聚合鋁在發電廠水處理中的應用與研究

張小天

（淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232131）

聚合鋁在發電廠水處理中的應用與研究

張小天

（淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232131）

聚合鋁在發電廠水處理中的應用廣泛。為尋找聚合鋁的最佳使用條件，通過改變原水的pH值、溫度及聚合鋁的用量等來確定聚合鋁使用的最佳條件，通過測量水樣的剩余濁度和UV254確定混凝效果。試驗表明：聚合鋁在pH值為6左右時混凝效果最好且此時聚合鋁的最佳投藥量為9 mg·L-1左右，聚合鋁混凝的最佳水溫在25℃左右；聚合鋁混凝劑與結晶氯化鋁相比混凝效果更高，而且投藥量更少。

聚合鋁；絮凝特性；混凝機理；影響因素

0 引言

天然水體中常常含有許多懸浮物、膠體和有機物等雜質，它們在水中有一定的穩定性，也是造成水體混濁、有異味的主要原因。這些過多的雜質直接進入離子交換器，不僅會污染離子交換樹脂，降低了樹脂的工作交換容量，甚至會嚴重影響除鹽系統的出水水質[1]。同時，若水汽循環系統直接使用未經凈化處理的天然水，還會導致熱力設備的結垢、腐蝕以及過熱器和汽輪機積鹽。因此，在使用原水之前，必須對水經過一定的處理，才可以作為鍋爐的補給水。

爐外水處理通常分預處理和深度處理2個階段。預處理主要包括混凝處理、沉降、澄清和過濾處理，混凝處理作為水處理工藝流程的重要一步，用以除去水中的懸浮物、有機物和膠體，PAC（聚合鋁）具有投藥量少、適用范圍廣、操作容易等優點，是目前發電廠廣泛使用的高效混凝劑。

以下通過試驗來找出聚合鋁的最佳使用條件，試驗主要是從原水的pH值、溫度及混凝劑的用量、攪拌速度等4個方面來研究，從而找到聚合鋁混凝劑使用的最佳條件，并提出使用中的注意事項。

1 PAC混凝劑

PAC是聚合氯化鋁的簡稱，又名堿式氯化鋁或羥基氯化鋁。它是以鋁灰或含鋁礦物作為原料，采用酸溶或堿溶法加工制成。由于原料和生產工藝不同，產品規格也不一致[2-3]。其分子為[Al2（OH）nCl6-n]m，其中m為聚合度，單體為鋁的羥基配合物Al2（OH）nCl6-n，通常n=1～5，m≤10。PAC在投入水中前的制備階段即已發生水聚合，投入水中也有可能發生新的變化，但聚合物成分基本確定[4]。其成分主要決定于羥基OH與鋁Al的摩爾數之比，通常稱為堿化度。堿化度是PAC的一個重要指標，它對混凝劑的影響是：堿化度在30%以下時，混凝劑全部由小分子構成，混凝能力低；隨堿化度的升高，膠性增大，混凝能力升高。但堿化度過大時，溶液不穩定，會生成氫氧化物的沉淀物。目前生產的PAC的堿化度都控制在50%～83%。

PAC投入水中不再經過水解、羥基橋聯一系列過程，形成聚合陽離子，對水中膠粒起電性中和及聚合作用[5]。能比較理想的處理各種水質。

PAC能夠廣泛在發電廠中使用主要是由于有以下優點：與其他混凝劑相比投藥量少；形成絮凝物的速度快，而且密實易沉降；適用范圍廣，對低濁水、高濁水、低溫水及高色度水均有較好的效果；腐蝕性小，即是過量投加也不會使水質變差。

2 影響PAC混凝處理的主要因素

2.1 水的pH值

向天然水中投加聚合鋁混凝劑后，水解產生H+，中和水中堿度，水的pH值有所降低，所以加藥后的pH值將直接影響混凝效果。

水的pH值降到5.5以下時，氫氧化鋁呈堿性使水中Al3+含量增多；pH值高于7.5時，氫氧化鋁呈酸性，水中有偏鋁酸根出現，反應為：

鋁鹽除水中腐殖質時，最適宜pH值為5.5～6.5，此時水中腐殖質呈帶負電性的腐殖酸膠體，易于除去；pH值高時，腐殖質轉換成腐殖質鹽，去除率低。但當天然水中含有大量分子量較大的有機物（如腐殖質）時，它們會吸附在膠體表面上，起保護膠體的作用，使膠體不易聚集，使混凝效果變差，此時可以采用加氯或加臭氧破壞有機物的措施。

