三氯化鐵對(duì)活性污泥系統(tǒng)效能的影響

李曉溪

(沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110168)

當(dāng)前，國內(nèi)污水廠大多采用活性污泥法處理污水，投加化學(xué)藥劑與活性污泥分開。采用生化物化耦合法即在曝氣池中投加藥劑，使之與活性污泥混合產(chǎn)生一系列反應(yīng)，有助于更高效地去除污水中的有機(jī)物，節(jié)省成本和空間。有研究表明投加鐵鹽除磷藥劑，對(duì)活性污泥系統(tǒng)的水質(zhì)和污泥性質(zhì)具有促進(jìn)效果[1]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與裝置

活性污泥取自遼寧省撫順市三寶屯污水處理廠。選取沈陽市老虎沖衛(wèi)生填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液原液，將其稀釋一定倍數(shù)后模擬生活污水作為試驗(yàn)用水，水質(zhì)如下：COD，350 mg/L；氨氮，35 mg/L；TN，45 mg/L；TP，4～5 mg/L；用NaHCO3調(diào)制pH值在7.5左右。試驗(yàn)裝置如圖1所示，主要由潛污泵、攪拌機(jī)、電磁閥等組成。

圖1 SBR試驗(yàn)裝置Fig.1 Unit of SBR experiment

1.2 試驗(yàn)方法

反應(yīng)器每天運(yùn)行3個(gè)周期，每個(gè)周期為480 min：進(jìn)水5 min，厭氧攪拌120 min，好氧曝氣300 min，沉淀50 min，排水5 min。每個(gè)周期的進(jìn)水和排水量均為3 L，水力停留時(shí)間(HRT)為32 h。反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，控制污泥濃度在3 800 mg/L左右，SRT為7 d，通過控制曝氣量使溶解氧(DO)在2～3 mg/L。

采用2組完全平行的序批式反應(yīng)器(SBR)，分別進(jìn)行空白和投加FeCl3對(duì)比試驗(yàn)。SBR反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，在每個(gè)周期曝氣結(jié)束前2 h分別向1個(gè)反應(yīng)器投加FeCl3，該過程持續(xù)8周。

參考三寶屯污水處理廠向二沉池投加FeCl3的量(15 mg/L)，試驗(yàn)中FeCl3的投加量分別為5，10，15，20，25，30，40和50 mg/L。在每個(gè)投加濃度下各運(yùn)行7 d，考察COD、TP、TN等水質(zhì)指標(biāo)，以及脫氫酶活性(DHA)[2]和胞外聚合物(EPS)[3]等污泥特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 FeCl3對(duì)COD的影響

進(jìn)水COD在350 mg/L左右，投加FeCl3有助于系統(tǒng)對(duì)COD的去除，這與文獻(xiàn)[4]的研究結(jié)果相符。從圖2可知，投加FeCl3后COD去除率有所升高。隨著FeCl3投加量的增大，對(duì)COD的去除效果逐漸增強(qiáng)。當(dāng)FeCl3投加量從5 mg/L增大到25 mg/L時(shí)，出水COD從62.3 mg/L降低到25.6 mg/L，去除率從81.5%升高到91.6%。投藥量為30，40和50 mg/L時(shí)，出水COD在長期運(yùn)行中基本穩(wěn)定在25 mg/L左右，去除率為92.4%。

圖2 不同F(xiàn)eCl3投加量下的COD去除效果Fig.2 Removal effect of COD under different dosages of FeCl3

試驗(yàn)中所投加的FeCl3能與反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物作用，使其存在于活性污泥絮體內(nèi)部，最終使出水有機(jī)物含量下降。鐵鹽促進(jìn)了混合液中有機(jī)物膠體顆粒的脫穩(wěn)和吸附沉降性[4]。

2.2 FeCl3對(duì)TN的影響

進(jìn)水TN在45 mg/L左右，隨著FeCl3投加量的增大，對(duì)TN的去除效果有所增強(qiáng)，如圖3所示。空白組對(duì)TN的去除率為72%，當(dāng)FeCl3投加量從5 mg/L增大到50 mg/L時(shí)，出水TN從9.10 mg/L降低到5.45 mg/L，去除率為89.4%。

圖3 不同F(xiàn)eCl3投加量下的TN去除效果Fig.3 Removal effect of TN under different dosages of FeCl3

生物脫氮的基本原理是活性污泥中微生物通過硝化和反硝化作用代謝含氮有機(jī)物。觀察發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照反應(yīng)器相比，投加FeCl3的反應(yīng)器內(nèi)活性污泥絮體更加密實(shí)，且絮體成團(tuán)多[4]。分析認(rèn)為2個(gè)反應(yīng)器脫氮效果不同的原因是，F(xiàn)eCl3在混凝過程中產(chǎn)生的沉淀附著于微生物表面，但并未緊密包裹微生物，形成了好氧、缺氧的微環(huán)境。硝化細(xì)菌利用溶解氧可將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，而處于缺氧區(qū)的反硝化細(xì)菌又將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈁5]。絮凝沉淀物未完全包裹微生物所形成的微環(huán)境，為同步硝化反硝化提供了良好的空間環(huán)境，促進(jìn)了微生物的脫氮作用，是投加FeCl3后TN去除率上升的原因。

