摘要：通过对比实验研究PAFC配置浓度、投加方式、搅拌条件、PH值、温度对污泥脱水效果的影响;研究结果表明: PAFC既具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊效果好、对设备管路腐蚀性小等优点；还具有铁盐絮凝剂絮题沉降快、易于分离、低温水处理性能好、水处理PH值范围大。
关键词：PAFC 污水处理 PAFC最佳配置状况
2005年城市生活处理率已达到38.5%,但这还不能满足控制生活中污染物质排放总量的要求,因此,还须加快城市处理厂的建设。选取常用的铝盐、铁盐系列混凝剂,以pH、浊度、碱度、ＣＯＤ、总氮、总磷等为检测指标,试验不同混凝剂投加量、原水不同pH值等变化对处理效率的影响，进行研究具有迫切性。
在水处理中,絮凝是一种重要而被广泛采用的工艺方法。它是通过化学机理把胶体物质和小的悬浮粒聚集成大的集合体,以提高这些集合体对溶解的各种杂质的吸收,从而有利于在随后的沉积/浮选过滤过程中排除这些物质。Kuo和Wamser首先合成了复合型混凝剂——聚碱式氯化铝铁(简写PAFC),发现该聚合物具有较好的混凝效果。聚合氯化铝铁(PAFC)是一种新型，高效无机阳离子复合絮凝剂，PAFC既具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊效果好、对设备管路腐蚀性小等优点；还具有铁盐絮凝剂絮题沉降快、易于分离、低温水处理性能好、水处理PH值范围大等特点。目前，PAFC已成功用于饮用水、工业用水及多种工业废水的处理。
1. 絮凝剂的作用机理
1.1胶体颗粒失去稳定性的过程称为脱稳过程。脱稳即意味着液体中原来均匀分散的固体微粒结合成了较大的颗粒，从液体中沉淀下来。这种现象即称为凝聚。在凝聚的程度上可分为凝结和絮凝；聚集程度不大，甚至通过简单的搅拌可以使固体微粒重新分散的这种可逆性聚集被称为絮凝，而凝结则是在固体微粒间距离相对较小时发生的聚集，这种聚集是不可逆的，仅用简单的搅拌是不可能使固体微粒重新分散的。投加絮凝剂可以加速水中胶体颗粒凝聚成大颗粒，其作用机理的解释有以下几种：
a. 压缩双电层与电荷中和作用
b. 高分子絮凝剂的吸附架桥作用
c. 絮体的卷扫沉淀作用
1.2 PAFC的作用机理
聚合氯化铝铁由廉价的氯化铝的和氯化铁共聚合而成。因此它兼具铝盐和铁盐的絮凝特性。铝盐和铁盐在水处理过程中发生水解和聚合反应过程，水中的胶体颗粒能强烈吸附水解和聚合反应过程中出现的各种产物：各种Al3+ 和Fe3+的化合物和多种多核羟基络离子。被吸附的带正电的多核羟基络离子能够压缩双电层，降低动电位（ζ电位），同时进行着架桥作用。多核聚合物为两个以上的胶体颗粒所共同吸附，将两个或多个胶体颗粒架桥连接等。这些属于胶体颗粒的聚集作用，从而逐步形成絮凝体，絮凝剂最终形成的聚合度很大的Al(OH)3或Fe(OH)3将使絮凝过程加速，絮凝体由小变大。
1.3 影响絮凝剂作用效果的工艺条件
无论是天然的絮凝剂,还是人工合成的絮凝剂，除了非离子型的絮凝剂以外，都是电解质。所有的电解质都具有絮凝作用，只是絮凝作用的大小各有不同而已。絮凝作用是复杂的物理和化学过程。因此，影响絮凝剂作用的因素也是复杂的和多方面的。例如，溶液的pH值、温度、搅拌速度、搅拌时间以及絮凝剂本身的性质、结构特点、分子量大小和用量多少，所采用的分离方法、工艺设计条件等，另外被絮凝的固体粒子的性质和直径大小及ζ电位大小等等，这些因素都会对絮凝效果产生直接的影响，有时甚至是决定性的影响。
1.4 复合无机高分子絮凝剂
无机高分子絮凝剂（Inorganic Polymer Flocculent）作为第二代无机絮凝剂，比传统凝聚剂（如硫酸铝、氯化铁等）效能更优异，比有机高分子絮凝剂（OPF）(PAM)价格低廉等优点，成功地应用在给水、工业废水以及城市的各种流程（包括前处理、中间处理和深度处理）中，现已成为主流絮凝剂。
复合型无机高分子絮凝剂(见表1)是指含有铝盐、铁盐和硅酸盐等多种具有絮凝或助凝作用的物质，它们预先分别经羟基化聚合后再加以混合，或先混合再加以羟基化聚合，形成羟基化的更高聚合度的无机高分子形态，具有较单一无机高分子絮凝剂更为优异的絮凝性能和对胶体颗粒的混凝沉降效果的产品。目前国内主要有以下品种，见表1
表1各种复合型絮凝剂
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类型
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名称
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简称
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程序
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配比
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Al+Fe+Cl
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聚合氯化铝铁
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PAFC
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Al+Fe+OH
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Si+Al+SO42-
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聚合硅酸硫酸铝
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PASS
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Al2(SO4)3+PSi
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Al+Si+Cl
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聚合硅酸铝
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PASC
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PAC+PSi;Al+Si+OH
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[Al]/[Si]≥5
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Fe+Si+Cl
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聚合铁硅酸
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PFSiC
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PFC+PSi;Fe+PSi+OH
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[Fe]/[Si]>1.0
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Si+Fe+Cl
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聚合硅酸铁
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PSiFC
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Fe+PSi+OH
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[Fe]/[Si]<1.0
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Al+Fe+Si+Cl
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聚合硅酸铁铝
