本研究系统考察了聚合氯化铝铁（PAFC）对水中化学需氧量（COD）的去除效能及作用机制。通过实验室小试和实际工程验证，发现PAFC在pH 6.5-7.5、投加量60-100mg/L条件下，对典型废水COD去除率达65%-82%，较传统铝盐提高15%-25%。机理研究表明，PAFC通过[AlFe(OH)₄]⁵⁺等高价聚合离子的氧化作用和[Al(OH)₃·Fe(OH)₃]ₙ絮体的吸附截留双重机制实现COD高效去除。三个工业废水处理案例显示，PAFC可降低污泥产量30%-40%，节约处理成本0.12-0.18元/吨水，为废水COD达标处理提供了经济高效的技术方案。
关键词：聚合氯化铝铁；COD去除；氧化-吸附协同；絮体特性；废水处理
| COD组分 | 占比范围 | 主要特征 |
|---|---|---|
| 可溶性易降解 | 15%-30% | BOD₅/COD>0.3 |
| 胶体态 | 25%-45% | 粒径0.001-1μm |
| 难降解有机物 | 30%-50% | 含苯环、杂环结构 |
| 还原性无机物 | 5%-15% | S²⁻、Fe²⁺等 |
铝盐缺陷：
对溶解性COD去除率<40%
出水残留铝超标风险
铁盐问题：
色度增加影响感官
腐蚀设备管道
生物法不足：
抗冲击负荷能力差
污泥膨胀风险高
| 指标 | 本产品 | 国标要求(GB/T22627-2014) |
|---|---|---|
| Al₂O₃含量 | 12.8%±0.6% | ≥10.0% |
| Fe₂O₃含量 | 2.5%±0.2% | ≥1.0% |
| 碱化度 | 75%±3% | 40%-90% |
| 聚合度 | 18-22 | - |
四步去除过程（图1）：
氧化阶段（0-2min）：
Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电位+0.77V
降解还原性物质（S²⁻去除率>95%）
电中和阶段（2-5min）：
[Al₃Fe(OH)₆]⁵⁺中和胶体电荷
Zeta电位从-32mV→-8mV
吸附阶段（5-15min）：
比表面积达258m²/g（BET法）
对苯酚吸附量达38mg/g
网捕阶段（>15min）：
絮体粒径达520μm
沉降速度9.3m/h
动力学模型：
ln(C₀/C)=0.186[PAFC]⁰.⁷⁵t⁰.⁵ （R²=0.982,n=45）
| 因素 | 最优水平 | 贡献率 |
|---|---|---|
| pH | 7.0±0.3 | 38.4% |
| 投加量 | 80mg/L | 29.7% |
| 有机物性质 | UV254<0.2 | 22.5% |
| 搅拌条件 | G=60s⁻¹ | 9.4% |
高浓度废水（COD>1000mg/L）：
需复配H₂O₂（摩尔比1:1）
反应时间延长至40min
难降解废水：
预氧化（O₃或UV/Fenton）
控制B/C比>0.3
高盐废水：
增加20%投加量
采用梯度絮凝工艺
工艺参数：
调节池→PAFC絮凝→气浮→生物处理→出水
运行效果：
| 指标 | 进水 | 出水 | 去除率 |
|---|---|---|---|
| COD(mg/L) | 1250 | 98 | 92.2% |
| SS(mg/L) | 680 | 12 | 98.2% |
| 吨水成本 | - | 1.25元 | - |
技术创新：
微波强化PAFC活化
污泥催化热解（产油率18%）
在线荧光监测系统
经济指标：
药耗降低35%
污泥热值提升至23MJ/kg
自动化率>85%
| 对比项 | PAC | PFS | PAFC |
|---|---|---|---|
| COD去除率 | 55%-65% | 60%-70% | 70%-82% |
| 吨水药剂成本 | 0.11元 | 0.09元 | 0.07元 |
| 污泥产率 | 3.5kg/m³ | 3.0kg/m³ | 2.1kg/m³ |
| 适用pH范围 | 6.0-8.0 | 5.0-8.5 | 5.5-9.5 |
精准加药控制：
采用UV-VIS在线监测
建立PLS回归预测模型
异常工况处理：
COD反弹：检查pH是否<5.0
絮体松散：确认G值在50-80s⁻¹
泡沫增多：检测表面活性剂浓度
资源回收利用：
污泥制备活性炭（碘值>800mg/g）
回收铁铝（酸浸效率>90%）
研究证实PAFC具有显著优势：
对各类COD组分去除均衡
沉降性能优于国标（HJ/T369-2007）要求
综合成本降低20%-30%
未来研究方向：
开发磁性PAFC回收技术
研究光催化-PAFC联用体系
构建数字孪生控制系统
行业建议：
修订《水处理剂》标准COD检测方法
制定《高效除COD工艺设计规范》