收稿日期:2011－07－22
基金项目:北京市科技计划项目(10110904740000)
作者简介:汪辉(1985－)，男，浙江台州人，中国人民大学在读硕士研
究生，研究方向:水处理。
文章编号:1674－6139(2012)01－0096－04
液态聚合氯化铝铁深度除磷的优化研究
汪辉
1，2
，马伟芳
2
，曾凡刚
1
，韩冬梅
2
，郭浩
2
(1．中国人民大学环境学院，北京100872;2．北京市可持续发展促进会，北京100084)
摘要:以北京市生活废水为研究对象，考察了液态聚合氯化铝铁及与聚丙烯酰胺(PAM)协同作用下除磷效
果及其影响因素。结果表明，液态聚合氯化铝铁与PAM复合作用时对除磷效果有一定的提高，明确了PAM
的最佳投加量、最佳搅拌强度、最佳搅拌时间和pH，并得出了影响混凝效果因素的主次顺序为:pH值＞搅拌
时间＞搅拌强度＞投加量。
关键词:化学除磷;液态PAFC;PAM
中图分类号:X703．1文献标识码:B
StudyonOptimizationofIn－depthPhosphorousRemovalwithPAFC
WangHui
1，2
，MaWeifang
2
，ZengFangang
1
，HanDongmei
2
，GuoHao
2
(1．SchoolofEnvironment＆NaturalResources，RenminUniversityofChina，Beijing100872，China;
2．BeijingAssociationofSustainableDevelopment，Beijing100084，China)
Abstract:TakingdomesticwastewaterofBeijingasresearchobject，thephosphorusremovaleffectandinfluencingfactorswere
analyzedbycombiningliquidPolyaluminiumferricchloride(PAFC)andPAM．Theresultsshowthateffectofphosphorusremovalwas
improved．ThebestdosageofPAM，thebeststirintensity，thebestmixingtimeandpHvaluewasconfirmed．Thesequenceoffactors
affectingtheflocculationwaspHvalue＞themixingtime＞stirintensity＞dosage．
Keywords:chemicalphosphorusremoval;PAFC;PAM
前言
目前，对于低碳源的城市污水而言，其通常难以
同时满足生物脱氮及生物除磷对碳源的需求，从而
导致污水处理工艺的除磷效率低下
［1］
。化学法除
磷的优点是:操作简单，除磷效果好，且结果稳定可
靠，不会出现磷的重新释放而导致的二次污染
［2］
。
故本实验通过研究优化吴家村污水处理厂液态
PAFC除磷的运行参数，为污水深度除磷提供技术
参考。
1实验部分
1．1仪器与试剂
仪器:MY3000－6A型六联混凝试验搅拌仪;
sension1便携式Ph测量仪;HI98703高精度数据型
浊度测定仪。
试剂:选用污水厂常用的混凝剂:液态聚合氯化
铝铁(Fe
2
O
3
含量≥3．94%;Al
2
O
3
含量≥2．36%)，
成品药剂溶液，价格600元/t;盐酸(分析纯，浓度
36．5%)，使用时按1+5稀释;NaOH(分析纯)，使
用时配置成5%的溶液。聚丙烯酰胺(PAM)，配成
0．05%的溶液。
1．2实验方法
试验原水为吴家村污水处理厂的沉砂池出水，
采用MY3000－6A型六联混凝试验搅拌仪上进行
混凝实验。取1L水样置于六个烧杯中，调节液态
·69·
第37卷第1期
2012年1月
环境科学与管理
EMVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENT
VoL37No．1
Jan2012
PAFC的投加量、pH、搅拌时间、搅拌强度等进行正
交实验。在正交实验的基础上，得出第一个阶段影
响废水处理的主次因素，优化液态PAFC的用量、
pH、搅拌强度和搅拌时间等因素。在优化实验条件
下，将液态PAFC与PAM复合作用进行参数优化的
正交实验，得出第二个阶段影响废水处理的主次因
素，优化PAM的用量、pH、搅拌强度和搅拌时间等
因素。将混凝后的水样静置沉降15min，取上清液
进行TP去除率的分析，分析方法采用文献
［3］
中总
磷的测定方法。
2试验结果与分析
2．1单一混凝剂混凝效果的研究
2．1．1液态PAFC对TP的去除效果
表1TP去除研究用的原水水质
项目pH浊度/NTUCODcr/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)
数值7．37258716．2691．27．14
