PAFC 去除对市政污水中污染物的研究

白向兵 郭伯林 汤兰英

(无锡胡埭污水处理有限公司，江苏 无锡 214161)

0 引言

聚合氯化铝铁(PAFC)是由铝盐和铁盐混凝水解共聚而成的一种无机复合高分子混凝剂，具有铝盐和铁盐的共同优点［1］。有研究表明［2，3］，PAFC 的除磷和混凝能力优于其他混凝剂。因此，PAFC 被大量应用于污水中污染物的去除。

针对采用MBR 工艺的某城镇污水处理厂污水处理过程，分别选择生化处理工艺的前端，中端和末端为投药点，通过对PAFC 混凝剂投加位置和投加量的研究，分析PAFC 对市政污水中污染物的去除能力，为PAFC 的优化使用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 主要仪器和试剂

DHG-9240A 型电热恒温鼓风干燥箱;ZR4-6 混凝实验搅拌器;DDB-303A 便携式电导率仪;JA31002 电子天平;PHS-3DPH计;754 紫外可见分光光度计;PAFC(袋装固体，Al2O3≥28%);钼酸铵(分析纯);重铬酸钾(分析纯);硫酸亚铁铵(分析纯);纳氏试剂(国药);过硫酸钾(分析纯)。

1.2 研究方法

取PAFC 固体，置于105 ℃恒温干燥箱烘干，干燥冷却备用。称取1.00 g 聚合氯化铝铁固体，溶于蒸馏水并定容于200 mL 容量瓶。PAFC 浓度为5 mg/mL，电导率为3.02 ms/cm。

取某污水处理厂生化处理工艺沉砂池前端(前端)，好氧池末端(中端)泥水混合液和生化系统末端(末端)各1 L，分别投加不同体积的PAFC 溶液，通过6 联搅拌机混凝搅拌，沉淀后取上清液，测定电导率，pH 值，可溶性COD(SCOD)，磷酸盐，NH3-N，TN。

混凝搅拌沉淀分四阶段:1)n=500 r/min，T=1 min，G=348.6;2)n=100 r/min，T=5 min，G=40.3;3)n=30 r/min，T=5 min，G=8.0;4)沉淀T=15 min。

2 结果与讨论

2.1 PAFC 对沉砂池前端进水中污染物的去除效果

1 L 进水中分别投加0 mL，2 mL，4 mL，6 mL，8 mL 和10 mL PAFC 溶液，混凝搅拌产生矾花较大，易沉降，上清液悬浮物减少，较清澈。

从表1 可以看出:前端投加PAFC 后pH，NH3-N 和TN 与未投加时无明显变化;电导率随PAFC 的投加量增加逐渐升高;磷酸盐和可溶性COD(SCOD)随PAFC 投加量增加逐渐降低，变化明显。

图1 表明PAFC 对进水中磷酸盐和SCOD 具有一定的去除能力，当PAFC 浓度为30 mg/L 时，SCOD 去除率达到28.57%，再增加药剂投加量，其对SCOD 的去除率没有明显增加;当PAFC 浓度为40 mg/L 时，磷酸盐去除率达到41.43%，再增加投药量，磷酸盐去除率的增加趋缓。混凝试验结果表明，当选择前端投加点时，PAFC 的合理投加量为30 mg/L～40 mg/L。

表1 进水前端混凝试验结果

图1 PAFC 对进水中SCOD 和磷酸盐p 去除曲线

市政污水中的氮以NH3-N，NO－3，NO－2和有机氮形式存在，其中有机氮含量极低，NH+4 不会与阴离子反应生成沉淀物，和也不会与Al3+，Fe3+反应生成沉淀物，表现为NH3-N，TN 不会被PAFC 混凝去除;投加PAFC 增加水中离子浓度，导致电导率升高，少量投加对pH 值影响较小。PAFC 溶于水后，Al3+，Fe3+金属离子与进水中的正磷酸根发生化学反应，在中性附近生成难溶于水的金属磷酸盐沉淀进行除磷;高价正离子进入胶体的扩散层，使扩散层厚度减薄，ζ 电位降低，使水中胶体颗粒互相靠近发生凝聚，同时带正电荷的聚合物与带负电荷的溶胶微粒、悬浮物颗粒发生吸附和桥连作用，形成较大絮凝体沉淀［4，5］。PAFC 通过化学沉淀和混凝作用实现磷酸盐与SCOD 的去除，悬浮物减少。

