重慶某污水處理廠出水發黃原因及應對措施研究

諸力維，王同奎**，王 宇，周 洋，鄒 蓉，張楷彬，劉 曉，田 爽，李曉林

(1.重慶市三峽魚復排水有限責任公司，重慶 401133；2.西南大學 化學化工學院，重慶 400715)

重慶市城區某污水處理廠一期設計處理規模為3萬m3/d，該廠設計時定位為城鎮生活污水處理廠，設計工業廢水占比46%，主要工藝為A2/O+濾布濾池工藝，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標，尾水排入長江。目前實際收集處理污水約2.8萬m3/d。由于園區入駐企業數量多、規模大，而入住人口較少，目前該廠進水中實際工業廢水占比達74%，而大比例的工業廢水極易造成出水水質沖擊問題[1]。

目前，該污水處理廠二沉池和濾布濾池出水清澈，而接觸消毒池出水會偶爾出現偏黃現象。尤其是二氧化氯(ClO2)或者次氯酸鈉(NaClO)用量較大時，出水發黃嚴重(圖1)，從而易導致出水色度超標；而降低消毒劑的用量會導致出水大腸桿菌偏高，甚至超標?；诖?，本研究工作針對出水發黃現象及應對措施展開了調查研究和分析。

圖1 接觸消毒池出水發黃情況

1 水質色度異常分析

1.1 出水發黃原因分析

通過調研發現，出水水質發黃有可能由以下幾個方面的原因造成[2]：①當污水系統受到負荷沖擊時，污泥部分解體，出水中帶著游離的污泥會造成水質偏黃[3]。但在出水發黃時，出水的COD一直保持在10～20 mg/L 范圍內。此外，二沉池水質清澈透明，故排除污泥解體造成的。另一方面，系統長期低負荷運行會導致絲狀菌膨脹，也會造成出水偏黃，但其COD值并不高，且二沉池的水比較清澈，故絲狀菌膨脹導致水質偏黃的可能性也被排除。②當氨氮濃度高時，出水在劇烈的撞擊下水花也會起泡和泛黃[4]，然而出水發黃時檢測的氨氮濃度一般都低于 0.05 mg/L，因此該可能性也排除在外。③另一種可能的原因是金屬離子氧化沉淀后顯色，尤其是Mn2+和Fe3+。二沉池出水經過NaClO氧化后會產生顏色更深的鐵鹽和二氧化錳沉淀，濃度較大時會造成水質泛黃[5]?；诖?，本研究開展了源頭水和二沉池出水以及消毒后出水的水質分析調查。通過配制不同濃度的亞鐵和二價錳溶液，經過NaClO氧化后觀察氣色度和抽濾后濾紙的顯色情況，分析是否是Mn2+和Fe3+濃度過高引起的，并通過實驗選擇合適的混凝劑進行沉淀處理。

1.2 水質分析

通過源頭水排查，Fe3+和Mn2+主要來自于下游企業源頭水。為了開展實驗探究，摸清具體水質情況，通過對源頭水進口(A1)、二沉池出水口(WS1)和出水(WS2)進行了鐵和錳元素濃度的檢測，如表1所示。通過對A1、WS1和WS2三個位置水質取樣檢測發現，進水鐵元素的質量濃度在 0.14 mg/L 左右，二沉池和出水口鐵元素基本上消失。對于錳元素，源頭水進口Mn2+的平均質量濃度為 0.59 mg/L，二沉池出水出口Mn2+的平均質量濃度為 0.48 mg/L，出水口Mn2+的平均質量濃度為 0.45 mg/L。由此得出，相比于A1處，WS1和WS2處的Fe3+基本上消失；而WS1和WS2處的的Mn2+濃度比A1處的Mn2+濃度只是略微下降，說明現有工藝無法實現對Mn2+的有效去除?；诖?，可以初步判斷引起出水水質發黃的原因是Mn2+濃度較高造成的。

表1 源頭水進、出口、二沉池出口檢測鐵和錳元素檢測結果

2 處理方案

2.1 驗證方案

通過對水質的分析初步得出結論：引起出水水質發黃的主要原因是Mn2+濃度較高。為了驗證該結論，開展了不同濃度的錳和鐵元素的溶液經過NaClO氧化處理的實驗，然后測其色度。

水質發黃檢測方案：分別配制不同質量濃度(0.2、0.5、0.8、1.0、2.0、5.0 mg/L)。配制原則：將所有錳、鐵離子的濃度包含在該濃度區間內)的Fe3+(FeCl3·4H2O)和Mn2+[Mn(CH3COO)2]溶液；分別取鐵、錳溶液和二沉池出水水樣各 25 mL，添加 3.0 mL 質量分子數為7.5%NaClO之后對溶液的色度進行分析；并記錄抽濾后濾紙顏色變化。

