高效絮凝剂聚合氯化铝在食品工业废水净化中的创新应用与技术优化

关键词：聚合氯化铝；食品加工废水；混凝沉淀；油脂去除；废水处理

1. 引言

食品加工行业是我国重要的民生产业，但其生产过程中产生的废水具有以下典型特征：（1）有机物浓度高（COD通常在1000-10000mg/L）；（2）悬浮物含量大；（3）富含氮、磷等营养物质；（4）含有动植物油脂；（5）水质水量波动显著。这类废水若直接排放，不仅会造成水体富营养化，还会对污水处理系统造成冲击。

传统生物处理法对高浓度食品废水处理效果有限，而化学混凝法因其适应性强、效果稳定等特点成为重要的预处理或深度处理手段。聚合氯化铝作为第三代无机高分子絮凝剂，具有絮凝效果好、适用pH范围广、残渣量少等优势，在食品加工废水处理中表现出色。

2. 聚合氯化铝的特性及作用机理

2.1 基本特性

聚合氯化铝的化学通式为[Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ，其有效成分Al₂O₃含量可达28%-32%。与传统铝盐相比具有以下优势：

1. 水解速度快，形成絮体密实

2. 适用pH范围宽（5-9）

3. 低温适应性强

4. 腐蚀性小

5. 处理成本低

2.2 混凝机理

在食品废水处理中，聚合氯化铝主要通过三种机制发挥作用：

（1）电中和作用：水解产生的[Al₁₃O₄(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺等高价聚合阳离子可中和胶体颗粒表面电荷。

（2）吸附架桥作用：长链高分子结构在颗粒间架桥连接，形成大絮体。

（3）网捕卷扫作用：Al(OH)₃沉淀物网捕细小颗粒。

3. 聚合氯化铝在食品加工废水处理中的应用

3.1 对不同类型食品废水的处理效果

3.1.1 肉类加工废水

• COD去除率：75%-85%

• SS去除率：90%-95%

• 油脂去除率：80%-90%

3.1.2 乳制品废水

• COD去除率：70%-80%

• 蛋白质去除率：85%-90%

• 磷去除率：60%-70%

3.1.3 果蔬加工废水

• COD去除率：65%-75%

• 色度去除率：85%-95%

• SS去除率：90%-95%

3.2 对特征污染物的去除

1. 油脂类：通过破乳和吸附作用，去除率可达85%以上

2. 蛋白质：通过等电点沉淀，去除率很过90%

3. 淀粉类：去除率80%-85%

4. 悬浮物：去除率90%-95%

4. 工艺优化研究

4.1 关键参数优化

通过响应面法确定较佳条件：

• pH值：6.5-7.5

• 投加量：50-120mg/L

• 搅拌程序：快速搅拌（200r/min）1min，慢速搅拌（50r/min）15min

• 沉降时间：30-45min

4.2 组合工艺应用

1. 聚合氯化铝-气浮组合：

   • 油脂去除率提升至95%

   • 处理时间缩短30%

2. 聚合氯化铝-生物处理组合：

   • B/C比从0.3提升至0.5

   • 后续生物处理效率提高40%

3. 聚合氯化铝-膜分离组合：

   • 出水达到回用标准

   • 膜通量提高25%

5. 实际工程案例

某大型肉类加工厂采用"聚合氯化铝混凝-气浮-生物接触氧化"工艺处理废水，设计规模3000m³/d。主要运行参数：

• 聚合氯化铝投加量：80mg/L

• PAM投加量：0.8mg/L

• 气浮时间：20min

处理效果：

6. 技术经济分析

与传统处理工艺相比：

1. 基建投资节省25%-35%

2. 运行费用降低20%-30%

3. 占地面积减少40%

4. 污泥产量减少25%

7. 存在问题及发展趋势

7.1 现存问题

1. 对溶解性有机物去除有限

2. 低温条件下效果下降

3. 污泥脱水性能需改善

7.2 发展趋势

1. 开发复合型聚合氯化铝产品

2. 优化工艺组合

3. 智能化加药系统

4. 污泥资源化利用

8. 结论

1. 聚合氯化铝在食品加工废水处理中表现出优异的混凝性能，对COD、SS、油脂等指标去除效果显著。

2. 较佳处理条件为：pH6.5-7.5，投加量50-120mg/L，配合优化搅拌程序。

3. 与气浮、生物处理等工艺组合可显著提升处理效果。

4. 聚合氯化铝工艺具有经济高效、适应性强等优势，在食品废水处理领域应用前景广阔。

未来研究应重点关注聚合氯化铝的改性优化、工艺组合创新以及智能化控制等方面，以进一步提升其在食品加工废水处理中的综合效能。