水廠出水殘余鋁控制及藥劑選型研究與應用

摘要：某水務企業使用黃河水作為水源，進入4月后，隨著氣溫和進水pH值的升高，出水鋁含量達到臨界值（0.19 mg/L），面臨超標風險。藥劑供貨商與客戶一起對水廠進水、工藝和使用的藥劑進行分析，確定技術方案。總體來說，應調節進水pH值，更換藥劑，調整藥劑配方，在水廠實驗室開展各種藥劑配方調整試驗。試驗成功后，技術方案在水廠應用，根據試用結果，確認哪種方式可以降低出水鋁含量，保證水質達標。

關鍵詞：水廠出水；殘余鋁控制；藥劑選型

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0477

residual aluminum control and Reagent selection Research and application in water plant effluent

HE Zhenxin

（Ningxia Shuitou Qingshuiyuan Water Treatment Technology Co.， Ltd.， Yinchuan 750411， China）

Abstract： A certain water company uses Yellow River water as its water source， after entering April， with the increase of temperature and inlet pH value， the aluminum content in the effluent reaches the critical value （0.19 mg/L）， facing the risk of exceeding the standard. The pharmaceutical supplier and the customer work together to analyze the inflow， process， and chemicals used in the water plant， and determine the technical solution. Overall， it is necessary to adjust the pH value of the influent， replace the reagents， adjust the reagent formula， and conduct various reagent formula adjustment experiments in the water plant laboratory. After the successful experiment， the technical solution will be applied in the water plant， based on the trial results， it will be confirmed which method can reduce the aluminum content in the effluent and ensure that the water quality meets the standards.

Keywords： water plant effluent; residual aluminum control; reagent selection

由于地下水資源緊張，目前，自來水廠多使用地表水作為水源，水庫作為中轉。某水務企業使用黃河水作為水源，4月以后，水廠進水pH值逐漸增高，出水鋁含量也逐漸增加，從原來的0.12 mg/L增加到0.19 mg/L，超標風險上升。該水務企業緊急啟動應急預案，邀請藥劑供貨商及水廠技術人員到現場會診，確定解決方案。

1 水廠概況

水廠一期建設于2010年，設計處理規模為40萬t/d，水源為黃河，建設有1座水庫，容積為4 000萬m3左右。工藝流程為折板絮凝+平流沉淀池+V形濾池。水廠使用聚合氯化鋁作為混凝劑，藥劑鋁含量為10.5%，鹽基度為70%左右，消毒使用濃度5%的次氯酸鈉溶液。近幾年，水廠運行平穩，未出現過類似情況。

2 原因分析

如表1所示，經進水水質分析，相比2023年同期，2024年1—4月水廠只有進水pH值和水溫偏高，其他進水指標相差不大，如濁度、氨氮濃度、化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和溶解氧濃度。檢測結果顯示，出水鋁含量已經增加到0.18 mg/L。

經分析，進水pH值升高到8.5時，使用聚合氯化鋁，部分鋁元素溶解在水中，溶解鋁無法隨絮體沉淀，也無法被濾池攔截，導致出水鋁含量超標[1]。進水pH值高于8.2時，單獨投加聚合氯化鋁容易導致鋁含量增加。聚合氯化鋁的鹽基度會影響出水鋁含量，根據《生活飲用水用聚氯化鋁》（GB 15892—2020），聚合氯化鋁的鹽基度為40%～90%，進水pH值較高時，選用高鹽基度（85%以上）的聚合氯化鋁可以有效降低出水鋁含量[2]。經分析，水廠可以通過降低進水pH值、更換鋁鐵鹽、鐵鹽或高鹽基度聚合氯化鋁的方法來降低出水鋁含量[3]。水廠通過現場試驗分析不同方法對出水鋁含量的影響，根據最終結果確認哪種方法效果最優，為后續運行和處理提供參考。

3 試驗方案

經討論，雙方擬定試驗方案，并在水廠實驗室通過燒杯試驗驗證實際效果。

3.1 降低進水pH值

通過在配水井投加酸性溶液，將進水pH值控制在8.2以下，聚合氯化鋁投加量不變，驗證降低pH值后出水鋁含量的變化。燒杯試驗結果顯示，降低原水pH值后，其他影響因素不變，出水鋁含量從0.25 mg/L降到0.16 mg/L。

3.2 更換為鋁鐵鹽復合藥劑

一是使用聚合氯化鋁鐵替換聚合氯化鋁，觀察出水鋁含量。二是使用聚合氯化鋁鐵與三氯化鐵復配藥劑替換聚合氯化鋁，觀察出水鋁含量。水樣取自配水井，濁度為10.1 NTU，pH值為8.37，水溫為15 ℃，投加聚合氯化鋁鐵溶液（濃度1%），水廠混凝沉淀燒杯試驗結果如表2所示；投加聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵混合液（復配比例1∶1，濃度1%），水廠混凝沉淀燒杯試驗結果如表3所示。水樣取自配水井，濁度為19.9 NTU，pH值為8.42，水溫為15 ℃，色度小于5，投加聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵混合液（復配比例2∶1，濃度1%），水廠混凝沉淀燒杯試驗結果如表4所示。數據顯示，單獨使用聚合氯化鋁鐵，出水鋁含量高于0.2 mg/L，不滿足要求，而使用聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵復合藥劑，可以將出水鋁含量降到0.2 mg/L以下，復配比例2∶1的效果比1∶1的效果好。

3.3 更換為鐵鹽

使用三氯化鐵作為絮凝劑，觀察出水鋁含量。水樣取自配水井，濁度為7.01 NTU，pH值為8.44，水溫為15 ℃，單獨投加三氯化鐵溶液（濃度1%），水廠混凝沉淀燒杯試驗結果如表5所示。從數據來看，單獨使用三氯化鐵可以滿足濁度、鋁含量和色度等指標的要求。

