PAFC 去除對市政污水中污染物的研究

白向兵 郭伯林 湯蘭英

(無錫胡埭污水處理有限公司，江蘇 無錫 214161)

0 引言

聚合氯化鋁鐵(PAFC)是由鋁鹽和鐵鹽混凝水解共聚而成的一種無機復(fù)合高分子混凝劑，具有鋁鹽和鐵鹽的共同優(yōu)點［1］。有研究表明［2，3］，PAFC 的除磷和混凝能力優(yōu)于其他混凝劑。因此，PAFC 被大量應(yīng)用于污水中污染物的去除。

針對采用MBR 工藝的某城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理過程，分別選擇生化處理工藝的前端，中端和末端為投藥點，通過對PAFC 混凝劑投加位置和投加量的研究，分析PAFC 對市政污水中污染物的去除能力，為PAFC 的優(yōu)化使用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;ZR4-6 混凝實驗攪拌器;DDB-303A 便攜式電導(dǎo)率儀;JA31002 電子天平;PHS-3DPH計;754 紫外可見分光光度計;PAFC(袋裝固體，Al2O3≥28%);鉬酸銨(分析純);重鉻酸鉀(分析純);硫酸亞鐵銨(分析純);納氏試劑(國藥);過硫酸鉀(分析純)。

1.2 研究方法

取PAFC 固體，置于105 ℃恒溫干燥箱烘干，干燥冷卻備用。稱取1.00 g 聚合氯化鋁鐵固體，溶于蒸餾水并定容于200 mL 容量瓶。PAFC 濃度為5 mg/mL，電導(dǎo)率為3.02 ms/cm。

取某污水處理廠生化處理工藝沉砂池前端(前端)，好氧池末端(中端)泥水混合液和生化系統(tǒng)末端(末端)各1 L，分別投加不同體積的PAFC 溶液，通過6 聯(lián)攪拌機混凝攪拌，沉淀后取上清液，測定電導(dǎo)率，pH 值，可溶性COD(SCOD)，磷酸鹽，NH3-N，TN。

混凝攪拌沉淀分四階段: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 結(jié)果與討論

2.1 PAFC 對沉砂池前端進水中污染物的去除效果

1 L 進水中分別投加0 mL，2 mL，4 mL，6 mL，8 mL 和10 mL PAFC 溶液，混凝攪拌產(chǎn)生礬花較大，易沉降，上清液懸浮物減少，較清澈。

從表1 可以看出:前端投加PAFC 后pH，NH3-N 和TN 與未投加時無明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高;磷酸鹽和可溶性COD(SCOD)隨PAFC 投加量增加逐漸降低，變化明顯。

圖1 表明PAFC 對進水中磷酸鹽和SCOD 具有一定的去除能力，當(dāng)PAFC 濃度為30 mg/L 時，SCOD 去除率達到28.57%，再增加藥劑投加量，其對SCOD 的去除率沒有明顯增加;當(dāng)PAFC 濃度為40 mg/L 時，磷酸鹽去除率達到41.43%，再增加投藥量，磷酸鹽去除率的增加趨緩。混凝試驗結(jié)果表明，當(dāng)選擇前端投加點時，PAFC 的合理投加量為30 mg/L～40 mg/L。

表1 進水前端混凝試驗結(jié)果

圖1 PAFC 對進水中SCOD 和磷酸鹽p 去除曲線

市政污水中的氮以NH3-N，NO－3，NO－2和有機氮形式存在，其中有機氮含量極低，NH+4 不會與陰離子反應(yīng)生成沉淀物，和也不會與Al3+，F(xiàn)e3+反應(yīng)生成沉淀物，表現(xiàn)為NH3-N，TN 不會被PAFC 混凝去除;投加PAFC 增加水中離子濃度，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高，少量投加對pH 值影響較小。PAFC 溶于水后，Al3+，F(xiàn)e3+金屬離子與進水中的正磷酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在中性附近生成難溶于水的金屬磷酸鹽沉淀進行除磷;高價正離子進入膠體的擴散層，使擴散層厚度減薄，ζ 電位降低，使水中膠體顆粒互相靠近發(fā)生凝聚，同時帶正電荷的聚合物與帶負電荷的溶膠微粒、懸浮物顆粒發(fā)生吸附和橋連作用，形成較大絮凝體沉淀［4，5］。PAFC 通過化學(xué)沉淀和混凝作用實現(xiàn)磷酸鹽與SCOD 的去除，懸浮物減少。

太湖地區(qū)市政污水處理廠普遍存在進水碳源不足，碳氮比偏低的問題［6］，在進水前端投加PAFC 雖能去除部分磷酸鹽，為后續(xù)生物除磷減輕負荷，但前端SCOD 被大量沉淀去除后，導(dǎo)致后續(xù)生物脫氮除磷所需碳源不足［7］。厭氧段的碳源匱乏致使生物除磷能力降低，使化學(xué)除磷成為主要除磷方式。缺氧段同樣需要足夠的碳源才能實現(xiàn)生物脫氮，為了TN 達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)排水標(biāo)準(zhǔn)，通常缺氧區(qū)還需再補充外碳源。因此，前端進水投加PAFC 的方式，既浪費了進水的部分內(nèi)碳源又要補充外碳源，反而增加處理成本。

