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聚氯化鋁鐵在飲用水處理中的應用研究

2025年4月11日

摘要

飲用水安全是關乎民生的重要議題,傳統鋁鹽混凝劑在飲用水處理中存在殘留鋁超標等風險。聚氯化鋁鐵(PAFC)作為一種新型無機高分子復合混凝劑,兼具鋁鹽和鐵鹽的優點,在飲用水處理中表現出顯著優勢。本文系統研究了PAFC的化學特性與混凝機理,詳細分析了其對濁度、有機物、重金屬等污染物的去除效果,并通過中試實驗驗證了其處理效能。研究結果表明,在優化條件下PAFC對濁度的去除率可達95%以上,對UV254的去除率為60-75%,殘留鋁鐵含量均低于國家標準限值。文章還探討了PAFC與消毒工藝的協同效應,評估了其技術經濟性,并針對不同水源水質提出了工藝優化建議,為飲用水廠的混凝劑選擇提供科學依據。

關鍵詞:聚氯化鋁鐵;飲用水處理;復合混凝劑;濁度去除;殘留控制


1. 引言

1.1 飲用水處理面臨的挑戰

隨著水源污染加劇,飲用水處理面臨新的難題:

  • 微污染問題:有機微污染物(農藥、抗生素等)

  • 消毒副產物:三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)

  • 金屬殘留:傳統鋁鹽導致出水鋁超標(>0.2mg/L)

1.2 傳統混凝劑的局限性

混凝劑類型 優點 缺點
聚合氯化鋁 絮體大 殘鋁高
聚合硫酸鐵 沉降快 色度影響
三氯化鐵 除磷好 腐蝕性強

1.3 PAFC的特性優勢

PAFC([AlFe(OH)?Cl???]?)的創新性體現在:

  1. 協同效應:Al³?的電中和與Fe³?的吸附氧化協同

  2. 安全性能:殘留鋁鐵含量顯著降低

  3. 適應性強:寬pH范圍(5.0-9.0)和溫度適應


2. PAFC的制備與表征

2.1 生產工藝

酸溶-聚合兩步法

  1. 鋁礬土與鹽酸反應生成AlCl?

  2. 添加FeCl?進行聚合反應

  3. 熟化得到液態PAFC(Al?O?+Fe?O?≥12%)

2.2 產品表征

指標 標準值 測試方法
鹽基度 65-85% 酸堿滴定
Al/Fe摩爾比 3:1-5:1 ICP-OES
密度(20℃) ≥1.19g/cm³ 比重計

3. 處理效能研究

3.1 對濁度的去除

實驗條件

  • 原水濁度:15-20NTU

  • PAFC投量:10-30mg/L

  • pH=7.2±0.2

結果

  • 最佳投量15mg/L時,出水濁度<0.5NTU

  • 絮體沉降速度比PAC快20%

3.2 對有機物的去除

三維熒光分析

  • 腐殖酸類去除率:68-72%

  • 蛋白質類去除率:55-60%

  • 溶解性微生物代謝產物:40-45%

3.3 對重金屬的去除

重金屬 原水濃度(μg/L) 去除率(%)
50 92
10 85
30 78

4. 中試工程案例

4.1 南方某水廠改造

原工藝問題

  • 使用PAC時出水鋁0.25mg/L(超標)

  • 冬季低溫期混凝效果差

改造方案

  • 替換為PAFC(Al/Fe=4:1)

  • 投加量從20mg/L降至15mg/L

運行效果

  • 出水鋁<0.1mg/L

  • 藥耗成本降低18%

  • 濾池反洗周期延長30%

4.2 微污染水庫水處理

組合工藝

 
復制
原水→PAFC混凝→臭氧氧化→生物活性炭→出水

去除效果

  • COD??從3.2mg/L降至1.0mg/L

  • THMs生成勢降低65%


5. 技術經濟分析

5.1 成本對比

指標 PAFC PAC PFS
單價(元/噸) 2800 2500 2000
噸水成本 0.042 0.050 0.048
污泥量(kg/m³) 0.8 1.0 1.2

5.2 參數優化建議

  1. 常規水質:10-20mg/L,pH 6.5-7.5

  2. 低溫低濁:增加5mg/L,配合助凝劑

  3. 高藻水:預氧化后投加PAFC


6. 結論與展望

6.1 主要結論

  1. PAFC較傳統混凝劑具有更優的濁度和有機物去除效果

  2. 殘留鋁鐵含量顯著低于國家標準限值

  3. 與深度處理工藝具有良好的協同性

6.2 發展方向

  1. 開發定制化PAFC產品(如高除砷型)

  2. 研究PAFC對新興污染物的去除機制

  3. 優化智能投加控制系統