聚合氯化鋁鐵除磷試驗研究

摘要：以某城市污水廠生化出水為研究對象，通過試驗研究聚合氯化鋁鐵中Al2O3與Fe3+的含量變化對除磷效果的影響。同時，研究了聚合氯化鋁鐵的投加量對除磷效果的影響。結果表明：聚合氯化鋁鐵中Al2O3含量為9.0%，Fe3+含量為0.8%時處理效果最佳。而出水的聚合氯化鋁鐵藥劑用量在120mg/L時，TP出水濃度為0.09mg/L，可確保污水廠出水總磷TP≤0.10mg/L的內控排放標準。

關鍵詞：化學除磷聚合氯化鋁鐵除磷劑吸附架橋

中圖分類號：X703

AnExperimentalStudyonthePhosphorusRemovalofPolyaluminumFerricChloride

HUXiaocongYUXujieSHENGJunqiang

ZhejiangAmksEnvironmentalTechnologyCo.，Ltd.，Hangzhou，ZhejiangProvince，310000China

Abstract：Takingthebiochemicaleffluentofanurbansewagetreatmentplantastheresearchobject，thispaperstudiestheinfluenceofchangesinthecontentofAl2O3andFe3+inpolyaluminumferricchlorideonphosphorusremovalefficiencythroughexperiments，andalsostudiestheeffectofthedosageofpolyaluminumferricchlorideonphosphorusremovalefficiency.Theresultsshowthatthebesttreatment effectisachievedwhentheAl2O3contentis9.0%andtheFe3+contentis0.8%inpolyaluminumferricchloride.Whenthedosageofpolyaluminumferricchlorideagentintheeffluentis120mg/L，theeffluentconcentrationoftotalphosphorus（TP）is0.09mg/L，whichcanensuretheinternalcontroldischargestandardofTP≤0.10mg/Linthesewageeffluent.

KeyWords：Chemicalphosphorusremoval;Polyaluminumferricchloride;Phosphorusremovalagent;Adsorptionbridging

鑒于工業與城市的發展，排入地表水的污染物使得水環境的承載能力變得脆弱，特別是過多的磷排放導致水體產生富營養化[1]。城市污水廠作為一個城市的排水大戶，對城市河道斷面水體影響至關重要。城市污水廠通過提高出水磷的排放標準，來保證河道斷面水質達標。但在大多數城市污水廠，通過單一生物法來提高磷的去除率難度很大，需要配套化學法[2]除磷工藝進一步處理。化學法除磷是一種工藝成熟、實際操作簡便、效率高，去除率穩定，不存在磷的二次釋放再次污染水質的問題。化學除磷普遍使用的藥劑有以下幾方面內容。

（1）鈣鹽除磷劑。一般較常用的有石灰、氯化鈣等，作用機理主要是是鈣鹽與磷酸鹽反應后通過生成磷酸鈣沉淀去除。（2）鐵鹽除磷劑。一般較常用的有硫酸亞鐵和三氯化鐵，作用機理主要是鐵離子會與水中的負電膠體顆粒中和，與磷酸鹽反應后通過生成磷酸鐵沉淀去除。（3）鋁鹽除磷劑。一般較常用的有聚合氯化鋁、硫酸鋁，作用機理主要是通過吸附架橋沉淀等作用去除。（4）復合除磷劑[3]。一般較常用的有聚合氯化鋁鐵。復合除磷劑作用機理主要是集合了鐵鹽與鋁鹽兩種的優點，達到去除的效果。針對城市污水廠的末端處理，鈣鹽除磷劑產生的污泥量大，會增加原有污泥處理系統的運行負荷；鐵鹽除磷劑殘留水中的鐵會對后續紫外消毒系統造成影響；鋁鹽除磷劑沉淀輕，沉淀效果易受影響，處理效果上不如鐵鹽效果好，但復合除磷劑既有鋁鹽自身的優點，又補上了鐵鹽易沉淀的優勢，兩者相互補強，沉淀效果有了大大的提升。因此，本次研究對聚合氯化鋁鐵的除磷效果進行試驗，通過小試得出其最優配比與投加量，對污水廠除磷的提標改造實際運用提供數據支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1試驗藥劑

某藥劑廠商提供的不同含量的液態聚合氯化鋁鐵，聚合氯化鋁鐵中Fe3+含量分別為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，Al2O3含量分別為8.0%、8.5%、9.0%、9.5%。

1.1.2試驗用水

取自某城市污水處理廠生化池出水。試驗水TP參數為1.1mg/L。

1.2試驗儀器

TS6系列程控混凝實驗攪拌儀，YXQ-LS-18S1醫用手提式蒸汽滅菌鍋，SP722E分光光度計，30mm比色皿，50mL具塞磨口刻度管等。

1.3試驗方法

取某城市污水處理廠生化池出水做為試驗水樣。投加含Al2O3含量不同的聚合氯化鋁鐵藥劑，Fe3+含量暫定為：0.7%，設置攪拌裝置轉數為60r/min，反應的時間設置為120s，沉淀停留時間為30min，取上清液測定總磷，選出最佳的一組。在最佳Al2O3含量條件下選取Fe3+含量不同的藥劑進行試驗，確定處理效果最佳的Fe3+含量，再根據最佳的藥劑配比，得出廢水除磷的最佳藥量。