2.2 PAFC 對中端泥水混合液中污染物的去除效果

考慮污泥對PAFC 的消耗，增加投加量，1 L 泥水混合液中分別投加0 mL，3 mL，6 mL，9 mL，12 mL，15 mL PAFC 溶液，混凝攪拌后，易沉降，上清液清澈，懸浮物極少。

表2 好氧池末端泥水混合液混凝試驗結(jié)果

從表2 可以看出，泥水混合液中投加PAFC 后，其pH，NH3-N和TN 與未投加時無明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高;磷酸鹽和可溶性COD(SCOD)隨PAFC 投加量增加逐漸降低。

圖2 表明，PAFC 對好氧區(qū)末端泥水混合液中磷酸鹽和SCOD具有一定的去除能力，當(dāng)PAFC 濃度為30 mg/L 時，SCOD 去除率達到50.18%，再增加投藥量，SCOD 去除率變化較小;當(dāng)PAFC 濃度為45 mg/L 時，磷酸鹽去除率達到59.38%，再增加投藥量，磷酸鹽去除率增加趨緩。試驗結(jié)果表明，當(dāng)選擇中端為投藥點時，PAFC 合理投加量為20 mg/L～30 mg/L。

圖2 PAFC 對中端泥水混合液中SCOD 和磷酸鹽p 去除曲線

選擇好氧區(qū)末端為PAFC 投加點，后端若無生物脫氮構(gòu)筑物，碳源的去除已對脫氮作用無影響。中端投加PAFC 只會降低出水的COD 和TP，但受到活性污泥的影響，去除率與PAFC 濃度不呈線性關(guān)系。

2.3 PAFC 對末端出水中污染物的去除效果

考慮生化系統(tǒng)末端出水懸浮物量少的特點，實驗減少了PAFC 的投加量，1 L 泥水混合液中分別投加0 mL，1 mL，2 mL，3 mL，4 mL，5 mL PAFC 溶液，混凝攪拌產(chǎn)生礬花較小，難沉降，上清液中絮狀物極易被擾動。

表3 出水末端混凝試驗結(jié)果

由表3 可知，生化系統(tǒng)出水投加PAFC 后SCOD，pH，NH3-N和TN 與未投加時無明顯變化;電導(dǎo)率隨PAFC 的投加量增加逐漸升高。

圖3 表明，生化系統(tǒng)末端出水的磷酸鹽的去除率與PAFC 投加量呈線性關(guān)系，只要增大PAFC 的投加量，出水磷酸鹽濃度隨PAFC 的增加直線降低。

圖3 PAFC 對生化系統(tǒng)末端出水中磷酸鹽p 的去除曲線

MBR 生化系統(tǒng)末端出水經(jīng)過膜過濾后，不但去除了懸浮物和顆粒狀固體，而且大量膠體物質(zhì)也被過濾去除［8］。由于水中有機膠體顆粒大量減少，PAFC 的吸附和橋連作用降低，混凝形成絮狀物顆粒變小，難沉降。對于生化系統(tǒng)后端還有混凝沉降和過濾工藝的污水廠，可以考慮在混凝段投加PAM 等有機混凝劑［9］，增強PAFC 的吸附和橋連作用，使絮凝顆粒變大，易沉降。末端投加PAFC 時，因出水中有機膠體和懸浮物極少，PAFC 的吸附和橋連功能降低，主要是高價金屬離子與作用，生成磷酸鹽沉淀，表現(xiàn)為磷酸鹽去除率與PAFC 投加量呈線性關(guān)系。

3 結(jié)語

1)污水處理過程中投加PAFC 對SCOD 和磷酸鹽具有去除能力，對NH3-N 和TN 的去除無貢獻，少量投加對pH 無影響，電導(dǎo)率略微升高。2)前端投加PAFC 在去除磷酸鹽的同時也去除了部分碳源(SCOD)，考慮碳源對生物脫氮作用的重要性，可能還需再補充外碳源來完成脫氮，反而會增加污水處理成本。3)若僅去除磷酸鹽，實驗表明:理想投藥點的選擇依次為:生化系統(tǒng)末端(末端)、好氧區(qū)末端(中端)、進水(前端)。4)就該污水廠而言，選擇前端和中端為投加點，PAFC 達到一定濃度后，磷酸鹽和SCOD 去除能力明顯減緩，合理的投加量為30 mg/L～45 mg/L;選擇后端投加點，PAFC 對磷酸鹽p 的去除呈線性關(guān)系。該廠PAFC 的投加點和投加量可以為相關(guān)污水廠提供數(shù)據(jù)參考。

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