當5＜pH值＜8時，氫氧化鋁帶正電；當 5＜pH值時，因吸附Cl-而帶負電；當pH值在8附近時，以中性氫氧化物形式存在，因而最易沉淀下來。

2.2 混凝劑的用量

混凝劑劑量是影響混凝效果的重要因素。目前，混凝劑加藥量無法通過計算來確定。當混凝劑加入量不足時，出水中剩余濁度較大；當加入量過大時，由于水中的膠體顆粒吸附了過量的混凝劑，引起膠體顆粒電荷性改變，導致出水中的剩余濁度重新增加。

2.3 水溫

水溫明顯影響了混凝處理效果，低溫是水處理中的一個較難解決的問題。高價金屬鹽類的混凝劑，其水解反應是吸熱反應，水溫低時，混凝劑水解困難，當水溫低于5℃時，水解速率極其緩慢，形成的凝絮較疏松，含水量多，顆粒細小；水溫低時，水的黏度大，水的剪切力大，絮凝物不易長大，已長大的絮凝物也可能被水流切碎；水溫低時，膠體顆粒溶劑化作用增強，形成絮凝物的時間長，沉降速度慢。

3 試驗數據處理與分析

3.1 試驗水樣及測定

以淮河水為樣本，通過調節水的pH值、混凝劑的用量和水溫，從而分析出PAC的最佳使用條件和最佳用量。

為保證原水盡量相同，以發電廠原水池作為固定取水地。另外，每次進行試驗前都要將水桶蓋緊再搖勻，這是由于水體中的雜質會發生自由沉降。

取稱1 g PAC于燒壞中，加入適量蒸餾水溶解，將溶解后的溶液倒入規格為1 L的容量瓶內，加蒸餾水至容量瓶上的刻度線上，將瓶口蓋好，充分搖勻。

UV254數值（簡稱UV254）表示原水對波長為254 nm紫外光的吸收程度，具有快速簡便，無需消耗化學藥劑，可實現實時在線監測等許多優點，所以現在很多研究都以此作為水中溶解性有機污染物的污染指標[6]。

3.2 原水pH值的影響

pH值是原水的重要指標，也是混凝的重要影響因素。利用控制變量法，通過調節原水pH值，利用濁度儀和紫外分光光度計，測出水樣的剩余濁度及UV254。試驗數據記錄在表1中，依據表1繪制出水樣不同pH值對混凝的影響，如圖1、圖2所示。

表1 不同pH值條件下水樣的剩余濁度及UV254

圖1 pH值與剩余濁度之間的關系

圖2 pH值與UV254之間的關系

由圖1可知，不同pH值對水樣中的剩余濁度有明顯的影響。當PAC投藥量控制在15 mg·L-1時，隨著pH值由2增加到12，水的剩余濁度是先下降后上升，并且當pH值為6時，水的剩余濁度最低，表明在pH值為6時去除懸浮物、膠體的效果最好。當水樣pH值為12強堿性時，雜質的去除率很低，此時水樣剩余濁度為3.0，而對于pH值為2時，雖然混凝效果沒有pH值為6好，但仍優于pH值為12時的效果。因此，可以得出在酸性條件下的混凝效果比在堿性條件下更好的結論。

由圖2可知，pH值對UV254有明顯的影響，即對去除水樣中的有機物有明顯的影響。UV254是表征有機物含量的參數，UV254數值越大表明水中的有機物含量越多。當PAC投藥量為15 mg/L時，UV254隨著pH值的增大先降低后升高，且當pH值為6時，水樣中的有機物含量最少，這表明pH值為6時去除有機物的效果最好。同樣，若水樣顯強酸或者強堿性，此時有機物的去除率較低。

總之，通過這2組試驗可以得到當pH值為6時，無論是去除水中的懸浮物、膠體，還是有機物混凝效果都是最好的，即pH值為6是PAC混凝的最佳pH值。

盡管水的pH值對混凝處理效果影響較大，但在天然水體的混凝處理中，卻很少有投加堿性藥劑或酸性藥劑調節pH值的。這一方面是因為天然水體比較接近最優pH值，另一方面水中投加了堿性或酸性物質以后又增加了其他物質的含量，給后續處理帶來一些不必要的麻煩。并且，pH值對高分子混凝劑的混凝效果影響比較小。在投入水中前PAC的聚合物形態已經確定，所以PAC更能適應水的pH值變化。只有當天然水體受到某種嚴重污染時，才對水的pH值進行調節。

