本研究系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制。通過系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%，絮體沉降速度達8.2m/h，顯著優于傳統鋁鹽。三維熒光和激光粒度分析表明，PAFC通過電荷中和（Zeta電位從-25.3mV升至-5.1mV）和吸附架橋（絮體粒徑增長至486μm）雙重機制實現高效除濁。三個自來水廠的應用案例顯示，PAFC可使濾池反沖洗周期延長40%，污泥含水率降低至78.5%，為水處理領域提供了高效經濟的除濁解決方案。
關鍵詞：聚氯化鋁鐵；懸浮物；絮凝機理；沉降性能；水質凈化
| 成分類型 | 粒徑范圍 | 表面電荷(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 |
鋁鹽缺陷：
低溫（<10℃）時絮體松散
殘留鋁風險（>0.2mg/L）
鐵鹽問題：
出水色度升高
腐蝕管網系統
PAM限制：
單體毒性風險
難生物降解
| 指標 | 本產品 | 國標要求(GB/T22627-2014) |
|---|---|---|
| Al?O?含量 | 13.5%±0.5% | ≥10.0% |
| Fe?O?含量 | 2.8%±0.3% | ≥1.0% |
| 鹽基度 | 78%±5% | 40%-90% |
| 不溶物 | 0.3% | ≤1.5% |
三階段機理（圖1）：
快速混合期（<1min）：
[AlFe(OH)?]??中和膠體電荷
Zeta電位從-25.3mV→-5.1mV
絮體生長期（5-15min）：
生成[Al(OH)?·Fe(OH)?]?網狀結構
粒徑從5.2μm增長至486μm（激光粒度儀測定）
沉降穩定期（>20min）：
沉降速度達8.2m/h（濁度從50NTU→0.8NTU）
絮體密度1.12g/cm³（比重瓶法）
特征方程：
SS去除率(%)=98.5-3.6×|pH-7|²-0.02×[PAFC]² （R²=0.967,n=36）
| 因素 | 最優水平 | 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% |
高濁度水（SS>500mg/L）：
復配0.5mg/L陰離子PAM
沉降時間縮短至8min
低溫低濁水（SS<10mg/L,5℃）：
增加20%投加量
采用活化硅酸助凝
高有機物水（COD>15mg/L）：
預氧化（O?或ClO?）
控制UV254<0.15cm?¹
改造對比：
| 參數 | 原工藝(PAC) | PAFC工藝 | 改善率 |
|---|---|---|---|
| 濾池周期 | 28h | 39h | +39% |
| 污泥量 | 12.5噸/日 | 8.3噸/日 | -33.6% |
| 藥耗成本 | 0.085元/噸 | 0.062元/噸 | -27% |
特殊措施：
旋流曝氣強化混合
污泥回流（15%-20%）
管式膜精細過濾
出水指標：
SS從1260mg/L→3.2mg/L
鐵錳同步達標（<0.3mg/L）
噸水處理成本0.75元
| 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適應范圍 | 6.0-8.0 | 5.5-9.5 | 抗沖擊更強 |
| 污泥壓縮性 | 82% | 78.5% | 脫水性能更優 |
精準加藥控制：
采用流動電流儀（SCD）
建立前饋-反饋復合控制模型
異常工況處理：
絮體上浮：檢查pH是否>9.0
出水返濁：確認G值在50-80s?¹范圍
藥耗突增：檢測原水有機物變化
污泥資源化：
制備輕質陶粒（堆積密度0.8g/cm³）
回收鋁鐵（酸浸法提取率>85%）
研究證實PAFC具有顯著優勢：
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
污泥熱值提高至9500kJ/kg（干基）
未來研究方向：
開發納米化PAFC（粒徑<100nm）
研究磁性PAFC回收技術
構建數字孿生加藥系統
行業建議：
修訂《水處理劑》國家標準
制定《高效除濁工藝設計規范》