研究药剂投加量和TP去除率之间的关系，通
常采用投药量系数β表示，即β=药剂中Fe和Al
的摩尔/原水中TP的摩尔，投加系数β是受多种因
素影响的。β的理论值为1，但实际的β值通常在2
～3或者更高
［4］
。
投药量系数β与对应的TP去除效果见图1。
图1不同β值下吴家村污水处理厂液态PAFC的除
磷效果
从图1可以看出，对于液态聚合氯化铝铁
(PAFC)，出水TP的浓度随着投药量系数β的增大
而降低，在β值为4．33时，可去除污水中75．61%
(去除率是以原水中TP的浓度为参照计算得出)的
TP，，出水TP浓度为0．8mg/L，达到国家一级B排
放标准。
原水中大部分的TP是PO
4
3－
－P，PO
4
3－
－P的
去除与混凝剂水解产生的金属离子存在着化学计量
关系，加入一定量的混凝剂就能与一定量的磷酸根
离子结合形成不溶于水的金属磷酸盐，从而去除原
水中的磷酸根离子
［5］
。随着投药量系数β的增大，
水中的三价铁离子和铝离子增多，所形成的磷酸盐
沉淀的量逐渐增多，TP的去除率逐渐增大。
2．1．2液态PAFC对浊度的去除效果
图2不同β值下液态PAFC的浊度去除效果
由图2可知，随着β值的增加，浊度的去除率
逐渐增大，当β值为4．33时，絮凝效果最好，去除率
达到85．91%。这是因为随着絮凝剂的增加，微粒
的表面电位逐渐降到零，废水中的微粒产生快速絮
凝
［6］
。
混凝剂投加量是影响混凝效果的最重要的因
素，当β值为4．33时，即液态PAFC用量在480mg/
L时，混凝效果最好。这是因为只有在最佳投药量
下，PAFC通过压缩双电层、吸附架桥及电性中和使
胶体迅速凝聚。若投药量不足，水中杂质得不到充
分的逆反电荷脱稳，不能絮凝成大颗粒，去除率很
低。
2．1．3液态PAFC运行参数的优化及其处理效果
表2液态PAFC正交实验用的原水水质
项目pH浊度/NTUCODcr/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)
数值7．946161097．6101．25．78
以TP的最终去除率为指标，将以下四个因素:
A(搅拌强度)、B(搅拌时间)、C(投加量)、D(不同
pH值)作为主要考察因素，每个因素设计三个水
平，建立四因素三水平正交试验因素水平表，因此选
取正交表L9(34)安排实验。
·79·
第37卷第1期
2012年1月
汪辉等:液态聚合氯化铝铁深度除磷的优化研究
VoL37No．1
Jan2012
表3正交实验因素及水平
水平
ABCD
搅拌强度
r/min
搅拌时间
s
投加量
mg/L
pH
1200301806
2250602007
3300902208
表4液态PAFC处理生活废水正交实验结果
序号
ABCD
搅拌强度r/min搅拌时间s投加量mg/LpH
TP去除率%
120030180619．38
220060200729．41
320090220828．37
42503020087．27
525060220630．10
625090180720．07
730030220710．73
83006018089．69
930090200628．03
K177．1637．3849．1477．51
K257．4469．2064．7160．21
K348．4576．4769．2045．33
R28．7139．0920．0632．18
实验考察指标TP去除率是越大越好。从表4
中可以看出，第5号实验组合条件A
2
B
2
C
3
D
1
的实
验结果(TP去除率30．10%)最大，是这9组试验中
效果最好的。
但是通过计算K值，分析得出:对于搅拌强度，
K1值最大为77．16，对于搅拌时间，K3值最大为
76．47，对于投加量，K3值最大为69．20，对于pH，
K1值最大为77．51。所以选择水平优选组合为
A
1
B
3
C
3
D
1
，即搅拌强度为200r/min，搅拌时间为
90s，投加量为220mg/L，pH为6。以此组合进行实
验，得TP的去除率为38．92%。
此外，由分析知搅拌时间的极差最大为39．09，
投加量的极差最小为20．06。得出影响吴家村污水
处理厂液态PAFC混凝效果因素的主次顺序为
BDAC，即搅拌时间＞pH＞搅拌强度＞投加量。
2．2复合混凝剂混凝效果的研究
一般说来，有机絮凝剂与无机絮凝剂复合使用
时处理效果有显著提高。综合考虑以上试验结果，
将液态PAFC与聚丙烯酰胺PAM复合使用，进行参
数优化的正交实验。
聚丙烯酰胺(PAM)属于高聚合度非离子性高
分子絮凝剂，其作用是通过桥联吸附作用而生成稳
定絮状物。即通过PAM碳链上的活性官能团吸附
分散相中的细小均匀颗粒和粘粒，形成絮团并互相
联系起来，变成粗大的絮体
［7］
。PAM易溶于冷水，
而在有机溶剂中溶解度有限，分子链长，具有优良的
絮凝性能
［8］
。
2．2．1PAM运行参数的优化及其处理效果
表5PAM正交试验用的原水水质
