聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵除磷效果對(duì)比研究

李光輝 王桂玉 占國(guó)將 陳巧麗

1 常州友邦凈水材料有限公司 （江蘇常州 213164）

2 常州常路美新型建材有限公司 （江蘇常州 213164）

環(huán)境保護(hù)

聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵除磷效果對(duì)比研究

李光輝1王桂玉1占國(guó)將1陳巧麗2

1 常州友邦凈水材料有限公司 （江蘇常州 213164）

2 常州常路美新型建材有限公司 （江蘇常州 213164）

以人工配制含磷廢水和實(shí)際含磷廢水為研究對(duì)象，重點(diǎn)考察了聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）和聚合硫酸鋁鐵（PAFS）的最佳除磷pH值范圍、最佳投加量范圍以及對(duì)不同類型含磷廢水的除磷性能。結(jié)果表明，3種絮凝劑均在pH=6的條件下除磷效果最佳，其中，PFS表現(xiàn)出良好的除磷性能，是一種高效除磷混凝劑。

絮凝劑 除磷效果 聚合硫酸鐵 富營(yíng)養(yǎng)化

0 概述

近年來，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象備受人們關(guān)注，它所導(dǎo)致的水質(zhì)惡化嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)和生活。富營(yíng)養(yǎng)化不僅使水體喪失應(yīng)有功能，而且使水體生態(tài)環(huán)境向不利于人類的方向演變。研究表明，磷是多數(shù)水體富營(yíng)養(yǎng)化的控制性因素，因此控制磷的濃度尤為重要。引起磷污染的途徑主要有兩個(gè)：一是日常生活中排放的含磷廢水；二是工業(yè)生產(chǎn)中排放的含磷污水。與前者相比，后者含磷濃度高、涉及范圍小、治理更為重要[1]。因此，如何有效地除去廢水中的磷對(duì)消除污染、保護(hù)環(huán)境，具有十分重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外污水除磷技術(shù)主要有生物法、化學(xué)法兩大類。在工業(yè)化應(yīng)用上，國(guó)外比較成熟的技術(shù)是生化除磷法，主要適合處理低濃度及有機(jī)態(tài)含磷廢水。但由于該法條件控制苛刻，一次投入費(fèi)用太高，限制了它在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用及發(fā)展，而化學(xué)法因其投資省、處理費(fèi)用低等特點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景[2-3]。其中混凝沉淀法是一種可靠的含磷廢水處理方法，具有性能穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在除磷、除COD（化學(xué)需氧量）等方面也有較好的效果，應(yīng)用前景廣闊。選擇合適的絮凝劑、強(qiáng)化絮凝沉淀效果是絮凝沉淀法處理含磷廢水的關(guān)鍵。

本文針對(duì)常見絮凝劑的除磷效果進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，為化學(xué)除磷的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

722型可見分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）;

PHS-3D型便攜式pH計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）;

JJ-6AB型六聯(lián)攪拌儀（金壇市晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠）;

高壓滅菌鍋（西安常儀儀器設(shè)備有限公司）。

聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鋁鐵（PAFS），常州友邦凈水材料有限公司；

廢水來自某市政污水處理廠、某印染污水處理廠和某工業(yè)污水廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室模擬廢水和上述3種不同類型廢水為研究對(duì)象，以不同絮凝劑進(jìn)行混凝試驗(yàn)，考察不同絮凝劑對(duì)不同廢水的除磷效果差異及原因，最終得出最佳的絮凝劑使用方案及絮凝條件。

1.3 混凝試驗(yàn)方法

測(cè)定被處理水樣的pH值、COD及總磷（TP），在每個(gè)燒杯中加入500mL原水，投加稀釋后濃度為10%的絮凝劑到每個(gè)燒杯中，各設(shè)5個(gè)投加量水平，六聯(lián)攪拌先以150r/min攪拌2min，后以80r/min攪拌8min，靜置沉降20min，取上清液測(cè)定有關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑用量對(duì)廢水除磷效果的影響