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PAFSi
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Al+Fe+PSi+OH
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Al+PAM
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聚合铝-聚丙烯酰胺
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PACM
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PAC+PAM
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Fe+PAM
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聚合铁-聚丙烯酰胺
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PFCM
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PFC+PAM
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Al+PCh
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聚合铝-甲壳素
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PAPCH
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PAC+PCh
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Al+PCat
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聚合铝-有机阳离子
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PCAT
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PAC+PCat
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2 实验部分
2.1 主要仪器与试剂
实验药品:三氯化铁、三氯化铝、氢氧化钠、重铬酸钾、试亚铁灵指示液、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁等；
实验仪器:722型分光光度计、PHS—3C精密pH、500毫升全玻璃回流装置等、恒温培养箱及玻璃仪器(滴定管、烧杯等)；
2.2 COD的测定方法（重铬酸钾法）
2.2.1 原理：
在强酸的溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加热冷凝回流，将水样中的还原性物质氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵回滴，根据所消耗的重铬酸钾计算水样的化学需氧量。
2.2.2 标定方法：
准确吸取10.00ml的重铬酸钾溶液于500ml的锥形瓶中，加水稀释至110ml左右，缓慢加入30ml浓硫酸，冷却后，加入3滴试亚铁灵指示剂。用硫酸亚铁铵滴定。溶液的颜色由经蓝绿色至红褐色即为终点。
C=0.2500×10.00/V试中的：C代表硫酸亚铁铵标准溶液的浓度
V代表硫酸亚铁铵标准溶液的用量
滴定测得C=0.098mol/l
2.2.3 测定步骤：
取20ml的混合水样（或适量水样稀释至20ml）置于250ml的磨口回流锥形瓶中，准确加入10.00ml重铬酸钾标准溶液及沸石数粒，连接磨口锥形瓶，从冷凝管的上口慢慢加入30ml硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混合均匀，冷凝回流2小时。
冷却后，用90ml的水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶，溶液的总体积不得少于140ml，否则因酸度太大，滴定终点不明显。
溶液再冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
测定水样的同时，取20.00ml蒸馏水，按同样的操作步骤作空白实验，记录空白时硫酸亚铁铵的用量。
COD=(V-V0)×C×8×1000/V
C :硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/l）
V0:滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量（ml）
V1:滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量（ml）
V:水样的体积（ml）
8:氧的摩尔质量（g/ml）
2.3 浊度标准曲线的绘制：
2.3.1 硅藻土的浊度标准液的配制：
称取10g的硅藻土，于研体中加入少许蒸馏水调成糊状并研细，移至1 000 ml量筒中，加水至刻度。充分搅拌，静置24 h，用虹吸法仔细将上层800 ml悬浮液移至第二个1 000 ml量筒中。向第二个量筒内加水至1 000 ml，充分搅拌后再静置24 h。虹吸出上层含较细颗粒的800 ml悬浮液，弃去。下部沉积物加水稀释至1 000 ml。充分搅拌后贮于具塞玻璃瓶中，作为浑浊度原液。取上述悬浊液50 ml置于已恒重的蒸发皿中，在水浴上蒸干。于105 ℃烘箱内烘2 h，至干燥器中冷却30 min，称重。重复以上操作，即，烘1 h，冷却，称重，直至恒重。求出每毫升悬浊液中含硅藻土的重量（mg）。吸取含250 mg硅藻土的悬浊液，置于1 000mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀。此溶液浊度为250度。吸取浊度为250度的标准液100 ml，置于250 ml容量瓶中，用水稀释至标线，此溶液浊度为100度的标准液。
2.3.2 浊度标准曲线的制作：
取7个250 ml容量瓶，分别加入0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120mL 250 NTU的浊度标准储备液，用去离子水定容后摇匀。以去离子水作参比，用722型分光光度计在340 nm波长处测定吸光度A，所得结果见表2。
表2 浊度标准曲线值
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标准储备液加入量/ml
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浊度/NTU
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吸光度
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0
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0
|
0
|
|
10
|
10
|
0.075
|
|
20
|
20
|
0.103
|
|
30
|
30
|
0.121
|
|
40
|
40
|
0.132
|
|
50
|
50
|
0.176
|
|
60
|
60
|
0.191
|
|
70
|
70
|
0.212
|
|
80
|
80
|
0.241
|
|
90
|
90
|
0.272
|
|
100
|
100
|
0.295
|
|
110
|
110
|
0.349
|
|
120
|
120
|
0.408
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根据上表数据绘制标准曲线(见图1)，求得标准曲线回归方程如下：
浊度=吸光度(A) ×384.3941 – 13.0627 γ=0.993007(相关系数)
