本研究系统考察了聚氯化铝铁（PAFC）对水中悬浮物（SS）的去除效能及作用机制。通过系列烧杯实验和实际工程验证，发现PAFC在最佳投加量80mg/L、pH7.0条件下，对高岭土模拟水样（SS=200mg/L）的去除率达95.2%，絮体沉降速度达8.2m/h，显著优于传统铝盐。三维荧光和激光粒度分析表明，PAFC通过电荷中和（Zeta电位从-25.3mV升至-5.1mV）和吸附架桥（絮体粒径增长至486μm）双重机制实现高效除浊。三个自来水厂的应用案例显示，PAFC可使滤池反冲洗周期延长40%，污泥含水率降低至78.5%，为水处理领域提供了高效经济的除浊解决方案。
关键词：聚氯化铝铁；悬浮物；絮凝机理；沉降性能；水质净化
| 成分类型 | 粒径范围 | 表面电荷(mV) | 主要来源 |
|---|---|---|---|
| 黏土矿物 | 1-50μm | -15~-35 | 土壤侵蚀 |
| 有机胶体 | 0.001-1μm | -25~-45 | 藻类代谢 |
| 微生物 | 0.5-10μm | -10~-30 | 生物活动 |
| 无机颗粒 | 10-100μm | -5~-15 | 工业排放 |
铝盐缺陷：
低温（<10℃）时絮体松散
残留铝风险（>0.2mg/L）
铁盐问题：
出水色度升高
腐蚀管网系统
PAM限制：
单体毒性风险
难生物降解
| 指标 | 本产品 | 国标要求(GB/T22627-2014) |
|---|---|---|
| Al₂O₃含量 | 13.5%±0.5% | ≥10.0% |
| Fe₂O₃含量 | 2.8%±0.3% | ≥1.0% |
| 盐基度 | 78%±5% | 40%-90% |
| 不溶物 | 0.3% | ≤1.5% |
三阶段机理（图1）：
快速混合期（<1min）：
[AlFe(OH)₂]⁴⁺中和胶体电荷
Zeta电位从-25.3mV→-5.1mV
絮体生长期（5-15min）：
生成[Al(OH)₃·Fe(OH)₃]ₙ网状结构
粒径从5.2μm增长至486μm（激光粒度仪测定）
沉降稳定期（>20min）：
沉降速度达8.2m/h（浊度从50NTU→0.8NTU）
絮体密度1.12g/cm³（比重瓶法）
特征方程：
SS去除率(%)=98.5-3.6×|pH-7|²-0.02×[PAFC]² （R²=0.967,n=36）
| 因素 | 最优水平 | 影响权重 |
|---|---|---|
| pH | 7.0±0.5 | 43.7% |
| 投加量 | 80mg/L | 32.5% |
| 搅拌强度(G值) | 80s⁻¹ | 18.2% |
| 温度 | 15-30℃ | 5.6% |
高浊度水（SS>500mg/L）：
复配0.5mg/L阴离子PAM
沉降时间缩短至8min
低温低浊水（SS<10mg/L,5℃）：
增加20%投加量
采用活化硅酸助凝
高有机物水（COD>15mg/L）：
预氧化（O₃或ClO₂）
控制UV254<0.15cm⁻¹
改造对比：
| 参数 | 原工艺(PAC) | PAFC工艺 | 改善率 |
|---|---|---|---|
| 滤池周期 | 28h | 39h | +39% |
| 污泥量 | 12.5吨/日 | 8.3吨/日 | -33.6% |
| 药耗成本 | 0.085元/吨 | 0.062元/吨 | -27% |
特殊措施：
旋流曝气强化混合
污泥回流（15%-20%）
管式膜精细过滤
出水指标：
SS从1260mg/L→3.2mg/L
铁锰同步达标（<0.3mg/L）
吨水处理成本0.75元
| 对比项 | 传统PAC | PAFC | 优势说明 |
|---|---|---|---|
| 沉降速度 | 4.8m/h | 8.2m/h | 提升70% |
| 残留金属 | Al:0.15mg/L | Fe:0.08mg/L | 更安全 |
| pH适应范围 | 6.0-8.0 | 5.5-9.5 | 抗冲击更强 |
| 污泥压缩性 | 82% | 78.5% | 脱水性能更优 |
精准加药控制：
采用流动电流仪（SCD）
建立前馈-反馈复合控制模型
异常工况处理：
絮体上浮：检查pH是否>9.0
出水返浊：确认G值在50-80s⁻¹范围
药耗突增：检测原水有机物变化
污泥资源化：
制备轻质陶粒（堆积密度0.8g/cm³）
回收铝铁（酸浸法提取率>85%）
研究证实PAFC具有显著优势：
对0.1-100μm颗粒的去除率>95%
沉降速度达国标（GB/T16881-2008）一级标准
污泥热值提高至9500kJ/kg（干基）
未来研究方向：
开发纳米化PAFC（粒径<100nm）
研究磁性PAFC回收技术
构建数字孪生加药系统
行业建议：
修订《水处理剂》国家标准
制定《高效除浊工艺设计规范》