崔 鵬，張向遠(yuǎn)，劉 斌

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)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(guò)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(guò)高，就會(huì)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(yíng)養(yǎng)化。 因此，許多學(xué)者將脫氮除磷作為凈水的研究熱點(diǎn)[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(jìn)行水處理的過(guò)程中，這些凈水劑都會(huì)或多或少地對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生二次污染。 因此，開(kāi)發(fā)綠色高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的新型凈水劑成為研究的熱點(diǎn)[2]。

高鐵酸鹽具有很強(qiáng)的氧化性，可以起到絮凝的效果，并且對(duì)環(huán)境和生物無(wú)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(diǎn)。本文以黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院校區(qū)污水處理廠的污水為研究對(duì)象，用自制的高鐵酸鹽對(duì)其進(jìn)行處理，研究了在現(xiàn)有條件下對(duì)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(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)所用儀器包括：分光光度計(jì)（TU-1810）（上海美譜達(dá)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、硝酸、高氯酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、過(guò)硫酸鉀、鉬酸鹽溶液、濁度-色度補(bǔ)償液、磷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 水樣預(yù)處理

取16 個(gè)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(jìn)行超聲處理30 min。超聲處理過(guò)后，用抽濾裝置進(jìn)行抽濾。 將抽濾后的溶液放入試劑瓶中，保存待測(cè)。

1.2.2 氨氮、總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

（1）氨氮標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)液于7 個(gè)50 ml 比色管中，均加無(wú)氨水至標(biāo)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(wú)氨水作參比， 用光程20 mm 的比色皿、在波長(zhǎng)420 nm 處測(cè)量吸光度。

測(cè)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(biāo)，以校正吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖1 所示）。 由標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Ammonia standard curve

（2）總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

取9 支50 mL 具塞刻度管并編號(hào)，按編號(hào)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(guò)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(dāng)壓力達(dá)1.1kg/cm2、相應(yīng)溫度為120℃時(shí)，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(biāo)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(zhǎng)下測(cè)定吸光度。 扣除空白試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液。 加蒸餾水定容至25mL，然后按消解步驟進(jìn)行處理。以水做參比，測(cè)定吸光度。扣除空白試驗(yàn)的吸光度后，與對(duì)應(yīng)的磷的含量結(jié)合，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖2 所示）。 由所獲得的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)性較好。

1.2.3 水樣的測(cè)定

在與做標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的條件下，測(cè)已處理好水樣的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 高鐵酸鹽對(duì)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(duì)水樣中氨氮的去除效果，測(cè)得結(jié)果如表1 所示。

圖2 總磷標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(huà)出氨氮去除率的變化趨勢(shì)線（如圖3 所示）。

圖3 氨氮去除率的變化趨勢(shì)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(shì)，在加入6.0 ml 時(shí)，水樣中氨氮的濃度為0，達(dá)到最高去除率（100%）。 因此，對(duì)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(shí)際中處理生活污水時(shí)，不要求氨氮去除率必須達(dá)到100%。 所以，在節(jié)約試劑又滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求下，100 mL 生活污水可以只加入高鐵酸鹽5.0 ml，這時(shí)的去除率能夠達(dá)到92.4%，足以達(dá)到凈水的目的。

2.2 高鐵酸鹽對(duì)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(cè)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(cè)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(shì)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(lái)越少，總磷的去除率越來(lái)越大。 當(dāng)加入高鐵酸鈉1.3 mL 左右時(shí)，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(dá)到90.6%以上，完全可以滿足現(xiàn)實(shí)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(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)以黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院校區(qū)污水處理站廢水為處理對(duì)象，結(jié)果表明：高鐵酸鈉溶液對(duì)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(dá)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(dá)到90%以上。因此，用自制的高鐵酸鈉溶液進(jìn)行處理，完全可以滿足國(guó)標(biāo)中關(guān)于生活污水脫氮除磷的排放標(biāo)準(zhǔn)。 該實(shí)驗(yàn)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(yīng)用[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2002.

[2] 周桔,莊緒亮,楊萍.中國(guó)科學(xué)院水污染研究現(xiàn)狀與展望[J].科技與社會(huì),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.