三氯化鐵對活性污泥系統效能的影響

李曉溪

(沈陽建筑大學 市政與環境工程學院， 遼寧 沈陽 110168)

當前，國內污水廠大多采用活性污泥法處理污水，投加化學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生一系列反應，有助于更高效地去除污水中的有機物，節省成本和空間。有研究表明投加鐵鹽除磷藥劑，對活性污泥系統的水質和污泥性質具有促進效果[1]。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與裝置

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生填埋場的垃圾滲濾液原液，將其稀釋一定倍數后模擬生活污水作為試驗用水，水質如下：COD，350 mg/L；氨氮，35 mg/L；TN，45 mg/L；TP，4～5 mg/L；用NaHCO3調制pH值在7.5左右。試驗裝置如圖1所示，主要由潛污泵、攪拌機、電磁閥等組成。

圖1 SBR試驗裝置Fig.1 Unit of SBR experiment

1.2 試驗方法

反應器每天運行3個周期，每個周期為480 min：進水5 min，厭氧攪拌120 min，好氧曝氣300 min，沉淀50 min，排水5 min。每個周期的進水和排水量均為3 L，水力停留時間(HRT)為32 h。反應器運行時，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器(SBR)，分別進行空白和投加FeCl3對比試驗。SBR反應器運行穩定后，在每個周期曝氣結束前2 h分別向1個反應器投加FeCl3，該過程持續8周。

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

2 結果與討論

2.1 FeCl3對COD的影響

進水COD在350 mg/L左右，投加FeCl3有助于系統對COD的去除，這與文獻[4]的研究結果相符。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COD的去除效果逐漸增強。當FeCl3投加量從5 mg/L增大到25 mg/L時，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，出水COD在長期運行中基本穩定在25 mg/L左右，去除率為92.4%。

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

試驗中所投加的FeCl3能與反應器內的有機物作用，使其存在于活性污泥絮體內部，最終使出水有機物含量下降。鐵鹽促進了混合液中有機物膠體顆粒的脫穩和吸附沉降性[4]。

2.2 FeCl3對TN的影響

進水TN在45 mg/L左右，隨著FeCl3投加量的增大，對TN的去除效果有所增強，如圖3所示。空白組對TN的去除率為72%，當FeCl3投加量從5 mg/L增大到50 mg/L時，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FeCl3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物。觀察發現，與空白對照反應器相比，投加FeCl3的反應器內活性污泥絮體更加密實，且絮體成團多[4]。分析認為2個反應器脫氮效果不同的原因是，FeCl3在混凝過程中產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、缺氧的微環境。硝化細菌利用溶解氧可將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，而處于缺氧區的反硝化細菌又將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化為氮氣[5]。絮凝沉淀物未完全包裹微生物所形成的微環境，為同步硝化反硝化提供了良好的空間環境，促進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TP的影響

隨著FeCl3投加量的增大，對TP的去除效果顯著增強，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%。當投加量為30，40和50 mg/L時，出水TP在長期運行過程中波動不大，基本穩定在0.45 mg/L左右，去除率為92%，已達到一級A標準，而空白對照組對TP的去除率僅約為70%。

FeCl3投加量為5 mg/L時，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。這是因為形成了更多的微小顆粒，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。當投加量為30，40 和50 mg/L時，TP去除率上升放緩。這可能是因為過高的鐵鹽投加量雖然使水中絡合鐵離子增多，但吸附架橋所需的表面吸附活性點位卻減少。同時，由于同種粒子間的排斥作用而出現了分散穩定的現象，鐵鹽與磷酸根生成了細小絮體而較難沉降，使去除率升高變緩[5]。當FeCl3投加量為40 mg/L時，其與微生物協同除磷的效果明顯，性價比最高。因此，FeCl3能夠強化活性污泥系統除磷，即FeCl3和活性污泥在除磷方面具有長期協同作用[5]。

圖4 不同FeCl3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DHA的影響

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

圖5 不同FeCl3投加量下的DHAFig.5 Variety of DHA under different dosages of FeCl3

2.5 FeCl3對EPS的影響

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

圖6 不同FeCl3投加量下的蛋白質Fig.6 Variety of protein under different dosages of FeCl3

試驗表明，投加Fe3+對微生物胞外蛋白質起到促進作用，也進而增活了微生物系統。Fe3+與胞外陰離子基團相結合，傳達絮凝反應的正向進行，形成更多的EPS，在微電子傳遞中起到固氮脫磷的細胞呼吸作用。

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。EPS中蛋白質的含量一般大于多糖。未投加FeCl3時，多糖含量為26.6 mg/gMLSS。FeCl3投加量從5 mg/L增大到50 mg/L時，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定的趨勢。

圖7 不同FeCl3投加量下的多糖Fig.7 Variety of polysaccharide under different dosages of FeCl3

3 結論

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

② 投加FeCl3可增強系統對COD、TN、TP的去除率，達到更好的脫氮除磷效果，改善出水水質。