隨著我國“水十條”的深入實施和各地環保標準的持續加嚴，城市污水處理廠的排放要求，特別是對氮、磷等營養物質的限制，已從一級B、一級A普遍提升至“準IV類”甚至更高標準。總磷（TP）作為導致水體富營養化的關鍵限制性因子，其排放限值常被要求低于0.3 mg/L。在這一背景下，化學除磷從“備選方案”變為剛性需求，而聚氯化鋁（聚氯化鋁）憑借其卓越的綜合性能，成為深度除磷戰役中無可替代的“守門員”。

一、 化學除磷的基本原理與聚氯化鋁的優勢

化學除磷的本質是向污水中投加金屬鹽藥劑，使其與溶解性的正磷酸鹽（PO?³?）反應，生成不溶性的磷酸鹽沉淀，繼而通過固液分離去除。

反應式核心：Al³? + PO?³? → AlPO?↓

聚氯化鋁的優勢：

高效廣譜：聚氯化鋁為預聚態，反應活性高，除磷快速徹底，對有機磷也有一定的去除效果。

絮凝助沉：在生成AlPO?的同時，其強大的混凝作用能同步去除SS、膠體磷和部分COD，降低出水濁度，為后續紫外消毒或膜工藝創造良好條件。

pH適應范圍寬：較佳除磷pH范圍在5.5-7.0，但即使在城市污水常見的pH 6.5-8.0范圍內，仍能保持良好效果，易于控制。

二次污染少：相比鐵鹽（如聚合硫酸鐵PFS），鋁鹽沉淀物不易返色，對出水色度影響小；污泥呈灰白色，對后續污泥處置（如厭氧消化、土地利用）影響相對較小。

二、 聚氯化鋁在污水處理廠不同工藝段的策略性投加

聚氯化鋁的投加點選擇直接影響其除磷效率、藥劑消耗量以及對生化系統的影響，是工藝設計的精髓。

前置投加（初沉池前）：

目的：協同初級沉淀，去除進水中的部分磷（尤其懸浮態磷）和有機物，減輕后續生化系統負荷，特別適用于進水SS和TP波動大或濃度高的污水廠。

優缺點：可降低約30-50%的TP負荷，節約生化段碳源。但會減少進入生化系統的有機物，可能影響反硝化脫氮效率，需精確核算碳氮平衡。產生的化學污泥與初沉污泥混合，性質相對穩定。

同步投加（生化反應池末端或二沉池進水）：

目的：這是較主流、控制較簡單的工藝。在好氧池末端，磷已被聚磷菌很量吸收，投加聚氯化鋁與剩余的正磷酸鹽反應，并在二沉池中實現泥水分離。

優缺點：反應條件（pH、混合）理想，除磷效率高且穩定。但藥劑消耗量相對較大，產生的化學污泥與剩余活性污泥（WAS）混合，可能略微影響污泥的沉降性和脫水性。需注意混合強度，避免打碎已形成的生物絮體。

后置投加（深度處理單元）：

目的：在二沉池之后，專門設置的混凝-沉淀-過濾（或混凝-過濾）工藝中投加。這是實現TP穩定低于0.3 mg/L的“終很保障”。

優缺點：對生化系統零干擾，除磷效果較徹底可靠，出水水質較優。但需要增加額外的構筑物和動力設備，投資和運行成本較高。需嚴格控制pH，通常需要回調。

三、 聚氯化鋁除磷的精細化控制與智慧化實踐

粗放的恒量投加模式導致藥劑浪費或出水很標。精細化控制是技術與管理的核心。

基于磷酸鹽在線監測的反饋控制：

在投加點下游（如二沉池出水或深度處理單元出口）安裝正磷酸鹽在線分析儀，實時監測剩余PO?³?濃度。

控制系統根據設定值（如0.1 mg/L PO?-P）與實測值的偏差，通過PID算法動態調節聚氯化鋁加藥泵的頻率。這是較直接、較有效的精準控制方式。

流量比例前饋+磷酸鹽反饋的復合控制：

在反饋控制基礎上，引入進水流量信號作為前饋。當進水流量驟增時，提前按比例增加聚氯化鋁投加量，以應對水力沖擊負荷，再通過磷酸鹽反饋進行微調，控制品質更優。

數學模型與預測控制：

在先進的污水廠，結合進水TP、流量歷史數據、反應動力學模型和機器學習算法，可預測未來一段時間內的磷負荷變化趨勢，提前調整聚氯化鋁投加策略，實現預防性控制。

四、 鋁鹽污泥的特性與處置考量

化學除磷產生的大量含鋁化學污泥是必須面對的挑戰。

污泥增量：投加1 kg Al³?（以Al計）約產生4.5-5.0 kg干污泥（包括AlPO?、Al(OH)?及共沉淀物）。需重新校核污泥處理系統（濃縮、脫水）的能力。

對厭氧消化的影響：高濃度鋁可能對厭氧微生物產生抑制，影響沼氣產率。需評估混合污泥（化學生物混合污泥）中鋁的累積效應，必要時調整泥齡或考慮污泥分流處理。

對脫水性的影響：適量的鋁鹽能改善污泥脫水性（起調理作用），但過量可能導致濾布堵塞或離心機扭矩升高。需通過小試確定較佳聚氯化鋁投加范圍，并可能與有機高分子調理劑（PAM）聯用。

五、 未來展望：聚氯化鋁在污水資源化中的角色延伸

隨著污水廠從“處理廠”向“資源工廠”轉變，聚氯化鋁的應用場景也在擴展：

再生水生產的保障：當出水用于景觀、綠化或工業冷卻時，很低的磷含量是防止管道和設施生物垢的關鍵。聚氯化鋁是保證再生水水質穩定達標的基石。

磷回收的預處理：在從污泥灰分或消化液中回收磷（如鳥糞石結晶）的工藝中，高效的化學除磷是磷富集和濃縮的前置步驟，聚氯化鋁可為后續資源回收創造有利條件。

低碳藥劑研發：未來，利用工業副產物或更清潔工藝生產的低碳足跡聚氯化鋁，將更契合污水處理行業的“雙碳”目標。

在城市污水處理廠邁向“高標準、低成本、智能化、資源化”的新時代，聚氯化鋁已從一種輔助性化學品，升級為確保出水水質、特別是磷指標達標的戰略核心藥劑。對其應用的理解，必須從簡單的“投加-反應”層面，上升到貫穿工藝選擇、過程控制、污泥管理乃至碳減排的系統集成層面。智慧、精準、高效地使用聚氯化鋁，是現代污水廠運營管理者技術能力和精細化水平的重要標志，也是應對日益嚴峻的環保挑戰的必然選擇。