型的新型凈水劑成為研究的熱點[2]。

高鐵酸鹽具有很強的氧化性，可以起到絮凝的效果，并且對環(huán)境和生物無毒害作用，是一種綠色環(huán)保凈水劑[3]，近期已成為許多研究者關(guān)注的焦點。本文以黃河水利職業(yè)技術(shù)學院校區(qū)污水處理廠的污水為研究對象，用自制的高鐵酸鹽對其進行處理，研究了在現(xiàn)有條件下對生活污水中氨氮和總磷的去除效果，得到了試劑投入量的最佳體積。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

實驗所用儀器包括：分光光度計（TU-1810）（上海美譜達儀器有限公司生產(chǎn)）、 醫(yī)用手提式蒸氣消毒器或一般壓力鍋（上海三申醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)）、電子天平（BSA124S，METTLER TOLLEDO 公司生產(chǎn)）、微波密封消解COD（汕頭市環(huán)海工程總公司生產(chǎn)）、超聲儀（KQ-400KDE，昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)）。

實驗用試劑包括：高鐵酸鈉溶液、納氏試劑、酒石酸鉀鈉溶液、硫酸銀、硫酸銀－硫酸試劑、重鉻酸鉀標準溶液、硫酸亞鐵銨標準滴定溶液、硝酸、高氯酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、鉬酸鹽溶液、濁度-色度補償液、磷標準貯備溶液。

1.2 實驗步驟

1.2.1 水樣預處理

取16 個150 mL 小燒杯，各加入100 mL 水樣，再分別加入體積為0.00 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.50 mL、0.70 mL、0.90 mL、1.00 mL、1.30 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL、6.00 mL、7.00 mL、8.00 mL、10.00 mL 自制的高鐵酸鈉溶液。 用體積比為50%的硫酸調(diào)節(jié)其酸堿，使pH 值等于7，然后將處理好的水樣放于超聲儀內(nèi)， 進行超聲處理30 min。超聲處理過后，用抽濾裝置進行抽濾。 將抽濾后的溶液放入試劑瓶中，保存待測。

1.2.2 氨氮、總磷標準曲線的繪制

（1）氨氮標準曲線的繪制。

分別吸取0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、 和10.00 mL 銨標準液于7 個50 ml 比色管中，均加無氨水至標線。 再向各比色管中加入1.0 ml 酒石酸鉀鈉溶液和1.0 mL 納氏試劑，混勻并放置10 min 后， 以無氨水作參比， 用光程20 mm 的比色皿、在波長420 nm 處測量吸光度。

測得的吸光度減去零濃度空白管的吸光度，得到校正吸光度。 以氨氮含量（mg）為橫坐標，以校正吸光度為縱坐標，繪制標準曲線（如圖1 所示）。 由標準曲線獲得回歸方程y=0.00067x+0.0359，其相關(guān)系數(shù)R2=1，證明曲線的相關(guān)性較好。

圖1 氨氮標準曲線Fig.1 Ammonia standard curve

（2）總磷標準曲線的繪制。

取9 支50 mL 具塞刻度管并編號，按編號分別吸取燒杯中水樣5.0 mL 于具塞刻度管，并用蒸餾水定容至25 mL，向試樣中加4.0 mL 過硫酸鉀。 將具塞刻度管的蓋子塞緊，用一小塊紗布和線將玻璃塞扎緊（或用其他方法固定），放在大燒杯中，置于高壓蒸氣消毒器中加熱。 當壓力達1.1kg/cm2、相應溫度為120℃時，保持30 min 后停止加熱。待壓力表讀數(shù)降至零后，取出放冷。 然后，用蒸餾水稀釋至標線。

分別向各份消解后的溶液中加入1.0 mL 抗壞血酸溶液，混勻30s 后，加2.0 mL 鉬酸鹽溶液，并充分混勻。 在室溫下放置15min 后，以蒸餾水做參比，用光程為30 mm 比色皿在700nm 波長下測定吸光度。 扣除空白試驗的吸光度后，從工作曲線上查得磷的含量。

取7 支具塞刻度管分別加入0.00 mL，0.50 mL，1.00 mL，3.00 mL，5.00 mL，10.00 mL，15.00 mL 磷酸鹽標準溶液。 加蒸餾水定容至25mL，然后按消解步驟進行處理。以水做參比，測定吸光度?？鄢瞻自囼灥奈舛群?，與對應的磷的含量結(jié)合，繪制標準曲線（如圖2 所示）。 由所獲得的標準曲線，得到回歸方程y=0.020x+0.0001。 其中，相關(guān)系數(shù)R2=0.9996，證明標準曲線的相關(guān)性較好。