絮凝劑的投加量是決定絮凝效果的重要因素[4]。按試驗(yàn)方法研究不同絮凝劑用量對(duì)除磷效果的影響，結(jié)果見圖1、2。由圖1可知，對(duì)于TP=23.1mg/L的模擬水樣，3種絮凝劑的除磷效果均隨投加量增加而增強(qiáng)，PFS、PAC和PAFS的投藥量分別在0.8 mL/L、1.0mL/L、1.0mL/L時(shí)，可使混凝出水TP＜0.5 mg/L，達(dá)到我國(guó)污水磷的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)［磷酸鹽（P計(jì)）≤0.5mg/L］。對(duì)于TP=4.31mg/L的實(shí)際廢水，由圖2可知，3種絮凝劑的除磷效果也隨投加量的增加而增強(qiáng)，但PFS和PAFS的投藥量均在1.5mL/L時(shí)，混凝出水TP＜0.5mg/L，而PAC投加量在1.5mL/ L時(shí)，混凝出水仍不達(dá)標(biāo)。原因可能是實(shí)際廢水中含磷組分比較復(fù)雜，除一些可溶性磷酸鹽外，還有部分以有機(jī)磷、聚合磷等形式存在，這部分磷很難與絮凝劑離子表面吸附活性點(diǎn)包裹，使得絮凝劑顆粒間的吸附架橋作用變得困難，以至于處理效率下降。

2.2 pH值對(duì)絮凝劑除磷效果的影響

在絮凝過程中，廢水的pH值是影響絮凝效果的一個(gè)重要因素，它對(duì)膠體表面電荷的Zeta電位、絮凝劑的性質(zhì)和作用等都有很大的影響[5]。以TP= 12.80mg/L的模擬廢水為研究對(duì)象，考察各混凝劑在最佳投藥量下不同pH值對(duì)其除磷效果的影響，以確定各混凝劑的最佳除磷pH值。PFS、PAC和PAFS的投加量為0.5mL/L時(shí)，調(diào)節(jié)試驗(yàn)水樣的pH值分別在5、6、7、8、9左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1、圖3。

3種絮凝劑在pH值為5～9的范圍內(nèi)均具有較高的除磷效率，對(duì)TP的去除率均呈現(xiàn)先增大后降低趨勢(shì)，3種藥劑的整體除磷效果以PFS為最好。在pH=6時(shí)，3種藥劑的除磷效果均達(dá)到最高，PFS對(duì)TP的最高去除率為99.06%，對(duì)應(yīng)的出水TP為0.12 mg/L，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。在最佳除磷pH值下的除磷率依然為PFS＞PAFS＞PAC。絮凝劑除磷率隨pH值波動(dòng)的原因分析如下：根據(jù)磷酸鹽的形態(tài)分析，當(dāng)pH值小于4.6時(shí)，磷酸溶液主要以H3PO4形態(tài)存在，不易與帶正電荷的絮凝劑結(jié)合成絮體而被去除；當(dāng)pH值為4.6～9.8時(shí)，磷酸溶液主要以H2PO4-和HPO42-兩種形態(tài)存在，較易與帶正電荷的絮凝劑結(jié)合成絮體而被去除。

2.3 絮凝劑對(duì)不同類型廢水除磷性能的影響分析

為了進(jìn)一步考察絮凝劑對(duì)污水的除磷性能，對(duì)3種藥劑進(jìn)行了市政廢水（TP=4.31mg/L）、印染廢水（TP=4.19mg/L）及工業(yè)污水（TP=5.95mg/L）除磷性能對(duì)比試驗(yàn)，從圖4～6可知，針對(duì)不同類型、不同濃度的含磷廢水，3種絮凝劑均表現(xiàn)出較好的除磷性能，PFS除磷效果最好、PAFS次之、PAC稍差。圖4顯示當(dāng)投加量為1.5mL/L時(shí)，PFS和PAFS處理后出水總磷達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；圖5顯示當(dāng)投加量為1.5mL/L時(shí)，PFS出水總磷達(dá)到0.58mg/L；圖6顯示當(dāng)投加量為1.5mL/L時(shí)，PFS出水總磷達(dá)到0.54mg/L；在相同投加量下，同一藥劑針對(duì)不同廢水除磷效果差異的主要原因是廢水性質(zhì)的不同。

