自來水中殘余鋁的影響因素研究

【摘要】本文通過自來水中鋁去除的一系列實驗，研究了原水pH值、混凝劑的投加量及濾料的選擇對自來水殘余鋁的影響。實驗結果表明，當原水溫度為20C°時，調節原水pH值為7.33左右時對降低自來水殘余鋁的濃度最有利。調節絮凝劑的投加量及濾料的種類也可以降低自來水殘余鋁的濃度。

【關鍵詞】自來水；殘余鋁；聚氯化鋁；混凝

引言

鋁是人類生活中最為常見的金屬之一。過量攝入鋁會引發老年性癡呆癥、腎衰竭、心血管疾病等，對人體機能可能會產生不利的影響。鋁的毒性效應是與其形態密不可分的，不同形態的殘余鋁具有不同的毒性效應，其中尤其以溶解性單體鋁的毒性最大[1][2][3]。世界衛生組織 （ WHO ） 及西方發達國家頒布了凈水中總殘余鋁濃度指標，我國《生活飲用水衛生標準》（ GB5749—2006）中也明確規定，水中總殘余鋁濃度不高于0.2mg/L。

自來水中鋁的存在除了水源中自然存在的鋁組分外，在水處理過程中諸如硫酸鋁、聚氯化鋁（PAC）等鋁鹽混凝劑的廣泛使用也會造成自來水中鋁含量的升高[4][5]。由于我國自來水凈化主要采用鋁鹽混凝劑，自來水殘余鋁的控制顯得尤為重要。本研究針對自來水使用國內最常用的聚氯化鋁混凝劑的情況，研究不同因素對混凝劑投加后殘余鋁的影響情況，探討對自來水殘余鋁的控制技術，以期對國內自來水處理提供切實可行的技術方案。

1、實驗部分

1.1儀器和藥劑

本實驗所用主要儀器有DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司），DF-101集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市科瑞儀器有限公司），LT502精密電子天平（常熟市天量儀器有限責任公司），ZR4-6混凝實驗攪拌儀（深圳市中潤水工業技術發展有限公司），pHS-3C型精密pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司），HACH便攜式濁度儀（美國哈希公司），TU-1901紫外可見光分光光度計（北京普析通用儀器責任有限公司）等。

本實驗所用的主要藥劑有商品聚氯化鋁、分析純鉻天青S、分析純CPB、分析純OP、鋁標準溶液、優級純鹽酸等。

1.2實驗水樣

本實驗水樣采用成都市某河流天然水，水溫約20℃，濁度約35NTU，pH7.84，鋁背景值0.15mg/L。

1.3實驗方法

本實驗均采用燒杯混凝實驗進行，共分三個階段。第一階段保持水樣溫度、濁度不變，通過0.1mol/L優級純稀鹽酸精密調節水樣pH，投加同等量的聚氯化鋁（以Al計，下同）進行實驗，考察pH的變化對殘余鋁的影響。第二階段保持水樣的所有原水參數不變，改變聚氯化鋁的投加量，考察投加量的變化對殘余鋁的影響。第三階段保持所有原水參數及聚氯化鋁的投加量不變，考察濾膜孔徑的變化對殘余鋁的影響。

混凝實驗按《生活飲用水用聚氯化鋁》GB 15892-2009附錄A進行，殘余鋁鋁采用《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標 鋁 鉻天青S分光光度法》GB/T5750.6-2006測定，濁度的測量采用哈希便攜式濁度儀直接測定。

2、結果與討論

2.1實驗結果

2.1.1pH變化的實驗結果

《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006要求飲用水pH值不小于6.5，不大于8.5。考慮到投加PAC后，水的pH值會略有降低，本實驗考察了原水pH從7.0～8.8范圍內變化，濁度、水溫保持不變，PAC投加量保持1.0mg/L（以Al計）的殘余鋁變化情況。

以試驗后水樣的殘余鋁濃度為縱坐標，以pH為橫坐標，繪制不同pH對殘余鋁的影響趨勢圖。從表1和圖1可以看出，水中的殘余鋁隨原水的pH值升高先降低而后增加，殘余鋁的數據出現高-低-高的規律，在原水pH值為7.33左右時達到最低。在原水pH值小于7.33時，殘余鋁濃度隨pH值降低而增加的速度較快，在原水pH值大于7.33時，殘余鋁濃度隨pH值升高而增加的速度較慢。

