摘要：以某污水處理廠的二級(jí)出水為考察對(duì)象，研究了自制聚合硫酸鋁鐵（PAFS） 投加量、水體初始pH對(duì)污水處理廠二級(jí)出水的TP、NH3-N去除效果的影響。研究表明：當(dāng)PAFS投加質(zhì)量濃度為13mg/L時(shí)，剩余TP質(zhì)量濃度為0.094mg/L，達(dá)到污水排放A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)NH3-N去除率為24.8%。與市售混凝劑PAFC、PAC、PFS相比，PAFS具有較好的混凝效果和較低的投加量，同時(shí)PAFS還具有更強(qiáng)的電荷中和和吸附架橋能力。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也給三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境帶來(lái)潛在的污染威脅，當(dāng)前我國(guó)污水三級(jí)處理率和中水回用率很低，甚至有的“合格”污水氮、磷去除率低，還會(huì)再次造成環(huán)境污染。因此，提高二級(jí)出水水質(zhì)、促進(jìn)中水回用成為我國(guó)生活污水處理的發(fā)展目標(biāo)。國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中A標(biāo)準(zhǔn)是城鎮(zhèn)污水處理廠出水作為回用水的基本要求，這就意味著生活污水氮、磷排放量將從原來(lái)的B標(biāo)提高到A標(biāo)。

目前，混凝、微濾、超濾或者混凝與超濾聯(lián)用等方法被城鎮(zhèn)污水處理廠的三級(jí)深度處理所采用。但微濾或超濾處理中還存在去除效率不穩(wěn)定、膜的二次污染以及維護(hù)使用成本高等問(wèn)題。混凝法強(qiáng)化三級(jí)處理無(wú)需額外設(shè)施，操作簡(jiǎn)便，因而成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

聚合硫酸鐵鋁用于污水處理廠的三級(jí)強(qiáng)化處理，目前國(guó)內(nèi)外鮮有研究。波濤聚合氯化鋁廠家以某污水處理廠的二級(jí)出水為考察對(duì)象，研究了自制聚合硫酸鋁鐵（PAFS）投加量，水體初始pH對(duì)污水處理廠二級(jí)出水的TP、NH₃-N去除效果影響，然后以TP為主要考察指標(biāo)，將自制PAFS與市售產(chǎn)品聚合硫酸鐵鋁（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）進(jìn)行混凝效果比較，然后，通過(guò)不同混凝劑對(duì)生成絮體的比較，討論了絮體強(qiáng)度及混凝機(jī)理。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑

PAFC（YYS02）、PFS（YYS04）、PAC（YYS05），均產(chǎn)自鞏義市波濤凈水材料有限公司；七水硫酸亞鐵，工業(yè)級(jí)；硫酸鋁，Al₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%，工業(yè)級(jí)；濃H₂SO₄、濃HNO₃、H₃PO₄、HCl、NaOH，均為分析純；蒸餾水。

按照文獻(xiàn)自制聚合硫酸鐵鋁（PAFS）：將55.6g七水硫酸亞鐵置于燒杯中，邊加入少量蒸餾水邊攪拌成均勻的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后加入4.0mL濃H2SO4，進(jìn)行酸化；在酸化后的混合液中加入7.24g硫酸鋁，攪拌均勻加少量水稀釋；將容器放人水浴鍋中邊攪拌邊加入4.2mL濃HNO3，在84℃下加熱48min，同時(shí)快速攪拌；在合成過(guò)程中加人1.4mLH3PO4，促進(jìn)聚合；此后將所得產(chǎn)品靜置熟化24h得到棕色的液體。

1.2 混凝實(shí)驗(yàn)

生活污水：取自某污水處理廠的出水口采樣點(diǎn)，其pH為6-9，懸浮物為16-20mg/L，COD為34-60mg/L，氨氮為5-8mg/L，總氮為16.1-20mg/L，總磷為0.6-1.5mg/L，動(dòng)植物油為0.37-3.0mg/L。