1.3.1Al2O3含量對城市污水處理廠生化出水除磷效果影響

取4組試驗水樣1000mL，投加Fe3+含量為：0.7%，Al2O3含量分別為8.0%、8.5%、9.0%、9.5%的聚合氯化鋁鐵，投加量100mg/L，設置轉數60r/min，攪拌120s后沉淀30min，反應結束后取上清液測定總磷。

1.3.2Fe3+含量對除磷效果影響

取4組試驗水樣1000mL，投加Al2O3含量9.0%，Fe3+含量分別為：0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的聚合氯化鋁鐵。投加量100mg/L，設置轉數60r/min，攪拌120s后沉淀30min，反應結束后取上清液測定總磷。

1.3.3聚合氯化鋁鐵投加量對除磷效果影響

取6組試驗水樣1000mL，投加Al2O3含量9.0%，Fe3+含量0.8%的聚合氯化鋁鐵進行最佳投加量試驗，投加量：50mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L、260mg/L，設置轉數60r/min，攪拌120s后沉淀30min，反應結束后取上清液測定總磷。

2結果與分析

2.1Al2O3含量對除磷效果影響

Al2O3含量對除磷效果的影響如圖1所示。聚合氯化鋁鐵中鐵含量固定時，隨著Al2O3占比的增加，TP的去除率呈下降趨勢，含量至8.5%后下降趨勢變緩，至9.0%時趨于平穩。考慮Al2O3含量對除磷影響的主要作用機理為當鋁鹽進入水中時，Al3+一方面與PO43-反應生成磷酸鋁沉淀除磷外，同時還會水解后生成單核絡合物Al（OH）2+、AlO2-等，單核絡合物通過碰撞縮合，形成一系列多核絡合物Aln（OH）m（3n-m）+（n>1，m≤3n），這些鋁的多核絡合物可通過壓縮雙電層、架橋吸附等作用，進一步去除水中的磷含量。而當水中磷濃度較低時，吸附架橋等作用均減弱，除磷效果減弱。因此，在此反應條件下，確定聚合氯化鋁鐵中最佳Al2O3含量為9.00%。

2.2Fe3+含量對除磷效果影響

Fe3+含量對除磷效果的影響如圖2所示。聚合氯化鋁鐵中Al2O3含量固定時，Fe3+除磷原理主要是通過Fe3+與PO43-發生絡合反應PO43-+Fe3+→FePO4↓，由于形成的絡合物FePO4溶解度遠低于磷酸鹽根離子的濃度，因此可以有效去除水中的磷。結果表明：隨著聚合氯化鋁鐵中鐵含量的增加，除磷效果越好。在實驗過程中也可觀察到，鐵含量的提高，可加速礬花的沉淀，提高化學除磷的沉淀的效果。但鐵含量不宜過高，過高會增加水體的色度，對污水廠末端紫外消毒[4]的效果存在一定的影響。通過綜合考慮，確定聚合氯化鋁中最佳Fe3+含量為0.8%。

2.3聚合氯化鋁鐵投加量對除磷效果影響

聚合氯化鋁鐵含量對除磷效果的影響如圖3所示。聚合氯化鋁鐵是在鋁鹽和鐵鹽混凝水解機理的基礎上發明出來的一種無機高分子混凝劑。根據協同增效的原理，聚合氯化鋁鐵集鋁鹽與鐵鹽的優點，相互補強，既有鋁鹽的吸附架橋能力，又有鐵鹽易沉淀的優勢。結果標明：加藥量到達120mg/L后去除率曲線放緩。從廢水處理成本和污泥量考慮，確定最佳聚合氯化鋁鐵投加量為120mg/L。

3小結

根據小試結果分析，聚合氯化鋁鐵中Al2O3含量9.0%，Fe3+含量0.8%時處理效果最佳。原水總磷1.1mg/L時，藥劑用量在120mg/L時去除效果最佳，且能滿足污水廠TP≤0.10mg/L的內控要求。

4運用至城市污水廠可行性分析

本文以浙江某城市污水廠為例，建設處理規模為320000m3/d。污水廠生化運行處理工藝采用的是改良型SBR[5]生化池，該池型為集生物降解、二沉等功能于一池，生化池后還配套有獨立的高效沉淀池。聚合氯化鋁鐵可直接投加在高效沉淀池的混凝區內，經混凝反應后進入高效沉淀區沉淀。聚合氯化鋁鐵在反應區內投加量少，對原有水質pH值影響小，原有工藝系統不需要做其他調整，新增聚合氯化鋁鐵藥劑系統可直接運行使用。

5結論

1. 聚合氯化鋁鐵作為污水廠末端的除磷劑，其含量在Al2O3含量9.0%，Fe3+含量0.8%時處理效果最佳。原水總磷1.1mg/L時，藥劑的用量在120mg/L時總磷去除效果最佳。
2. 城市污水廠末端投加聚合氯化鋁鐵除磷，適用于有獨立沉淀池配套的污水處理系統。

參考文獻

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[2] 馬韓靜.污水深度處理化學強化除磷研究[D].濟南：山東建筑大學，2019.

[3] 湯愛華，韋芳，李艷艷，等.復合除磷劑及其在市政污水深度除磷中的應用[J].廣東化工，2020，47（10）：114-115，88.

[4] 劉衡.基于紫外消毒的污水處理廠設計關鍵技術研究[Z].廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，2022-04-08.

[5] 盧濱，鄭琪豫.SBR污水處理工藝中磷的轉化與去除[J].節能與環保，2021（8）：46-47.