生物铁法强化污水处理作用机理与应用研究进展_赵炜

生物铁法（BioferricProcess）最早由日本学者提出，其基本原理是向曝气池进水或曝气池内投加Fe2+或Fe3+，利用铁盐的凝聚和沉淀作用去除污染物，以提高污水处理效率。该法生物强化处理效果显著、易于操作，研究人员已在各种难降解有机废水、重金属废水和生活污水等方面进行了初步尝试[1-5]。近年来，随着零价铁载体和厌氧生物铁技术的研究与实际应用，大大加速了生物铁法技术的发展。本文在总结传统Fe(III)-生物铁法、Fe(II)-生物铁法基础上，分析Fe0-生物铁法的特点、强化机理、应用研究和发展前景；同时总结厌氧生物铁法的最新研究成果，评价它们的应用前景，以期为生物铁法的深入理解与更好的应用提供一定的技术参考。生物铁法的强化机理首先是铁不仅能促进微生物的生长繁殖，也能改善污泥的生理特性，这是不同价态生物铁法共有的作用效果。普遍的解释是，铁是微生物生命活动不可缺少的营养元素，也是细胞色素和多种酶的重要组成部分，并参与微生物的能量代谢过程；同时，向反应器中投加适量铁盐，使活性污泥的结构紧密，改善污泥的絮凝沉降性能。WEI等发现，投加Fe3+使氨氧化细菌的生物量增加了1.6～3.3倍[6]；龙腾锐认为，Fe3+能增加活性污泥体系脱氢酶活性[7]；袁磊发现与传统活性污泥相比，投加Fe(OH)3使活性污泥微生物TTC-DHA和INT-ETS的活性提高50%以上[8]；韩甜甜等发现，投加铁离子对活性污泥微生物群落结构及其功能多样性产生影响[9]；王文娟等研究发现，很多金属元素对微生物的生长繁殖均具有促进作用，铁元素相对较强一些[10]。豆宁龙等向序批式活性污泥法反应器（SBR）中投加不同价态铁使污泥沉降性能得到改善[11]；ZHANG等发现，厌氧氨氧化污泥的活性会随着铁电极上产生的Fe2+含量的增加而增加[12]。但随着研究的不断深入，发现不同价态生物铁法在污水强化处理中的作用机理存在明显差异。1Fe(III)-生物铁法Fe(III)-生物铁法是向生化池或其进水中投加3价铁盐（如FeCl3、Fe(OH)3等），以形成活性生物铁泥，通过铁与微生物的协同互促作用，进而提高污水中污染物去除效果的方法。Fe(III)-生物铁法强化作用机理主要是Fe3+在弱碱性条件下易形成单级络合物（如Fe(OH)2+、Fe(OH)2+等），通过接触、碰撞和缩合等进一步形成不同形态的含铁多核络合物Fen(OH)m(3n-m)+（n>1，m=3n）[13]。由于这些多核络合物的比表面积较大，具有较强的絮凝作用，可以与微生物絮体协同凝聚，通过絮凝沉淀作用来分离去除污水中的污染物，从而提高了处理效率；同时，Fe3+与PO43-通过生成FePO4和碱式磷生物铁法强化污水处理作用机理与应用研究进展赵炜，孙强，李杰，王亚娥（兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070）摘要：归纳了生物铁法的类型和适用条件，分析了不同生物铁法强化污水生物处理的作用机理、优缺点和运行成本；总结了各类型生物铁法在脱氮除磷和难降解有机废水处理中的应用研究现状。与Fe(III)-生物铁法和Fe(II)-生物铁法相比，认为Fe0-生物铁法具有投资和运行成本低、工艺简单、强化效率高等特点，是生物铁法强化污水处理研究与应用的新方向。为了能更好地实现Fe0-生物铁法工程化应用，还需在新型零价铁材料的开发和工艺参数的优化等领域进行进一步研究。关键词：Fe(III)-生物铁法；Fe(II)-生物铁法；Fe0-生物铁法；厌氧生物铁法；污水处理中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2019)01-0012-005收稿日期：2018-03-21基金项目：国家自然科学基金项目（51468030,51768032）；兰州市科技局项目（2016-3-119）作者简介：赵炜（1976－），男，讲师，研究方向为环境微生物学；联系电话：15101316129；电子邮件：zhaowei@mail.lzjtu.cn通讯作者：李杰，教授；电子邮件：wye@mail.lzjtu.cn第45卷第1期2019年1月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.45No.1Jan.,2019DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2019.01.00312酸铁复合络合物（Fe2.5PO4(OH)4.5）等难溶性沉淀物达到化学除磷的效果[14]。这说明3价铁盐生物强化的实质主要是物化絮凝作用和化学沉淀作用。龙腾锐等认为，投加低含量的Fe3+能增加污泥的絮凝作用[7]。豆宁龙发现，与普通SBR相比，投加质量浓度25mg/L的FeCl3的SBR对TP的去除率提高了53%，分析认为，FeCl3-SBR强化除磷途径主要有生物除磷、化学絮凝沉淀和吸附作用，但化学絮凝沉淀