試驗(yàn)方法：用ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)在6個(gè)500mL燒杯中同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，加入一定量的混凝劑（以Fe³⁺計(jì)），以350r/min速度攪拌1min， 60r/min速度攪拌10min，靜止沉降30min后取上清液檢測(cè)總磷及氨氮。實(shí)驗(yàn)皆在室溫下進(jìn)行。

1.3 測(cè)定方法

總磷：鉬酸銨分光光度法；氨氮：納氏試劑比色法；粒徑：Winner2000激光粒度分析儀。

2、結(jié)果與討論

2.1混凝劑用量對(duì)深度處理的影響

考察了PAFS的投加質(zhì)量濃度（以Fe³⁺計(jì)）分別為4、7、10、13、17、20mg/L時(shí)，PAFS對(duì)二級(jí)出水混凝效果的影響，如圖1所示。

由圖1可知，隨著PAFS投加量的增加，TP的剩余濃度先減小后增加，但都低于0.40mg/L，在PAFS的投加質(zhì)量濃度為13mg/L時(shí)，剩余TP質(zhì)量濃度只有0.094mg/L，去除率達(dá)到86.2%。此時(shí)，經(jīng)PAFS處理二級(jí)出水，TP的排放量滿足了污水排放A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，隨著PAFS投加量的增加，NH₃-N的剩余濃度先減小后增加。在PAFS的投加質(zhì)量濃度為13mg/L時(shí)，出水NH₃-N較低時(shí)達(dá)到3.80mg/L，去除率為24.8%，在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)PAFS投加質(zhì)量濃度超過(guò)20mg/L時(shí)候，水樣中的NH₃-N會(huì)超過(guò)5.06mg/L，不僅沒(méi)有去除NH₃-N反而引入了NH₃-N，這是因?yàn)樵赑AFS制備過(guò)程中選用了硝酸作為氧化劑，導(dǎo)致產(chǎn)品本身中含有N，從圖1還可以看出，控制PAFS的投加量，不僅能夠除磷，同時(shí)還能去除少部分氨氮，因此，本實(shí)驗(yàn)確定PAFS投加質(zhì)量濃度以13mg/L為宜。

2.2pH對(duì)深度處理的影響

固定PAFS投加質(zhì)量濃度為10mg/L，考察水體pH分別為5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5時(shí)、PAFS對(duì)二級(jí)出水的混凝效果，如圖2所示。

由圖2可知、當(dāng)pH=8.5時(shí)，TP的剩余質(zhì)量濃度為0.11mg/L，TP去除率達(dá)到84.6%。同時(shí)，pH=7.5時(shí)，NH₃-N的剩余質(zhì)量濃度為4.0mg/L，NH₃-N去除率達(dá)到20.8%，這主要是因?yàn)樽灾芇AFS為無(wú)機(jī)高分子復(fù)合鐵鋁混凝劑，其水解產(chǎn)物中主要起混凝作用的是多核多羥基聚合離子的吸附電中和作用和吸附架橋作用，其次是氫氧化物沉淀的網(wǎng)捕卷掃作用，當(dāng)水溶液的pH在6.5-8.5時(shí)，水中的鐵鋁主要是以氫氧化物沉淀形式存在，因此可以獲得很好的網(wǎng)捕卷掃作用，有較好的混凝效果，本實(shí)驗(yàn)所處理的水樣pH=7.5，而污水處理廠出水的pH在6.0-9.0，同時(shí)在圖2中可以看出，pH在6.5-8.5，TP的剩余質(zhì)量濃度都在0.40mg/L以下，而且能去除少部分NH₃-N。因此，自制PAFS在二級(jí)出水混凝應(yīng)用時(shí)，不必再對(duì)原水pH進(jìn)行調(diào)整。

2.3不同混凝劑混凝效果比較

選用市售混凝劑PAFC、PFS、PAC與自制PAFS，按照混凝實(shí)驗(yàn)方法，比較了不同混凝劑對(duì)污水處理廠二級(jí)出水的混凝效果，結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4，同時(shí)比較了投加質(zhì)量濃度均為20mg/L時(shí)，不同混凝劑的混凝效果，見(jiàn)表1。

