聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁除磷效果对比研究

李光辉 王桂玉 占国将 陈巧丽

1 常州友邦净水材料有限公司 （江苏常州 213164）

2 常州常路美新型建材有限公司 （江苏常州 213164）

环境保护

聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁除磷效果对比研究

李光辉1王桂玉1占国将1陈巧丽2

1 常州友邦净水材料有限公司 （江苏常州 213164）

2 常州常路美新型建材有限公司 （江苏常州 213164）

以人工配制含磷废水和实际含磷废水为研究对象，重点考察了聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和聚合硫酸铝铁（PAFS）的最佳除磷pH值范围、最佳投加量范围以及对不同类型含磷废水的除磷性能。结果表明，3种絮凝剂均在pH=6的条件下除磷效果最佳，其中，PFS表现出良好的除磷性能，是一种高效除磷混凝剂。

絮凝剂 除磷效果 聚合硫酸铁 富营养化

0 概述

近年来，水体富营养化现象备受人们关注，它所导致的水质恶化严重影响人们的生产和生活。富营养化不仅使水体丧失应有功能，而且使水体生态环境向不利于人类的方向演变。研究表明，磷是多数水体富营养化的控制性因素，因此控制磷的浓度尤为重要。引起磷污染的途径主要有两个：一是日常生活中排放的含磷废水；二是工业生产中排放的含磷污水。与前者相比，后者含磷浓度高、涉及范围小、治理更为重要[1]。因此，如何有效地除去废水中的磷对消除污染、保护环境，具有十分重要的意义。

目前，国内外污水除磷技术主要有生物法、化学法两大类。在工业化应用上，国外比较成熟的技术是生化除磷法，主要适合处理低浓度及有机态含磷废水。但由于该法条件控制苛刻，一次投入费用太高，限制了它在国内的应用及发展，而化学法因其投资省、处理费用低等特点，具有很好的发展前景[2-3]。其中混凝沉淀法是一种可靠的含磷废水处理方法，具有性能稳定、可靠等优点，在除磷、除COD（化学需氧量）等方面也有较好的效果，应用前景广阔。选择合适的絮凝剂、强化絮凝沉淀效果是絮凝沉淀法处理含磷废水的关键。

本文针对常见絮凝剂的除磷效果进行对比实验研究，为化学除磷的应用提供参考依据。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

722型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）;

PHS-3D型便携式pH计（上海精密科学仪器有限公司）;

JJ-6AB型六联搅拌仪（金坛市晶玻实验仪器厂）;

高压灭菌锅（西安常仪仪器设备有限公司）。

聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝铁（PAFS），常州友邦净水材料有限公司；

废水来自某市政污水处理厂、某印染污水处理厂和某工业污水厂。

1.2 实验过程

实验采用实验室模拟废水和上述3种不同类型废水为研究对象，以不同絮凝剂进行混凝试验，考察不同絮凝剂对不同废水的除磷效果差异及原因，最终得出最佳的絮凝剂使用方案及絮凝条件。

1.3 混凝试验方法

测定被处理水样的pH值、COD及总磷（TP），在每个烧杯中加入500mL原水，投加稀释后浓度为10%的絮凝剂到每个烧杯中，各设5个投加量水平，六联搅拌先以150r/min搅拌2min，后以80r/min搅拌8min，静置沉降20min，取上清液测定有关水质指标。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂用量对废水除磷效果的影响

絮凝剂的投加量是决定絮凝效果的重要因素[4]。按试验方法研究不同絮凝剂用量对除磷效果的影响，结果见图1、2。由图1可知，对于TP=23.1mg/L的模拟水样，3种絮凝剂的除磷效果均随投加量增加而增强，PFS、PAC和PAFS的投药量分别在0.8 mL/L、1.0mL/L、1.0mL/L时，可使混凝出水TP＜0.5 mg/L，达到我国污水磷的一级排放标准［磷酸盐（P计）≤0.5mg/L］。对于TP=4.31mg/L的实际废水，由图2可知，3种絮凝剂的除磷效果也随投加量的增加而增强，但PFS和PAFS的投药量均在1.5mL/L时，混凝出水TP＜0.5mg/L，而PAC投加量在1.5mL/ L时，混凝出水仍不达标。原因可能是实际废水中含磷组分比较复杂，除一些可溶性磷酸盐外，还有部分以有机磷、聚合磷等形式存在，这部分磷很难与絮凝剂离子表面吸附活性点包裹，使得絮凝剂颗粒间的吸附架桥作用变得困难，以至于处理效率下降。

2.2 pH值对絮凝剂除磷效果的影响

在絮凝过程中，废水的pH值是影响絮凝效果的一个重要因素，它对胶体表面电荷的Zeta电位、絮凝剂的性质和作用等都有很大的影响[5]。以TP= 12.80mg/L的模拟废水为研究对象，考察各混凝剂在最佳投药量下不同pH值对其除磷效果的影响，以确定各混凝剂的最佳除磷pH值。PFS、PAC和PAFS的投加量为0.5mL/L时，调节试验水样的pH值分别在5、6、7、8、9左右。实验结果见表1、图3。