2.1.2混凝劑投加量變化的實驗結果

保持原水所有參數不變，過濾采用孔徑45μm濾膜，通過改變聚氯化鋁的投加量（以Al計），考察其濾前水余濁度、濾后水余濁度及濾后水殘余鋁變化情況。試驗結果見表2。

以試驗后水樣的殘余鋁濃度為縱坐標，以PAC投加量為橫坐標，繪制不同投加量對殘余鋁的影響趨勢圖。從試驗現象看，從2號實驗杯開始出現絮體，但絮體小而細密。從2號實驗杯開始，隨著混凝劑投加量的增大，絮體越來越多，體積也越來越大。到7號實驗杯以后，實驗杯表面有少量絮體上浮現象。從試驗數據看，在投加混凝劑后，處理后水樣的殘余鋁均有不同程度增大，殘余鋁的數據出現高-低-高的規律。其中，5號實驗杯的殘余鋁數值最低，此時的混凝劑投加量為1.2mg/L。濾前水、濾后水的濁度也遵循高-低-高的規律，但其最低值出現在7號實驗杯，此時的混凝劑投加量為1.6mg/L。

2.1.3濾膜孔徑變化的實驗結果

由于常規砂濾池的截留能力與孔徑為45μm的濾膜基本相當，本實驗著重考察濾膜孔徑為45μm和低于45μm的情況（孔徑增大，濾后水濁度不能滿足自來水出廠要求）。保持原水參數不變，改變濾膜孔徑和混凝劑的投加量，考察濾膜孔徑對殘余鋁的影響。試驗結果見表3。

從試驗數據看，孔徑為22μm的濾膜過濾后水樣的殘余鋁都明顯低于孔徑為45μm的濾膜。濾后水殘余鋁同樣遵循高-低-高的規律。濾后水濁度的最小值同樣出現在7號實驗杯。

2.2討論與分析

2.2.1pH變化對殘余鋁的影響

從表1和圖1可以看出，在原水pH值為7.33左右時，處理后水樣的殘余鋁達到最低值，說明為了盡量降低自來水的殘余鋁濃度，控制原水的pH值為7.33左右最合適。

2.2.2混凝劑投加量變化對殘余鋁的影響

對于隨著混凝劑投加量變化殘余鋁呈現出高-低-高的規律，可以用混凝劑的混凝特性來解釋。對于低溫低濁原水，當混凝劑PAC投加量較少時，混凝效果不顯著，礬花顆粒較小且不密實，沉降性能較差，礬花懸浮在液體中的數量較多，導致殘余鋁含量相對較高；隨著PAC投加量的增加，混凝形成的礬花大且密實，更容易沉降，殘余鋁也隨之降低；當PAC用量進一步增大時，PAC會出現參與混凝作用不完全的情況，此時，部分PAC會以溶解態的形式存在于水樣中，造成殘余鋁的升高。從5號實驗杯開始，殘余鋁隨著混凝劑投加量的增大而增大，這一實驗正好驗證了上述推理。

從表2還可以看出，殘余鋁出現最低值與濾前水濁度出現最低值的時間并不一致，而是稍微提前，即殘余鋁出現最低值時混凝劑的投加量應比混凝效果出現最佳值時略小。這說明自來水廠從殘余鋁的控制的角度來說，不能以混凝效果最佳點來確定混凝劑的投加量，而應根據殘余鋁出現最低值的最佳點來確定混凝劑的投加量。

2.2.3濾膜孔徑變化對殘余鋁的影響

實驗結果中，殘余鋁同樣呈現出高-低-高的規律。但從實驗結果可以明顯看出，經孔徑22μm的濾膜過濾后水樣的殘余鋁濃度明顯低于經孔徑45μm的濾膜過濾后的水樣。這說明在鋁鹽混凝劑混凝的過程中，既有因鋁鹽混凝劑的水解產生大量氫氧化物的過程，同時也有實現膠體脫穩、“吸附架橋”增大絮體顆粒的過程。隨著混凝劑投加量的增大，后一過程逐漸占據優勢，但當投加量太大時又會出現反作用。總體來說，減小濾膜孔徑均能有效降低殘余鋁濃度，自來水廠可通過減小濾料的孔徑來達到降低殘余鋁濃度的目的。

3結論和建議

（1）水中的殘余鋁濃度隨原水的pH值升高表現出高-低-高的規律，在原水pH值為7.33左右時達到最低值。為了盡量降低自來水的殘余鋁濃度，自來水廠控制原水的pH值為7.33左右是合適的。

（2）隨著混凝劑投加量逐漸增大，殘余鋁呈現出高-低-高的變化規律，混凝劑的最佳投加量為1.2mg/L（以鋁計）。同時，殘余鋁出現最低值時混凝劑的投加量比混凝效果出現最佳值時略小。自來水廠應根據實際情況同時考慮除濁效果和對殘余鋁的影響來確定混凝劑的投加量。

（3）在其它條件不變的情況下，減小濾膜孔徑均能有效降低殘余鋁濃度，自來水廠可通過減小濾料的孔徑來達到降低殘余鋁濃度的目的。

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