聚合氯化鋁鹽基度對殘余鋁的影響分析

劉 寶， 張格維

(連云港市自來水有限責任公司水質檢測中心，江蘇連云港222002)

聚合氯化鋁中氧化鋁的含量是影響混凝效果的因素，它決定了聚合鋁水解后溶液中氫氧化鋁的多少，鹽基度決定這張網的大小和致密程度。當氧化鋁含量一定時，聚合度會影響混凝劑的絮凝效果。聚合氯化鋁的鹽基度和水的pH會對處理效果產生很大的影響，同時經過混凝、沉淀后，混凝劑中的鋁仍有一部分殘留于水中，若殘留過量，會影響人體健康。因此，研究混凝劑混凝效果及殘留鋁的影響，對于指導聚合氯化鋁的使用，實現最佳的混凝效果尤為必要。

1 試驗部分

1.1 試驗試劑

液體聚合氯化鋁、氯化鋁標準溶液、Ferron比色液試劑。

1.2 試驗儀器

ZR4-6智能全自動混凝試驗攪拌機、HACH 2100P型濁度儀、pH酸度計、T6分光光度計。

1.3 燒杯攪拌試驗條件

混合階段轉速為400 r/min，時間為40 s；絮凝攪拌階段轉速為50～200 r/min，時間為7 min。沉淀5 min后測定濁度，沉淀30 min后測定殘余鋁。

1.4 試驗方法

采用鉻天青分光光度法測定水中殘留鋁，采用Ferron逐時絡合比色法檢測Ala(自由離子、單體及低聚形態)、Alb(中聚形態)、Alc(高聚形態及溶膠態)的分布。

2 試驗結果與分析

2.1 不同鹽基度PAC中Ala、Alb、Alc的含量

取0.5 mL液態聚合氯化鋁，鹽基度分別為4.5%，43%，69%和87%，對應的總鋁含量分別為0.100，0.1086，0.0796和0.0941 mg/L。用pH值為6.5的超純水稀釋到500 mL容量瓶中，盡快搖勻。吸取1.0 mL稀釋溶液，加入到盛有5.5 mL Ferron混合顯色液的25 mL比色管中，以不含鋁的試劑為參比，測定得到PAC中Ala、Alb、Alc的含量如表1所示。

表1 不同鹽基度PAC中鋁的形態分析(pH=6.5)Tab.1 Morphological analysis of aluminum in PAC with different basicities(pH=6.5)

可以發現，聚合氯化鋁中Ala的含量與鹽基度負相關，Alb+Alc的變化則相反。在相同的試驗條件下，采用pH值為8.0的超純水進行試驗，4個鹽基度下Ala所占百分比分別為79.6%，67.9%，50.5%和29.0%；Alb+Alc所占比例分別為20.4%，32.1%，49.5%和71%。pH值為8.5時各形態鋁含量及所占比例見表2。

表2 不同鹽基度的PAC中鋁的形態分布(pH=8.5)Tab.2 Morphological analysis of aluminum in PAC with different basicities(pH=8.5)

因此，聚合氯化鋁中鋁的形態分布受pH的影響明顯，在7.0～8.5內pH值越高Ala的含量越高，并且鹽基度越低越明顯。

2.2 PAC中鋁的形態分布與殘余鋁的關系

分別用pH值為8.0和8.5的實驗用水，將鹽基度分別為4.3%、43%、65%和85%的PAC配置成5 g/L的溶液，放置30 min。PAC投加量為60 mg/L，進行燒杯攪拌實驗，沉后水中殘余鋁含量見表3。

表3 沉后水中殘余鋁含量Tab.3 Concentration of residual aluminium after sedimentation mg·L-1

可以看出，混凝沉淀后水中殘留鋁與聚合氯化鋁的鹽基度有明顯的相關性，鹽基度越高殘留鋁越低。同時，殘留鋁受pH的影響較明顯，且鹽基度越小影響越明顯。因此，水廠選擇鹽基度較大的聚合氯化鋁，有助于控制水中殘余鋁。

2.3 PAC鹽基度的選擇

采用2個不同廠家生產的聚合氯化鋁進行試驗，以沉后水的殘余鋁和濁度為考察指標。按水廠內控標準，濾后水殘留鋁應該控制在0.15 mg/L以下，pH>8.6時控制在0.20 mg/L以下；PAC的鹽基度在65%～95%，原水pH>8.6時鹽基度在85%～95%。選取A廠家以下鹽基度的聚合氯化鋁進行試驗：1#，氧化鋁含量10.2%，鹽基度76%；2#，氧化鋁含量10.6%，鹽基度80%；3#，氧化鋁含量10.2%，鹽基度91%；4#，氧化鋁含量10.0%，鹽基度85%。不同混凝劑投加量下，沉后水的濁度和殘余鋁含量見圖1、圖2。

圖1 不同鹽基度PAC對濁度的去除效果Fig.1 Removal effect of turbidity by PAC with different basicities

選取B廠家以下鹽基度的聚合氯化鋁進行試驗：1#，氧化鋁含量10.0%，鹽基度65%；2#，氧化鋁含量10.6%，鹽基度79%；3#，氧化鋁含量10.4%，鹽基度82%。不同混凝劑投加量下，沉后水的濁度和殘余鋁含量見表4。

圖2 不同鹽基度PAC的殘余鋁含量Fig.2 Residual aluminium of PAC with different basicities

項目指標1#2#3#60 mg/LPAC 濁度/NTU1.851.481.71殘余鋁/(mg·L-1)0.410.290.2850 mg/LPAC濁度/NTU1.891.331.84殘余鋁/(mg·L-1)0.400.300.30

因此，對于鹽基度在76%～91%的固體聚合氯化鋁，投加量為40～60 mg/L時，混凝沉淀后的濁度和殘余鋁均隨鹽基度的升高而降低。鹽基度大于85%后，濁度降低明顯，但殘余鋁變化趨勢變緩。

3 結論

① 隨著鹽基度的增加，PAC中Ala的含量顯著下降，Alb+Alc的含量顯著上升。

② 沉后水中殘余鋁與PAC中Ala的含量有一定的相關性，Ala含量越高混凝沉淀后水中殘余鋁越高。

③ pH對PAC的鋁形態特別是Ala的影響明顯，也會影響沉后水殘余鋁的含量。

④ 鹽基度是聚鋁產品的重要指標之一，直接影響混凝、沉淀效果，建議選擇鹽基度大于85%的聚鋁混凝劑。