PFS的除磷效果好于PAC和PAFS的原因，一方面可能是因?yàn)镻FS形成的礬花密度大、沉降性能好，附帶吸附卷掃除磷效果好。另一方面，在各種陰離子中，磷酸根對(duì)Fe3+水解行為影響最為突出，磷酸根可以取代Fe3+結(jié)合的部分羥基形成堿式磷酸鐵復(fù)合絡(luò)合物，改變Fe3+的水解路徑[6]。鋁鐵復(fù)配比傳統(tǒng)鋁鹽效果好，分析其原因認(rèn)為鋁鐵復(fù)合絮凝劑在溶液中的水解狀態(tài)主要是高電荷的鋁鐵多核絡(luò)離子或金屬氧化物凝膠物對(duì)脫穩(wěn)的微粒產(chǎn)生粘結(jié)架橋絮凝和卷掃沉淀作用而使磷物質(zhì)聚沉，這也是傳統(tǒng)的低分子鋁鹽不能比擬的。

2.4 絮凝劑對(duì)廢水除COD協(xié)同效果的比較

絮凝劑不僅對(duì)TP有較好的去除效果，其對(duì)COD的去除效果也不容小覷，在實(shí)際混凝沉淀過程中也是兼并考慮，3種絮凝劑除磷過程中對(duì)工業(yè)廢水COD的協(xié)同效果性能見圖7。3種藥劑對(duì)工業(yè)廢水COD的去除效果較明顯，PFS和PAFS的除COD效果相當(dāng)，PAC除COD效果略差，當(dāng)投加量為1.5 mL/L時(shí)，PFS、PAFS和PAC的COD去除率分別達(dá)到43.63%、45.21%和31.27%。

3 結(jié)論

（1）污水除磷率隨絮凝劑用量的增加而提高，最終趨于穩(wěn)定；混凝除磷的最佳投加量要視所處理水樣的含磷濃度和水樣性質(zhì)而定[7]。

（2）水體pH值對(duì)絮凝劑的除磷效果影響較大，本研究表明：聚合硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵及聚合氯化鋁均在pH=6的條件下，除磷效果最佳。

（3）無論在水體總磷濃度高或低的情況下，PAC、PFS和PAFS都表現(xiàn)出較好的除磷效果，其中PFS的除磷效率最高，在相同投加量下，PFS混凝出水的總磷濃度要明顯低于PAC和PAFS。因此，就除磷而言，PFS是一種高效的除磷混凝劑。

[1] 鄧曉文.混凝沉淀法處理含磷廢水的試驗(yàn)研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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,林木蘭,汪惠陽.高濃度含磷廢水處理方法綜述[J].化學(xué)工程與裝備,2010(8):143-146.

[4] 王立立,張娜,胡勇有.生活污水化學(xué)強(qiáng)化混凝除磷試驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理,2006,26(3):26-30.

[5] 汪輝,馬偉芳,曾凡剛,等.pH和COD對(duì)化學(xué)混凝除磷的影響研究[J].工業(yè)水處理,2012,32(6):50-52.

[6] 鄭懷禮,張海彥,劉克萬.自制聚合氯化鋁鐵絮凝劑用于市政廢水除磷研究[R].2004年全國(guó)鋁鹽行業(yè)年會(huì)論文集,2004:123-126.

[7] 張偉,李桂星,朱巖.混凝劑最佳投藥量和最佳除磷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

李光輝男1985年生工程師碩士研究方向：工業(yè)水處理