1.2.3 水樣的測定

在與做標準曲線相同的條件下，測已處理好水樣的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 高鐵酸鹽對污水中氨氮去除率的影響

加入不同量的高鐵酸鹽溶液，比對水樣中氨氮的去除效果，測得結(jié)果如表1 所示。

圖2 總磷標準曲線Fig.2 Total phosphorus standard curve

由表1 可以看出， 原始水樣的氨氮的濃度為133.89mg/L。加入不同體積的高鐵酸鹽以后，水樣中氨氮濃度隨著加入量的增加而減小，水樣中氨氮的去除率逐漸增加。

表1 加入高鐵酸鹽后氨氮的測定結(jié)果Table 1 Ammonia nitrogen determination results after ferrate added

以加入高鐵酸鹽溶液體積為橫軸，以水樣中氨氮的去除率為縱軸，畫出氨氮去除率的變化趨勢線（如圖3 所示）。

圖3 氨氮去除率的變化趨勢Fig.3 Variation tendency of ammonium-nitrogen removal rate

由圖3 可以看出， 加入不同量的高鐵酸鈉溶液，水樣中氨氮的去除率呈直線上升趨勢，在加入6.0 ml 時，水樣中氨氮的濃度為0，達到最高去除率（100%）。 因此，對于100 mL 常規(guī)生活污水水樣，只需6 mL 的高鐵酸鹽就能夠完全消除其中的氨氮。在生產(chǎn)實際中處理生活污水時，不要求氨氮去除率必須達到100%。 所以，在節(jié)約試劑又滿足排放標準的要求下，100 mL 生活污水可以只加入高鐵酸鹽5.0 ml，這時的去除率能夠達到92.4%，足以達到凈水的目的。

2.2 高鐵酸鹽對污水中總磷去除率的影響

同樣的，加入不同量的高鐵酸鹽溶液，測得水樣中總磷的去除效果如表2 所示。

由表2 可以看出， 原始水樣中總磷的濃度為7.92 mg/L，加入不同體積的高鐵酸鹽以后，水樣中總磷的濃度隨著加入量的增加而減少，水樣中總磷的去除率逐漸增加。

表2 加入高鐵酸鹽后總磷的測定結(jié)果Table 2 Total phosphorus determination results after ferrate added

以加入不同高鐵酸鈉溶液體積為橫軸，以水樣中總磷的去除率為縱軸，繪制總磷去除率的變化趨勢線（如圖4 所示）。

從圖4 可以看出，隨著水樣中加入的高鐵酸鈉溶液的增加，水樣中的總磷越來越少，總磷的去除率越來越大。 當加入高鐵酸鈉1.3 mL 左右時，水樣中總磷的濃度由原始濃度的7.92 mg/L 下降至0.75 mg/L，去除率已經(jīng)達到90.6%以上，完全可以滿足現(xiàn)實生產(chǎn)中生活污水的排放要求。

圖4 磷的去除率與加入高鐵酸鹽體積的關(guān)系Fig.4 Relations of phosphorus removal rate andferrate added volume

3 結(jié)語

本實驗以黃河水利職業(yè)技術(shù)學院校區(qū)污水處理站廢水為處理對象，結(jié)果表明：高鐵酸鈉溶液對校區(qū)污水的脫氮除磷效果非常好， 每100 mL 生活污水，只需加入5 mL 的高鐵酸鈉，就可以使水樣中氨氮的去除率達到90%以上；加入1.3 mL 的高鐵酸鈉， 就可以使水樣中的總磷去除率達到90%以上。因此，用自制的高鐵酸鈉溶液進行處理，完全可以滿足國標中關(guān)于生活污水脫氮除磷的排放標準。 該實驗結(jié)果可以為小型生活污水處理廠污水處理提供參考依據(jù)。

[1] 婁金生，謝水波，何少華. 生物脫氮除磷原理與應用[M].長沙：國防科技大學出版社，2002.

[2] 周桔,莊緒亮,楊萍.中國科學院水污染研究現(xiàn)狀與展望[J].科技與社會,2009,24（5）:504-510.

[3] Jia QianJiang, Barry Lloyd. Progress in the development and use of Ferrate (/I)salt as an oxidant and coagulant for water and wastewater treatment[J]. WaterRes,2002,36（3）:1397-1408.