表1 不同混凝劑的混凝效果對(duì)照

由圖3可知，隨著各混凝劑投加量的增加，除PAC外，TP的剩余濃度均呈現(xiàn)先減小后增加的現(xiàn)象，當(dāng)PAFS、PAFC、PAC、PFS的投加質(zhì)量濃度分別為13、17、20、13mg/L時(shí)，TP剩余質(zhì)量濃度分別為0.094、0.17、0.16、0.17mg/L，去除率分別達(dá)到86.2%、74.6%、76.8%、74.8%。可以看出，PAFS的除磷效果和用量明顯優(yōu)于其他3種混凝劑，同時(shí)，由表1可以看出，在混凝過(guò)程中PAFS與PFAC、PAS、PFS相比生成絮體更快，且礬花大沉降速度相對(duì)較快，因此，與PAC、PFS、PAFC相比PAFS在處理二級(jí)出水時(shí)，具有較好的混凝效果和較低的投加量。

由圖4可知，與PAC、PFS、PAFC相比，PAFS處理后水體的pH變化幅度較小，當(dāng)投加質(zhì)量濃度在20mg/L時(shí)，pH只從7.5降到7.0左右，因此，與其他混凝劑相比，自制PAFS處理后的水體pH穩(wěn)定，對(duì)混凝工藝設(shè)備影響較小。

2.4不同混凝劑用量對(duì)生成絮體影響

將2.3中不同混凝劑處理污水處理廠出水后形成的絮體在Winner2000激光粒度分析儀中測(cè)定，考察了不同混凝劑用量對(duì)生成絮體粒徑的影響，如圖5所示。

由圖5可知，PAFS在投加質(zhì)量濃度13mg/L時(shí)，絮體中位粒徑d50很大，為50.3μm。與其他混凝劑相比，PAFS形成的絮體更密實(shí)，更不易破碎。隨著混凝劑用量的增加，絮體粒徑呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)槲鬯幚韽S出水中負(fù)電荷顆粒先在無(wú)機(jī)高分子混凝劑水解產(chǎn)物的電中和作用下通過(guò)碰撞形成較小的絮體，而后隨著無(wú)機(jī)高分子混凝劑的用量增加，一方面，污水廠出水中顆粒表面負(fù)電荷得到進(jìn)一步中和，粒間距離縮短；另一方面，無(wú)機(jī)混凝劑上的活性基團(tuán)與水中相鄰負(fù)電荷顆粒的表面產(chǎn)生專性吸附，在顆粒之間成功“橋連”，使絮狀體粒徑不斷變大，后在無(wú)機(jī)混凝劑濃度與絮體粒徑之間形成一個(gè)平衡。當(dāng)混凝劑濃度過(guò)高，打破這個(gè)平衡時(shí)，顆粒表面已無(wú)可以吸附空位，吸附架橋作用無(wú)法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)吸附層的接近反而引起空間壓縮作用，顆粒因位阻效應(yīng)較大而分散，絮體粒徑變小，因此，可以看出與混凝劑PAFC、PAC、PFS相比，PAFS具有較好的電荷中和和吸附架橋能力。

3、結(jié)論

（1）隨著PAFS投加量的增加，二級(jí)出水的TP剩余濃度先減小后增加，而且都低于0.40mg/L，達(dá)到國(guó)家A標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)PAFS較佳投加質(zhì)量濃度為13mg/L時(shí)，TP剩余質(zhì)量濃度低至0.094mg/L，去除率達(dá)到86.2%，同時(shí)NH₃-N去除率為24.8%，PAFS實(shí)際應(yīng)用時(shí)無(wú)需對(duì)原水pH進(jìn)行調(diào)整。

（2）與市售PAFC、PAC、PFS相比，PAFS的除磷效果和用量明顯優(yōu)于市售混凝劑，PAFS生成絮體快、礬花大、沉降速度較快，處理后的出水pH變化幅度較小，對(duì)混凝工藝設(shè)備影響較小。

（3）不同混凝劑生成絮體的研究表明，PAFS在投加質(zhì)量濃度13mg/L時(shí)，絮體中位粒徑d50較大到50.3μm，PAFS具有較好的電荷中和和吸附架橋作用。