2.3 FeCl3對(duì)TP的影響

隨著FeCl3投加量的增大，對(duì)TP的去除效果顯著增強(qiáng)，見圖4。FeCl3投加量從5 mg/L增大到25 mg/L，出水TP從1.42 mg/L下降至0.51 mg/L，去除率從68%升高到89%。當(dāng)投加量為30，40和50 mg/L時(shí)，出水TP在長期運(yùn)行過程中波動(dòng)不大，基本穩(wěn)定在0.45 mg/L左右，去除率為92%，已達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，而空白對(duì)照組對(duì)TP的去除率僅約為70%。

FeCl3投加量為5 mg/L時(shí)，絮凝效果不佳，沉淀較少，TP去除率上升略緩慢；逐步提高投加量至20 mg/L后，TP去除率快速上升。這是因?yàn)樾纬闪烁嗟奈⑿☆w粒，在曝氣攪拌混合下，絮凝使顆粒變大從而更易沉淀，提升了沉淀效果。當(dāng)投加量為30，40 和50 mg/L時(shí)，TP去除率上升放緩。這可能是因?yàn)檫^高的鐵鹽投加量雖然使水中絡(luò)合鐵離子增多，但吸附架橋所需的表面吸附活性點(diǎn)位卻減少。同時(shí)，由于同種粒子間的排斥作用而出現(xiàn)了分散穩(wěn)定的現(xiàn)象，鐵鹽與磷酸根生成了細(xì)小絮體而較難沉降，使去除率升高變緩[5]。當(dāng)FeCl3投加量為40 mg/L時(shí)，其與微生物協(xié)同除磷的效果明顯，性價(jià)比最高。因此，F(xiàn)eCl3能夠強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)除磷，即FeCl3和活性污泥在除磷方面具有長期協(xié)同作用[5]。

圖4 不同F(xiàn)eCl3投加量下的TP去除效果Fig.4 Removal effect of TP under different dosages of FeCl3

2.4 FeCl3對(duì)DHA的影響

從圖5可以看出，投加FeCl3對(duì)污泥活性有促進(jìn)作用。當(dāng)投加量在5～25 mg/L時(shí)，對(duì)DHA的促進(jìn)效果明顯，激活較快。當(dāng)投加量在30～50 mg/L時(shí)，污泥活性逐漸平穩(wěn)，達(dá)到55.2 mgTF/(h·L)左右。FeCl3水解后產(chǎn)生的Fe3+作為細(xì)胞外的受體，可促進(jìn)污泥小分子聚涌，改善絮凝效果，有利于提升污水處理效果。

圖5 不同F(xiàn)eCl3投加量下的DHAFig.5 Variety of DHA under different dosages of FeCl3

2.5 FeCl3對(duì)EPS的影響

未投加FeCl3時(shí)，活性污泥系統(tǒng)的蛋白質(zhì)含量為30.2 mg/gMLSS。從圖6可以看出，當(dāng)投加量從5 mg/L升高到50 mg/L時(shí)，蛋白質(zhì)含量從34 mg/gMLSS增加至56.6 mg/gMLSS，且存在先快速增大后趨于穩(wěn)定的過程。

圖6 不同F(xiàn)eCl3投加量下的蛋白質(zhì)Fig.6 Variety of protein under different dosages of FeCl3

試驗(yàn)表明，投加Fe3+對(duì)微生物胞外蛋白質(zhì)起到促進(jìn)作用，也進(jìn)而增活了微生物系統(tǒng)。Fe3+與胞外陰離子基團(tuán)相結(jié)合，傳達(dá)絮凝反應(yīng)的正向進(jìn)行，形成更多的EPS，在微電子傳遞中起到固氮脫磷的細(xì)胞呼吸作用。

由圖7可知，投加FeCl3后多糖含量逐漸增大，但增長速度小于蛋白質(zhì)。EPS中蛋白質(zhì)的含量一般大于多糖。未投加FeCl3時(shí)，多糖含量為26.6 mg/gMLSS。FeCl3投加量從5 mg/L增大到50 mg/L時(shí)，多糖從29 mg/gMLSS升高至38.8 mg/gMLSS，增長速率也存在先快后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。

圖7 不同F(xiàn)eCl3投加量下的多糖Fig.7 Variety of polysaccharide under different dosages of FeCl3

3 結(jié)論

① 投加FeCl3可激活活性污泥系統(tǒng)中的生物活性，促進(jìn)脫氫酶活性和胞外聚合物的增加。

② 投加FeCl3可增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)COD、TN、TP的去除率，達(dá)到更好的脫氮除磷效果，改善出水水質(zhì)。