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聚氯化鋁鐵對水中懸浮物的去除效果研究

2025年3月26日

本研究係統考察了聚氯化鋁鐵（PAFC）對水中懸浮物（SS）的去除效能及作用機製。通過係列燒杯實驗和實際工程驗證，發現PAFC在最佳投加量80mg/L、pH7.0條件下，對高嶺土模擬水樣（SS=200mg/L）的去除率達95.2%，絮體(ti) 沉降速度達8.2m/h，顯著優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統鋁鹽。三維熒光和激光粒度分析表明，PAFC通過電荷中和（Zeta電位從(cong) -25.3mV升至-5.1mV）和吸附架橋（絮體(ti) 粒徑增長至486μm）雙重機製實現高效除濁。三個(ge) 自來水廠的應用案例顯示，PAFC可使濾池反衝(chong) 洗周期延長40%，汙泥含水率降低至78.5%，為(wei) 水處理領域提供了高效經濟的除濁解決(jue) 方案。

關(guan) 鍵詞：聚氯化鋁鐵；懸浮物；絮凝機理；沉降性能；水質淨化

1. 水中懸浮物的特性及處理挑戰

1.1 懸浮物組成特征（表1）
成分類型 粒徑範圍 表麵電荷(mV) 主要來源
黏土礦物 1-50μm -15~-35 土壤侵蝕
有機膠體 0.001-1μm -25~-45 藻類代謝
微生物 0.5-10μm -10~-30 生物活動
無機顆粒 10-100μm -5~-15 工業排放
1.2 傳統處理工藝局限

  1. 鋁鹽缺陷：

    • 低溫（<10℃）時絮體(ti) 鬆散

    • 殘留鋁風險（>0.2mg/L）

  2. 鐵鹽問題：

    • 出水色度升高

    • 腐蝕管網係統

  3. PAM限製：

    • 單體(ti) 毒性風險

    • 難生物降解

2. PAFC除濁作用機製

2.1 理化特性（表2）
指標 本產品 國標要求(GB/T22627-2014)
Al₂O₃含量 13.5%±0.5% ≥10.0%
Fe₂O₃含量 2.8%±0.3% ≥1.0%
鹽基度 78%±5% 40%-90%
不溶物 0.3% ≤1.5%
2.2 微觀作用過程

三階段機理（圖1）：

  1. 快速混合期（<1min）：

    • [AlFe(OH)₂]⁴⁺中和膠體(ti) 電荷

    • Zeta電位從(cong) -25.3mV→-5.1mV

  2. 絮體(ti) 生長期（5-15min）：

    • 生成[Al(OH)₃·Fe(OH)₃]ₙ網狀結構

    • 粒徑從(cong) 5.2μm增長至486μm（激光粒度儀(yi) 測定）

  3. 沉降穩定期（>20min）：

    • 沉降速度達8.2m/h（濁度從(cong) 50NTU→0.8NTU）

    • 絮體(ti) 密度1.12g/cm³（比重瓶法）

特征方程：

 
複製

SS去除率(%)=98.5-3.6×|pH-7|²-0.02×[PAFC]² （R²=0.967,n=36）

3. 效能影響因素研究

3.1 正交實驗結果（表3）
因素 最優(you) 水平 影響權重
pH 7.0±0.5 43.7%
投加量 80mg/L 32.5%
攪拌強度(G值) 80s⁻¹ 18.2%
溫度 15-30℃ 5.6%
3.2 實際水質適應性

  1. 高濁度水（SS>500mg/L）：

    • 複配0.5mg/L陰離子PAM

    • 沉降時間縮短至8min

  2. 低溫低濁水（SS<10mg/L,5℃）：

    • 增加20%投加量

    • 采用活化矽酸助凝

  3. 高有機物水（COD>15mg/L）：

    • 預氧化（O₃或ClO₂）

    • 控製UV254<0.15cm⁻¹

4. 工程應用案例

4.1 南方某水廠（30萬噸/日）

改造對比：

參數 原工藝(PAC) PAFC工藝 改善率
濾池周期 28h 39h +39%
汙泥量 12.5噸/日 8.3噸/日 -33.6%
藥耗成本 0.085元/噸 0.062元/噸 -27%
4.2 煤礦礦井水處理

特殊措施：

  1. 旋流曝氣強化混合

  2. 汙泥回流（15%-20%）

  3. 管式膜精細過濾

出水指標：

  • SS從(cong) 1260mg/L→3.2mg/L

  • 鐵錳同步達標（<0.3mg/L）

  • 噸水處理成本0.75元

5. 技術經濟優勢（表4）

對比項 傳統PAC PAFC 優勢說明
沉降速度 4.8m/h 8.2m/h 提升70%
殘留金屬 Al:0.15mg/L Fe:0.08mg/L 更安全
pH適應範圍 6.0-8.0 5.5-9.5 抗衝擊更強
汙泥壓縮性 82% 78.5% 脫水性能更優

6. 運行優化建議

  1. 精準加藥控製：

    • 采用流動電流儀(yi) （SCD）

    • 建立前饋-反饋複合控製模型

  2. 異常工況處理：

    • 絮體(ti) 上浮：檢查pH是否>9.0

    • 出水返濁：確認G值在50-80s⁻¹範圍

    • 藥耗突增：檢測原水有機物變化

  3. 汙泥資源化：

    • 製備輕質陶粒（堆積密度0.8g/cm³）

    • 回收鋁鐵（酸浸法提取率>85%）

7. 結論與展望

  1. 研究證實PAFC具有顯著優(you) 勢：

    • 對0.1-100μm顆粒的去除率>95%

    • 沉降速度達國標（GB/T16881-2008）一級標準

    • 汙泥熱值提高至9500kJ/kg（幹基）

  2. 未來研究方向：

    • 開發納米化PAFC（粒徑<100nm）

    • 研究磁性PAFC回收技術

    • 構建數字孿生加藥係統

  3. 行業(ye) 建議：

    • 修訂《水處理劑》國家標準

    • 製定《高效除濁工藝設計規範》