一種制備高純聚氯化鋁的制備工藝及混凝效能研究

劉永++張民權++劉飛鵬

摘 要：以鹽酸、氫氧化鋁和鋁酸鈣為原料，在常壓下加熱合成高鹽基度的無色透明的高純聚氯化鋁，并對飲用水原水為處理對象進行了混凝沉淀試驗。結果表明，新工藝制備的高純聚合氯化鋁混凝效能優于現行的聚氯化鋁，出廠水殘余鋁比現用聚氯化鋁更低。

關鍵詞：聚氯化鋁；新工藝；高純；高鹽基度；殘余鋁

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.008

聚氯化鋁是目前普遍使用的飲用水凈水藥劑，而聚氯化鋁生產工藝采用了天然鋁土礦燒制而成的鋁酸鈣粉。由于天然鋁土礦中重金屬和砷等有害物質具有不確定性，導致聚氯化鋁產品中重金屬不穩定，存在超標的風險。李潤生[1]在《中國給水排水》中介紹了高鹽基度（≥85%）的聚氯化鋁能夠有效地降低飲用水中的殘留鋁含量。因此，研制高純高鹽基度的聚氯化鋁，對于提高飲用水藥劑安全具有非常重要的意義?，F有市場上的高純聚氯化鋁生產工藝[2]大多數要通過加壓一步反應完成，存在條件苛刻、設備腐蝕嚴重、產品鹽基度不高等問題，一般只能用于造紙等行業，難以在飲用水處理得到廣泛應用。本研究是采用純工業原材料，在常壓下采用二步法完成聚氯化鋁生產，產品無色透明，高純高鹽基度，應用于飲用水處理，效果好，安全性高。

1 主要原材料儀器和方法

（1）試驗用主要原料：氫氧化鋁（氧化鋁含量60%）、鋁酸鈣粉（氧化鋁含量60%）、鹽酸（食品級，含量31%）。

（2）試驗用儀器：可調溫電熱爐、 電動攪拌機、 三口燒瓶、六聯攪拌機、濁度計、紫外可見分光光度計。

（3）合成方法。1）半成品合成。常壓下由水、鹽酸和氫氧化鋁在按照一定配比和一定溫度條件下合成半成品；2）調節鹽基度。常壓下在一定溫度下將一定量的高純鋁酸鈣粉緩慢加入到上述半成品，直至產品鹽基度符合要求；3）熟化。反應結束后，保持一定溫度繼續攪拌一定時間，使產品熟化；4）過濾。將熟化產品過濾，去除少量未反應的固體物質即得無色透明液體產品，即高純聚氯化鋁。

（4）產品結果。高純聚氯化鋁與普通聚氯化鋁的檢驗結果對比情況如表1。

從表1可以明顯看出，高純聚氯化鋁比普通聚氯化鋁鐵含量要低很多，更重要的是其重金屬元素鉛鎘六價鉻等含量要明顯低于普通聚氯化鋁，說明其比普通聚氯化鋁在處理水時更加安全可靠。

2 混凝沉淀試驗

取深圳市某水廠原水進行混凝沉淀試驗，并將高純聚氯化鋁與常規聚氯化鋁進行比較。

（1）取樣及攪拌程序。1）原水取自南山水廠，濁度8.6NTU，pH值7.5，水溫25℃；2）六聯攪拌機攪拌條件：第一段：加藥；第二段：絮凝攪拌 500轉/分攪拌10秒；第三段：絮凝攪拌 200轉/分，攪拌60秒；第四段：絮凝攪拌 50轉/分，攪拌30秒；第五段：沉淀。

（2）處理后水的余濁比較。為了驗證高純聚氯化鋁與普通聚氯化鋁的凈水絮凝效果，我們做了前期藥劑效果實驗，結果得出在投加量為20ppm時，絮凝效果最好。以這個投加量為基礎，對沉淀時間分別為5min、10min、20min、40min和100min的處理水進行了余濁做了比較試驗，實驗結果如圖1所示。

可以看出來，在相同條件下，高純聚氯化鋁處理后的余濁效果整體都要好于普通聚氯化鋁處理后的余濁效果，說明高純聚氯化鋁在飲用水處理絮凝效果方面好于普通聚氯化鋁。

（3）不同PH值原水的余濁比較。為了驗證原水pH值對凈水余濁的影響，對原水pH值分別調節為7、7.5、8.0、8.5，設定投加量均為15ppm，所對應的高純聚氯化鋁和普通聚氯化鋁混凝沉淀效果的余濁比較如圖2所示。

明顯可以看出，在PH為7-8之間時，高純聚氯化鋁的處理后余濁明顯要好于普通聚氯化鋁處理效果，PH當達到8時，其余濁相差不大。這說明了高純聚氯化鋁比普通聚氯化鋁對處理水方面對原水PH的適應性更廣，效果更好，余濁更低。

（4）處理后水中殘留鋁離子濃度比較。為了驗證高純聚氯化鋁與普通聚氯化鋁處理后對水中殘留鋁的影響，按照投加量均為20ppm， 沉淀時間分別為

5min、10min、20min、40min和100min所對應的處理水，其對應的各自殘留鋁離子濃度結果見圖3所示。

由圖3可以看出，試驗所處理的水樣中，殘留鋁離子濃度經高純聚氯化鋁處理結果在1mg/L-2.6mg/L之間，而普通聚氯化鋁處理結果在2.8mg/L-5.6 mg/L之間，總體要降低53%-64%的殘留鋁。因此，用高純聚氯化鋁替代常規聚氯化鋁，不僅混凝效果有提高，而且可以明顯降低處理水殘留鋁離子濃度，降低鋁離子超標的風險，提高飲用水的水質安全性。

（5）不同PH值原水的殘留鋁離子濃度比較。為了驗證原水pH值對處理后殘留鋁的影響，對原水pH值進行了調節，調節原水pH值分別為7、7.5、8.0、8.5、9，設定投加量均為15ppm，沉淀時間均為40min，對應的處理水殘留鋁試驗結果見圖4所示。

由圖4可以看出，無論原水pH值如何變化，經高純聚氯化鋁處理的水樣殘留鋁都要明顯低于常規聚氯化鋁的殘余鋁，降低效果可達到35%-64%，且隨著原水pH值的升高，高純聚氯化鋁的殘余鋁增加趨勢要小于普通聚氯化鋁。這又從另外一面說明高純聚氯化鋁的適用范圍優于普通聚氯化鋁，原水的PH影響對其處理后殘留鋁的含量影響較小。

3 結論

（1）本工藝用氫氧化鋁和高純鋁酸鈣作原料，最大優點是原材料重金屬的可控性，從源頭上杜絕了產品的重金屬超標風險。

（2）生產工藝較為簡單，無需加壓，質量穩定可控，產品無色透明，高純高鹽基度。

（3）高純聚氯化鋁用于實際飲用水處理方面效果明顯優于普通聚氯化鋁，具有用量少，使用范圍（PH值）更為廣泛等優點。

（4）高純聚氯化鋁的使用，可有效地解決國內出廠水殘留鋁偏高的難題，可避免大量鋁離子攝入而對人體的風險。

參考文獻：

[1]李潤生，金立新，李凱等.高鹽基度PAC降低飲用水中殘留鋁的研究[J].中國給水排水，2013，29（07）：52-55.

[2]晏永祥，陳夫山，欒兆坤等.高純聚合氯化鋁的制備及其影響因素[J].工業水處理，2007，2，27（02）：57-59.

作者簡介：劉永（1985-），男，本科，主要從事水處理藥劑方面的工作。