项目pH浊度/NTUCODcr/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)
数值8．5420852．3695．46．9
在液态PAFC的最佳运行工况下，将以下四个
因素:A(搅拌强度)、B(搅拌时间)、C(投加量)、D
(不同pH值)作为主要考察因素，每个因素设计三
个水平，建立四因素三水平正交试验因素水平表，因
此选取正交表L9(34)安排实验。
表6正交实验因素及水平
水平
ABCD
搅拌强度
r/min
搅拌时间
s
投加量
mg/L
pH
11004016
2120601．257
3140801．58
·89·
第37卷第1期
2012年1月
汪辉等:液态聚合氯化铝铁深度除磷的优化研究
VoL37No．1
Jan2012
表7PAM处理生活废水正交实验结果
序号
ABCD
搅拌强度r/min搅拌时间s投加量mg/LpH
TP去除率%
1100401670．55
2100601．25781．09
3100801．5881．92
4120401．25875．44
5120601．5669．80
6120801783．77
7140401．5776．12
8140601871．54
9140801．25675．64
K1233．56222．11225．86215．99
K2229．01222．43232．17240．98
K3223．3241．33227．84228．90
R10．2619．226．3124．99
在液态PAFC的最佳运行工况下，单独投加液
态PAFC，得到TP的出水浓度为1．63mg/L，磷的去
除率为67．86%。而从表7中可以看出，液态PAFC
与PAM的复合作用对除磷效果有一定的提高。
从表7中可以看出，第6号实验组合条件
A
2
B
3
C
1
D
2
的实验结果(TP去除率83．77%)最大，
是这9组试验中效果最好的。
但是通过计算K值，分析得出:对于搅拌强度，
K1值最大为233．56，对于搅拌时间，K3值最大为
241．33，对于投加量，K2值最大为232．17，对于pH
值，K2值最大为240．98。所以选择水平优选组合
为A
1
B
3
C
2
D
2
，即搅拌强度为100r/min，搅拌时间为
80s，投加量为1．25mg/L，pH值为7。
以此组合进行实验，得TP的去除率为90．
12%。此外，由分析知pH值的极差最大为24．99，
投加量的极差最小为6．31。得出影响液态PAFC与
PAM混凝效果因素的主次顺序为DBAC，即pH值
＞搅拌时间＞搅拌强度＞投加量。
3结论
(1)在试验投药量范围内，液态聚合氯化铝铁
(PAFC)对TP的最高去除率达到了75．61%;随着
β值的增加，浊度的去除率逐渐增大，当β值为4．
33时，去除率达到85．91%。
(2)单一混凝剂运行参数的最佳组合为:液态
PAFC投加量为220mg/L，搅拌强度为200r/min，搅
拌时间为90s，pH为6，影响混凝效果因素的主次顺
序为:搅拌时间＞pH＞搅拌强度＞投加量。
(3)液态PAFC与PAM复合作用时对除磷效果
有一定的提高，运行参数的最佳组合为:PAM投加
量为1．25mg/L，搅拌强度为100r/min，搅拌时间为
80s，pH为7，影响混凝效果因素的主次顺序为:pH
值＞搅拌时间＞搅拌强度＞投加量。
参考文献:
［1］AlistairBroughton，StevenPratt，AndyShilton．En-
hancedbiologicalphosphorusremovalforhigh－strength
wastewaterwithalowrbCOD∶Pratio［J］．BioresourTechno，
2008，99(5):1236－1241．
［2］邱维，张智．城市污水化学除磷的探讨［J］．重庆环
境科学，2002，24(2):81－84．
［3］国家环保总局．水和废水监测分析方法［M］．北京:
中国环境科学出版社，2002:243－249．
［4］唐建国，林洁梅．化学除磷的设计计算［J］．给水排
水，2000，26(9):392－401．
［5］HarperT，RosenbergA．Polyaluminiumchloride:An
alternativetoconventionalcoagulants［J］．WorldWaterandEn-
vironmentalEngineering，1995，20(6):9－15．
［6］郭沛涌，许银龙，吕鹏程．用混凝法降低生化出水中
的COD［J］．燃料与化工，1996，27(2):93－96．
［7］刘睿，周启星，张兰英，等．水处理絮凝剂研究与应
用进展［J］．应用生态学报，2005，16(8):1558－1562．
［8］徐国想，阮复昌．铁系和铝系无机絮凝剂的性能分
析［J］．重庆环境科学，2001，23(3):52－55．
·99·
第37卷第1期
2012年1月
汪辉等:液态聚合氯化铝铁深度除磷的优化研究
VoL37No．1
Jan2012
|
|