3种絮凝剂在pH值为5～9的范围内均具有较高的除磷效率，对TP的去除率均呈现先增大后降低趋势，3种药剂的整体除磷效果以PFS为最好。在pH=6时，3种药剂的除磷效果均达到最高，PFS对TP的最高去除率为99.06%，对应的出水TP为0.12 mg/L，达到了国家一级A排放标准。在最佳除磷pH值下的除磷率依然为PFS＞PAFS＞PAC。絮凝剂除磷率随pH值波动的原因分析如下：根据磷酸盐的形态分析，当pH值小于4.6时，磷酸溶液主要以H3PO4形态存在，不易与带正电荷的絮凝剂结合成絮体而被去除；当pH值为4.6～9.8时，磷酸溶液主要以H2PO4-和HPO42-两种形态存在，较易与带正电荷的絮凝剂结合成絮体而被去除。

2.3 絮凝剂对不同类型废水除磷性能的影响分析

为了进一步考察絮凝剂对污水的除磷性能，对3种药剂进行了市政废水（TP=4.31mg/L）、印染废水（TP=4.19mg/L）及工业污水（TP=5.95mg/L）除磷性能对比试验，从图4～6可知，针对不同类型、不同浓度的含磷废水，3种絮凝剂均表现出较好的除磷性能，PFS除磷效果最好、PAFS次之、PAC稍差。图4显示当投加量为1.5mL/L时，PFS和PAFS处理后出水总磷达到国家一级A排放标准；图5显示当投加量为1.5mL/L时，PFS出水总磷达到0.58mg/L；图6显示当投加量为1.5mL/L时，PFS出水总磷达到0.54mg/L；在相同投加量下，同一药剂针对不同废水除磷效果差异的主要原因是废水性质的不同。

PFS的除磷效果好于PAC和PAFS的原因，一方面可能是因为PFS形成的矾花密度大、沉降性能好，附带吸附卷扫除磷效果好。另一方面，在各种阴离子中，磷酸根对Fe3+水解行为影响最为突出，磷酸根可以取代Fe3+结合的部分羟基形成碱式磷酸铁复合络合物，改变Fe3+的水解路径[6]。铝铁复配比传统铝盐效果好，分析其原因认为铝铁复合絮凝剂在溶液中的水解状态主要是高电荷的铝铁多核络离子或金属氧化物凝胶物对脱稳的微粒产生粘结架桥絮凝和卷扫沉淀作用而使磷物质聚沉，这也是传统的低分子铝盐不能比拟的。

2.4 絮凝剂对废水除COD协同效果的比较

絮凝剂不仅对TP有较好的去除效果，其对COD的去除效果也不容小觑，在实际混凝沉淀过程中也是兼并考虑，3种絮凝剂除磷过程中对工业废水COD的协同效果性能见图7。3种药剂对工业废水COD的去除效果较明显，PFS和PAFS的除COD效果相当，PAC除COD效果略差，当投加量为1.5 mL/L时，PFS、PAFS和PAC的COD去除率分别达到43.63%、45.21%和31.27%。

3 结论

（1）污水除磷率随絮凝剂用量的增加而提高，最终趋于稳定；混凝除磷的最佳投加量要视所处理水样的含磷浓度和水样性质而定[7]。

（2）水体pH值对絮凝剂的除磷效果影响较大，本研究表明：聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁及聚合氯化铝均在pH=6的条件下，除磷效果最佳。

（3）无论在水体总磷浓度高或低的情况下，PAC、PFS和PAFS都表现出较好的除磷效果，其中PFS的除磷效率最高，在相同投加量下，PFS混凝出水的总磷浓度要明显低于PAC和PAFS。因此，就除磷而言，PFS是一种高效的除磷混凝剂。

[1] 邓晓文.混凝沉淀法处理含磷废水的试验研究[J].安徽建筑工业学院学报：自然科学版,2004,12(5):73-75.

[2] Irdemez S,Demircioglu N,Yildiz Y.The effects of pH onphosphate removal from wastewater by electro-coagulation withiron plate electrodes[J].Journal of Hazardous Materials, 2006,137(2):1231-1235.

[3] 游俊仁,林木兰,汪惠阳.高浓度含磷废水处理方法综述[J].化学工程与装备,2010(8):143-146.

[4] 王立立,张娜,胡勇有.生活污水化学强化混凝除磷试验研究[J].工业水处理,2006,26(3):26-30.

[5] 汪辉,马伟芳,曾凡刚,等.pH和COD对化学混凝除磷的影响研究[J].工业水处理,2012,32(6):50-52.

[6] 郑怀礼,张海彦,刘克万.自制聚合氯化铝铁絮凝剂用于市政废水除磷研究[R].2004年全国铝盐行业年会论文集,2004:123-126.

[7] 张伟,李桂星,朱岩.混凝剂最佳投药量和最佳除磷pH的研究[J].硅谷,2010(12):97.

Comparative Study on the Phosphorus Removal Effect of PAC,PFS and PAFS

Li Guanghui Wang Guiyu Zhan Guojiang Chen Qiaoli

The lab-simulated phosphorous wastewater and its real counterpart were investigated with a focus on locating the optimum pH value, the proper dosage and the removal performances of phosphorus from different wastewater of polyaluminum chloride (PAC), polyferric sulfate (PFS) and polymeric ferric aluminum sulfate (PAFS) . It was shown that pH=6 was an optimized value while PFS showed the best performance among the three flocculants, which proved that PFS was a high performance flocculant.

Flocculant; Phosphorus removal effect;Polyferric sulfate; Eutrophication

X 703

2014年3月

李光辉男1985年生工程师硕士研究方向：工业水处理