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铁屑碳酸钙耦合除磷工艺在农村生活污水处理中的应用

2024-11-16 104 上传者：管理员

摘要：为了探究铁屑碳酸钙耦合除磷工艺在农村生活污水处理中除磷的最佳条件，本文试验了在静态条件下，铁屑、碳酸钙的最佳配比量和最适投加量，以及不同初始总磷浓度废水对除磷效果的影响。以静态试验结果作为参考进行了工程实例应用，竣工通水后在动态流水中进一步探究了该方法作为A/O工艺后端单独除磷单元的除磷效果，得到了铁屑碳酸钙耦合工艺在去除农村生活污水中磷的最佳条件。结果显示，对于总磷浓度为2～9mg/L的含磷农村生活污水，投加铁屑、碳酸钙比为9:1，水力停留时间3h，总磷的去除率可达到85%。

关键词：
农污
生态文明建设
碳酸钙
铁屑
除磷
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近年来，生态文明建设已引起全社会的高度重视，农村生活污水的治理也是国家重点关注的行业之一，稳定高效除磷是目前农村生活污水难点。在污水中，磷主要以正磷酸盐离子、聚合磷酸盐及有机磷化合物的形式存在[1]。现代以来，除磷方法的研究就受到人们广泛关注，目前国内外应用较为普遍的除磷方法主要有生物法[2]、物理法和化学法[3]三大类，包括化学沉淀、电解、吸附[4]、膜分离、微生物、人工湿地[5]等多种处理方式。

农村生活污水处理设施大多处于无人值守、分散式的状态，在实际应用中若采用生物除磷法，系统易受pH值、温度、溶解氧和碳源等因素[6]影响。然而化学除磷法的药剂成本高昂[7]，污泥外运、药剂补充等运维操作产生的额外工作量都限制了该方法的应用。因此急需研发一种高效除磷、运维简单、材料易得且成本较低的除磷工艺。研究采用铁屑和碳酸钙这种简单易得的材料，把铁屑、碳酸钙作为尾处理滤池填料，能够有效降低出水中总磷含量，工程应用中也验证了其效果，在总磷较高的情况下仍能处理达标，将为农村生活污水处理的工程应用奠定基础。

1、材料与方法

1.1试验材料与仪器

试验用废水为浙江省余姚市阳明街道畈周村农村生活污水。铁屑购自浙江省余姚市某机械加工厂，为工业铁刨花式废料，颗粒直径在1～3mm，碳酸钙为市场上所售的常规材料，颗粒的直径：5mm。

试验仪器：DR5000水质分析仪（美国哈希公司）；pHS-3C精密酸度计（上海精密仪器仪表有限公司）。

1.2试验方法

采用静态试验和动态流水结合方式，静态试验在冬季进行，进水总磷浓度均较高，动态试验在除磷单元工程完工后进行。静态试验在烧杯中进行，将铁屑和碳酸钙按一定比例加入1L的烧杯中，铁屑使用前按清水—碱液—清水—酸液—清水步骤洗涤，除去表面油污和氧化物并沥干。取定量废水倒入烧杯，保证水量浸没物料，在静置状态下反应，取上层清液测定总磷。

动态流水试验在终端的人工湿地和A/O工艺出水处加建单独的除磷池，按一定比例填充铁屑和碳酸钙，填充时先在除磷单元中倒入铁屑，后翻动铁屑并投加碳酸钙，使其均匀混合。随后终端尾水进入除磷池，在前端设施正常运行的情况下取除磷池出水，采用钼酸铵分光光度法测定总磷。

采用Excel 2019处理试验数据，折线图采用GraphPad Prism 8.0统计和图形可视化软件，P<0.05认为差异有统计学意义。所有试验数据均重复3次。

1.3不同配比的铁屑、碳酸钙对除磷效果的影响

铁屑和碳酸钙总质量200g，共设8组，分别为：1）铁屑50g，碳酸钙150g;2）铁屑100g，碳酸钙100g;3）铁屑150g，碳酸钙50g;4）铁屑160g，碳酸钙40g;5）铁屑170g，碳酸钙30g;6）铁屑180g，碳酸钙20g;7）铁屑190g，碳酸钙10g;8）铁屑200g，碳酸钙0g。将500mL终端尾水置于烧杯中，分别加入不同配比的铁屑和碳酸钙，保证水面没过物料。依次在0、1、2、3、4、5、6、24h将含磷污水倒至空烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后静置一段时间，取上层清液测定污水中总磷浓度。