3.4 更換為高鹽基度聚合氯化鋁

聚合氯化鋁產品的鋁含量為10.26%，鹽基度為84.98%。聚合氯化鋁鹽基度大于82%時，聚合度高，溶解在水中的鋁元素可以被有效吸附，出水鋁含量降低。水樣取自配水井，濁度為8.69 NTU，pH值為8.42，水溫為15 ℃時，投加聚合氯化鋁溶液（濃度1%），水廠混凝沉淀試驗結果如表6所示。數據顯示，使用水廠原水，濁度為8.69 NTU，pH值為8.42，使用聚合氯化鋁溶液（濃度1%），投加量為8、10、12、14、16、18 mg/L時，出水濁度分別為1.59、1.43、1.18、1.10、0.78、1.06 NTU。經檢測，投加量分別為14、16 mg/L時，出水鋁含量分別為0.12、0.12 mg/L。從數據來看，使用高鹽基度聚合氯化鋁可以滿足濁度和鋁含量等指標的要求。

4 試驗過程

4.1 降低進水pH值試驗

水廠進水加酸調節pH值，其他投加藥劑不變，開展試驗。第1天進水量為3 980 m3/h，進水pH值為8.44，水溫為15 ℃。第2天進水量為3 990 m3/h，進水pH值為8.32，水溫為15 ℃。第1天1號沉淀池加酸后，絮凝池pH值為8.15，沉淀池出水鋁含量為0.19 mg/L；2號沉淀池未加酸，絮凝池pH值為8.32，沉淀池出水鋁含量為0.23 mg/L。第2天1號沉淀池加酸后，絮凝池pH值為8.1，沉淀池出水鋁含量為0.17 mg/L；2號沉淀池未加酸，絮凝池pH值為8.21，沉淀池出水鋁含量為0.23 mg/L。

4.2 水廠鋁鐵復合鹽試驗

水廠在加藥間使用復配混凝劑開展試驗，復配混凝劑由聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵配制而成，復配比例為1∶1，在加藥間投加池直接配制并投加，加藥量約為18 mg/L，出水鋁含量較為穩定，基本控制在0.17 mg/L以下。第3天調整加藥比例，三氯化鐵與聚合氯化鋁的復配比例調整為2∶1，稀釋后投加，加藥量約為18 mg/L。送水泵房出水鋁含量為0.18 mg/L。

第5天調整加藥比例，三氯化鐵與聚合氯化鋁鐵的復配比例調整為3∶1，加藥量約為18 mg/L，出水鋁含量為0.16 mg/L。

4.3 全部使用鐵鹽

水廠直接將三氯化鐵原液稀釋后投加，三氯化鐵與水的復配比例為1∶4，在投加池持續投加2 d，加藥量約為18 mg/L。送水泵房出水鋁含量為0.10 mg/L。

底部沉淀明顯為紅褐色，鐵鹽可能腐蝕設備，后續投加鋁鹽和鐵鹽。

4.4 換用高鹽基度聚合氯化鋁

水廠換用高鹽基度聚合氯化鋁，鋁含量為10.58%，鹽基度為83.46%。使用高鹽基度聚合氯化鋁，1個月內，出水鋁含量基本穩定在0.10～0.13 mg/L。

5 結論

試驗結果表明，水廠進水pH值或其他原因導致出水鋁含量升高而接近限值時，降低進水pH可以降低出水鋁含量，如果水廠沒有加酸設備，可以采用應急投加的方法，但會增加藥劑使用成本。使用鋁鹽和鐵鹽復配的方式也可以降低出水鋁含量，其間需要降低鋁鹽投加量，增加鐵鹽投加量，但是每日需要現配現用，聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵短期可以相互混合，長時間后二者會發生聚合反應，導致大量氫氧化鐵溶膠生成，必須立即用水稀釋，才可降低溶膠反應的發生速率，稀釋后的溶液需要在12 h內投加完畢，此方法適用于現場藥劑儲罐較多的水廠，聚合氯化鋁鐵和三氯化鐵分開儲存。可以直接使用三氯化鐵全部替代聚合氯化鋁，鐵鹽不含鋁離子，不會導致出水鋁含量超標，經檢測，出水鐵含量和色度也完全符合生活飲用水的標準要求，但是三氯化鐵酸性較強，腐蝕性較大，水廠設備大部分使用碳鋼，鐵離子會對水廠設備造成腐蝕，所以它不宜長期使用，可以作為應急藥劑。使用高鹽基度聚合氯化鋁直接替代水廠常用的聚合氯化鋁，進水pH值變化時，出水鋁含量仍然可以控制在0.13 mg/L以下，水廠設備不會被腐蝕，使用成本也不會增加。綜合來看，水廠進水pH值較高，使用常規的聚合氯化鋁無法控制出水鋁含量時，可以通過調節進水pH值、更換為鋁鐵鹽復合藥劑、更換為鐵鹽、更換為高鹽基度聚合氯化鋁等方法降低出水鋁含量，保證出水水質合格，但考慮加藥方便程度和防止設備腐蝕，水廠使用高鹽基度聚合氯化鋁，性價比最高。

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（7）：52-55.

2 狄春華，施學峰.高鹽基度聚氯化鋁對控制飲用水中鋁的應用[J].凈水技術，2021（5）：69-74.

3 趙愛俊.聚氯化鋁鹽基度對原水混凝效果及殘留鋁的影響[J].山西化工，2022（1）：17-18.

作者簡介：何振鑫（1989—），男，河南周口人，工程師。研究方向：水處理。