太湖地区市政污水处理厂普遍存在进水碳源不足，碳氮比偏低的问题［6］，在进水前端投加PAFC 虽能去除部分磷酸盐，为后续生物除磷减轻负荷，但前端SCOD 被大量沉淀去除后，导致后续生物脱氮除磷所需碳源不足［7］。厌氧段的碳源匮乏致使生物除磷能力降低，使化学除磷成为主要除磷方式。缺氧段同样需要足够的碳源才能实现生物脱氮，为了TN 达到一级A 标准排水标准，通常缺氧区还需再补充外碳源。因此，前端进水投加PAFC 的方式，既浪费了进水的部分内碳源又要补充外碳源，反而增加处理成本。

2.2 PAFC 对中端泥水混合液中污染物的去除效果

考虑污泥对PAFC 的消耗，增加投加量，1 L 泥水混合液中分别投加0 mL，3 mL，6 mL，9 mL，12 mL，15 mL PAFC 溶液，混凝搅拌后，易沉降，上清液清澈，悬浮物极少。

表2 好氧池末端泥水混合液混凝试验结果

从表2 可以看出，泥水混合液中投加PAFC 后，其pH，NH3-N和TN 与未投加时无明显变化;电导率随PAFC 的投加量增加逐渐升高;磷酸盐和可溶性COD(SCOD)随PAFC 投加量增加逐渐降低。

图2 表明，PAFC 对好氧区末端泥水混合液中磷酸盐和SCOD具有一定的去除能力，当PAFC 浓度为30 mg/L 时，SCOD 去除率达到50.18%，再增加投药量，SCOD 去除率变化较小;当PAFC 浓度为45 mg/L 时，磷酸盐去除率达到59.38%，再增加投药量，磷酸盐去除率增加趋缓。试验结果表明，当选择中端为投药点时，PAFC 合理投加量为20 mg/L～30 mg/L。

图2 PAFC 对中端泥水混合液中SCOD 和磷酸盐p 去除曲线

选择好氧区末端为PAFC 投加点，后端若无生物脱氮构筑物，碳源的去除已对脱氮作用无影响。中端投加PAFC 只会降低出水的COD 和TP，但受到活性污泥的影响，去除率与PAFC 浓度不呈线性关系。

2.3 PAFC 对末端出水中污染物的去除效果

考虑生化系统末端出水悬浮物量少的特点，实验减少了PAFC 的投加量，1 L 泥水混合液中分别投加0 mL，1 mL，2 mL，3 mL，4 mL，5 mL PAFC 溶液，混凝搅拌产生矾花较小，难沉降，上清液中絮状物极易被扰动。

表3 出水末端混凝试验结果

由表3 可知，生化系统出水投加PAFC 后SCOD，pH，NH3-N和TN 与未投加时无明显变化;电导率随PAFC 的投加量增加逐渐升高。

图3 表明，生化系统末端出水的磷酸盐的去除率与PAFC 投加量呈线性关系，只要增大PAFC 的投加量，出水磷酸盐浓度随PAFC 的增加直线降低。

图3 PAFC 对生化系统末端出水中磷酸盐p 的去除曲线

MBR 生化系统末端出水经过膜过滤后，不但去除了悬浮物和颗粒状固体，而且大量胶体物质也被过滤去除［8］。由于水中有机胶体颗粒大量减少，PAFC 的吸附和桥连作用降低，混凝形成絮状物颗粒变小，难沉降。对于生化系统后端还有混凝沉降和过滤工艺的污水厂，可以考虑在混凝段投加PAM 等有机混凝剂［9］，增强PAFC 的吸附和桥连作用，使絮凝颗粒变大，易沉降。末端投加PAFC 时，因出水中有机胶体和悬浮物极少，PAFC 的吸附和桥连功能降低，主要是高价金属离子与作用，生成磷酸盐沉淀，表现为磷酸盐去除率与PAFC 投加量呈线性关系。

3 结语

1)污水处理过程中投加PAFC 对SCOD 和磷酸盐具有去除能力，对NH3-N 和TN 的去除无贡献，少量投加对pH 无影响，电导率略微升高。2)前端投加PAFC 在去除磷酸盐的同时也去除了部分碳源(SCOD)，考虑碳源对生物脱氮作用的重要性，可能还需再补充外碳源来完成脱氮，反而会增加污水处理成本。3)若仅去除磷酸盐，实验表明:理想投药点的选择依次为:生化系统末端(末端)、好氧区末端(中端)、进水(前端)。4)就该污水厂而言，选择前端和中端为投加点，PAFC 达到一定浓度后，磷酸盐和SCOD 去除能力明显减缓，合理的投加量为30 mg/L～45 mg/L;选择后端投加点，PAFC 对磷酸盐p 的去除呈线性关系。该厂PAFC 的投加点和投加量可以为相关污水厂提供数据参考。

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