1.4铁屑、碳酸钙投加量对除磷效果的影响

铁屑、碳酸钙按质量比9∶1的配比，设置三组试验组，分别为：1）铁屑180g、碳酸钙20g;2）铁屑135g、碳酸钙15g;3）铁屑90g、碳酸钙10g。

将500mL终端尾水置于烧杯中，加入铁屑和碳酸钙，保证水面没过物料。依次在0、1、2、3、4h将含磷污水倒至空烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后静置一会，取上次清液测定污水中总磷浓度。

1.5不同初始磷浓度废水对除磷效果的影响

将初始总磷浓度为7.84、3.99、2.09mg/L的500mL终端尾水置于烧杯中，加入铁屑180g、碳酸钙20g。依次在0、1、2、3、4、24、48h将含磷污水倒至空烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后静置一会，取上次清液测定污水中总磷浓度。

2、结果与讨论

2.1不同配比的铁屑、碳酸钙对除磷效果的影响

实验结果显示，从第三小时开始，铁屑占比大的组除磷效果呈相对较好的趋势，说明在除磷过程中，起主导作用的是铁屑。适量碳酸钙能起到加速反应的作用，在反应的前2h内第6组（铁屑180g、碳酸钙20g）的除磷效果最好，所以后续试验中选择9∶1的铁屑、碳酸钙为最佳配比进行探究。24h后不同配比的除磷剂，总磷浓度都能降到1mg/L以下。

2.2铁屑、碳酸钙投加量对除磷效果的影响

实验结果显示，不同的投加量对总磷的去除效果有一定的影响，第3组（铁屑90g、碳酸钙10g）在1～2h中的去除率明显低于其他组。试验结果呈现出在相同时间内投加量越多，去除率越高的趋势。在24h后，不同投加量组的总磷去除率差别缩小。

2.3不同初始磷浓度废水对除磷效果的影响

反应后总磷和去除率数据见图1，初始磷浓度对铁屑-碳酸钙除磷的有一定影响：开始阶段(0～1h)初始磷浓度越高，铁屑-碳酸钙对总磷的去除速率越大，而1h后初始磷浓度对铁屑-碳酸钙去除总磷速率影响较小。由此可见，在初始阶段铁屑-碳酸钙对初始浓度较高的含磷废水处理效果更好。

从图1第1组数据能看出铁屑-碳酸钙1h反应时间去除率可以达到40%左右，随后去除率增长放缓，24h后去除率均接近90%，其他各组情况基本相似。说明反应开始的1h内铁屑-碳酸钙除磷速率较快，随后除磷速率开始下降，且反应时间越长则铁屑-碳酸钙对磷的去除效果越好。

图1不同初始磷浓度废水对除磷效果的影响

3、实例应用

以典型的农村生活污水处理终端工艺（A/O工艺）为例，后接入铁屑碳酸钙除磷单元进行实例应用及动态流水试验。

本试点位于浙江省余姚市阳明街道畈周村（水量120t/d），进入除磷单元的废水为A/O工艺处理后的尾水。除磷单元装置池体体积22m3，宽4m*长5m*高1.1m，除磷剂层约60cm高，板体之间距离约1.5m。除磷剂的填充方式和填充比例与谢家路村试点同样。将待处理污水以4.6～5m3/h的流速输送至流道内首端底部，同样以折流形式通过除磷剂后出水，水体停留时间5h，取最后自流道尾端出水及终端A/O工艺端尾水进行总磷浓度测定，结果如图2所示。

畈周村处理终端动态流水中，从10月至12月，进水总磷波动较大，出水总磷浓度也能很好控制在1mg/L以下，12月已进入冬季，可以明显看出低温对铁屑与碳酸钙形成的除磷剂效果影响并不大。根据监测，尾水p H在6.5～7.5之间波动，也并未对除磷效果产生较大影响。人工湿地或是A/O工艺尾端增设铁屑-碳酸钙处理装置均有稳定、持久的除磷效果，适用范围较广，具有实际应用价值。

图2畈周村试点进出水总磷浓度

4、结论

铁屑和碳酸钙耦合除磷，相对于铁碳复合填料，增加了接触面积，提高了对磷酸盐的去除效果，也更不易堵塞。从实际运营情况来看，该工艺运行稳定、效果持久、适用范围广，总磷平均去除率在85%以上。铁屑碳酸钙耦合除磷工艺为农污治理项目的设计和实施提供了重要的研究依据和实战经验。

文章来源:阮铃莉,陈国强,许秋红,等.铁屑碳酸钙耦合除磷工艺在农村生活污水处理中的应用[J].黑龙江环境通报,2024,37(11):148-150.