色度的測量方法：采用稀釋倍數法(HJ1182—2021)將被檢測的水樣用光學純水稀釋至用目視比較與光學純水相比剛好看不見顏色為止，此時稀釋的倍數即為該水樣的色度。同時目視觀察水樣，用文字描述顏色性質：顏色的深淺、透明度。采用稀釋倍數值和文字描述相結合的方法來表示色度。

對于質量濃度為0.02、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L 的Fe3+溶液，通過加入NaClO后的溶液和抽濾后的濾紙顏色變化可以發現Fe3+的存在對色度的影響不大(見圖2)，根據稀釋倍數法得到的相應色度依次為0、0、6、10、10、20(見表2)。通過水質監測數據可知，二沉池出水所含的Fe3+基本消失(見表1)，因此，基本可以排除出水發黃是由于Fe3+導致。

表2 不同質量濃度的含Fe3+溶液添加NaClO后的色度數值

圖2 不同濃度的Fe3+溶液添加NaClO后的溶液和抽濾后濾紙顏色

通過對不同質量濃度的Mn2+溶液加入NaClO后發現，隨著Mn2+濃度的增加，溶液的色度逐漸加深 (見圖3)，如表3所示。Mn2+的質量濃度為 0.2 mg/L 時，加入NaClO后的色度為20，抽濾后的濾紙可以看到淡黃色，主要原因是加入NaClO后，Mn2+被氧化為Mn4+，堿性環境中變為MnO2。隨著Mn2+濃度繼續增加，色度也隨之增加，當Mn2+的質量濃度達到 5 mg/L 時，溶液變為較深的黃色，色度達到40，抽濾后的濾紙可以看到深褐色。

表3 向不同濃度Mn2+溶液添加NaClO后的色度

圖3 不同濃度Mn2+溶液添加NaClO后的溶液和抽濾后濾紙顏色

隨后，以二沉池出水為樣品，對樣品經過NaClO處理后色度進行了觀察。圖4為三份二沉池出水樣品添加NaClO后的溶液和抽濾后濾紙顏色?？梢园l現，溶液和抽濾后的濾紙呈現淡黃色。樣品中的Mn2+質量濃度在 0.48 mg/L，經過NaClO處理后色度為20(見表4)。因此，可以通過實驗確定出水水質發黃的是由于Mn2+濃度較高引起的。

表4 二沉池出水樣品添加NaClO后的色度數值

表5 以NaOH和NaHCO3作為混凝劑后Mn2+的去除和前后pH值的變化

表6 在初沉池添加NaHCO3作為混凝劑后Mn2+的去除和前后pH值的變化

圖4 二沉池出水樣品添加NaClO后的溶液和抽濾后濾紙顏色

2.2 去除方案

通過每天對源頭水管網檢測得到的各個月最高的Mn2+質量濃度(見圖5)可知，6月份的Mn2+質量濃度最高 5.47 mg/L?；诖?，為了探索合適的混凝劑，實驗配制了質量濃度為 5.0 mg/L 的Mn2+溶液 1 L，然后分別添加質量濃度為 40 g/L (1.0 mol/L)的NaOH和質量濃度為 84 g/L(1.0 mol/L)的NaHCO3溶液，添加完畢后檢測溶液體系的pH值和剩余Mn2+濃度。

由表5可知，加入NaOH和NaHCO3都可以有效地去除液相中的Mn2+；隨著加入藥品體積的增加，Mn2+的去除量增加。當以NaOH為混凝劑時，溶液的pH值較大，會嚴重影響生化池的生物活性；反之，NaHCO3投加后的去除效率低于NaOH，但是產生的碳酸酸性較弱，加入后系統的pH值影響較小，從而不會影響生化池。因此，可選用NaHCO3溶液作為Mn2+去除的混凝劑。通過實驗可知，當Mn2+質量濃度為 5.0 mg/L 時，添加 0.5 mL 質量濃度為 84 g/L 的NaHCO3可將Mn2+質量濃度降為 0.15 mg/L。由表2可知，當Mn2+質量濃度低于 0.2 mg/L 時，不會造成色度沖擊。

在確定NaHCO3溶液作為Mn2+去除的混凝劑和最佳配比后，在水質受到沖擊時在初沉池展開了中試實驗。在源頭水檢測到Mn2+濃度較高時，將濃度較高的源頭水引入備用初沉池后添加NaHCO3溶液。表6為在2023年1月份期間Mn2+濃度受到沖擊(Mn2+高于0.5 mg/L)時，向初沉池加入質量濃度為84 g/L的NaHCO3后檢測Mn2+的去除和pH值變化情況。由表6可知，2023年一月份共出現5次沖擊，在加入不同體積后的pH值基本上沒發生變化，而Mn2+的濃度降至較低水平，不會再造成色度沖擊。

3 結論

某污水處理廠現有工藝無法實現對錳離子的有效去除；濃度較高的錳離子在經過NaClO氧化處理后會被氧化為有顏色的二氧化錳，從而造成出水水質發黃，極易導致水質色度超標。通過在初沉池添加適當的碳酸氫鈉作為混凝劑，可以有效降低污水中錳離子的濃度，有效降低了出水的色度。