摘要

饮用水安全是关乎民生的重要议题，传统铝盐混凝剂在饮用水处理中存在残留铝超标等风险。聚氯化铝铁（PAFC）作为一种新型无机高分子复合混凝剂，兼具铝盐和铁盐的优点，在饮用水处理中表现出显著优势。本文系统研究了PAFC的化学特性与混凝机理，详细分析了其对浊度、有机物、重金属等污染物的去除效果，并通过中试实验验证了其处理效能。研究结果表明，在优化条件下PAFC对浊度的去除率可达95%以上，对UV254的去除率为60-75%，残留铝铁含量均低于国家标准限值。文章还探讨了PAFC与消毒工艺的协同效应，评估了其技术经济性，并针对不同水源水质提出了工艺优化建议，为饮用水厂的混凝剂选择提供科学依据。

关键词：聚氯化铝铁；饮用水处理；复合混凝剂；浊度去除；残留控制

1. 引言

1.1 饮用水处理面临的挑战

随着水源污染加剧，饮用水处理面临新的难题：

• 微污染问题：有机微污染物（农药、抗生素等）

• 消毒副产物：三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）

• 金属残留：传统铝盐导致出水铝超标（>0.2mg/L）

1.2 传统混凝剂的局限性

1.3 PAFC的特性优势

PAFC（[AlFe(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ）的创新性体现在：

1. 协同效应：Al³⁺的电中和与Fe³⁺的吸附氧化协同

2. 安全性能：残留铝铁含量显著降低

3. 适应性强：宽pH范围（5.0-9.0）和温度适应

2. PAFC的制备与表征

2.1 生产工艺

酸溶-聚合两步法：

1. 铝矾土与盐酸反应生成AlCl₃

2. 添加FeCl₃进行聚合反应

3. 熟化得到液态PAFC（Al₂O₃+Fe₂O₃≥12%）

2.2 产品表征

3. 处理效能研究

3.1 对浊度的去除

实验条件：

• 原水浊度：15-20NTU

• PAFC投量：10-30mg/L

• pH=7.2±0.2

结果：

• 最佳投量15mg/L时，出水浊度<0.5NTU

• 絮体沉降速度比PAC快20%

3.2 对有机物的去除

三维荧光分析：

• 腐殖酸类去除率：68-72%

• 蛋白质类去除率：55-60%

• 溶解性微生物代谢产物：40-45%

3.3 对重金属的去除

4. 中试工程案例

4.1 南方某水厂改造

原工艺问题：

• 使用PAC时出水铝0.25mg/L（超标）

• 冬季低温期混凝效果差

改造方案：

• 替换为PAFC（Al/Fe=4:1）

• 投加量从20mg/L降至15mg/L

运行效果：

• 出水铝<0.1mg/L

• 药耗成本降低18%

• 滤池反洗周期延长30%

4.2 微污染水库水处理

组合工艺：

原水→PAFC混凝→臭氧氧化→生物活性炭→出水

去除效果：

• CODₘₙ从3.2mg/L降至1.0mg/L

• THMs生成势降低65%

5. 技术经济分析

5.1 成本对比

5.2 参数优化建议

1. 常规水质：10-20mg/L，pH 6.5-7.5

2. 低温低浊：增加5mg/L，配合助凝剂

3. 高藻水：预氧化后投加PAFC

6. 结论与展望

6.1 主要结论

1. PAFC较传统混凝剂具有更优的浊度和有机物去除效果

2. 残留铝铁含量显著低于国家标准限值

3. 与深度处理工艺具有良好的协同性

6.2 发展方向

1. 开发定制化PAFC产品（如高除砷型）

2. 研究PAFC对新兴污染物的去除机制

3. 优化智能投加控制系统