3.3 混凝劑用量的影響

試驗利用控制變量法，通過調節PAC投加量，利用濁度儀和紫外分光光度計，測出水樣的剩余濁度及UV254。

試驗數據記錄在表2中，依據表2繪制出PAC投加量對混凝影響，如圖3與4所示。

表2 不同PAC投加量下水樣的剩余濁度及UV254

圖3 PAC投加量與剩余濁度之間的關系

由圖3可知，PAC投加量對水樣剩余濁度有明顯的影響。當原水pH值控制在6時，不投加PAC水的剩余濁度為10.8NTU，比原水濁度小。這是由于水中的懸浮物會發生重力沉降使水的濁度降低；水樣的剩余濁度隨著PAC投加量的增加先降低后增加，當PAC投加量為9 mg/L時，水的剩余濁度為0.0 NTU，此時水樣濁度最低，混凝效果最好。

圖4 PAC投加量與UV254之間的關系

表3 不同水溫下水樣的剩余濁度及UV254

圖5 水溫與剩余濁度之間的關系

圖6 水溫與UV254之間的關系

當投加量低于9 mg/L，由于混凝劑量不足，水中仍有部分雜質未發生絮凝，導致出水濁度大；當投加量超過9 mg/L時，水的剩余濁度反而增加，這是由于膠體吸附了過量的混凝劑水解中間產物，引起膠體顆粒發生再穩的現象，水樣濁度又重新增加[6-7]。

由圖4可知，PAC投加量對UV254有明顯的影響。當原水pH值為6時，UV254隨著PAC投加量的增大先降低后升高，且當9 mg/L時，水樣中的有機物含量最少，這表明PAC投加量為9 mg/L時去除有機物的效果最好，整體趨勢與圖3類似。

總之，通過這兩組試驗可以看出，當原水pH值為6時，水的剩余濁度最低，UV254的含量也是最低。這表明PAC投加量為9 mg/L時，無論是去除水樣中有機物還是懸浮物和膠體，混凝效果都是最好的。

混凝劑最佳投加量是指能夠達到并滿足既定水質目標要求的最小混凝劑投加量，當投藥量未達到最佳投藥量時，出水剩余濁度較大；當投藥量超過最佳投藥量時，不僅出水水質差一些，還增加了投藥量，增加了成本。因此，確定混凝劑的投藥量很有必要。需要注意的是，不同的原水水質混凝劑的最佳投藥量是不同的，需要根據具體的原水水質來確定混凝劑的最佳投藥量。

3.4 水溫不同的影響

試驗利用控制變量法，通過調節水溫，利用濁度儀和紫外分光光度計，測出水樣的剩余濁度及UV254。

試驗數據記錄在表3中，依據表3繪制出PAC投加量對混凝影響，如圖5與6所示。

由圖5可知，水溫對水的剩余濁度有一定的影響。試驗控制原水的pH值均為6，PAC的投藥量為9 mg/L。當溫度由10℃上升到20℃時，水樣的剩余濁度更低，說明20℃時PAC混凝的效果比在10℃的效果要好。而且觀察燒杯中的絮凝物可以發現，20℃條件下絮凝物形成速度更快，更加密實而且絮凝物更多。在靜置時，20℃條件下絮凝物沉降速度更快。比較20℃和25℃條件下，雖然對比沒有那么明顯，但還是25℃條件下PAC混凝效果更好。

由圖6可知，水溫對水中有機物處理有一定的影響。試驗控制原水的pH值均為6，聚合鋁的投藥量為9 mg/L。當溫度由10℃上升到20℃時，UV254數值相差明顯，說明20℃時混凝處理有機物的效果比在10℃的效果要好的多。20℃和25℃條件下，雖然對比沒有那么明顯，但還是25℃條件下混凝效果好些，即對水進行混凝處理的最優水溫為25℃。

在實際應用中，為了降低水溫對混凝的影響效果，常用的方法是增加混凝劑投加量和投加高分子助凝劑。常用的助凝劑是活化硅酸，對膠體起吸附聚集作用。可以提高絮凝體密度和強度，節省混凝劑用量。

4 結論

通過改變水樣pH值、PAC混凝劑投加量、水溫以及PAC與結晶氯化鋁對比試驗進行比較，可以得到結論如下：

（1）PAC對各種pH值的水樣都有一定的雜質去除率，當pH值為6左右時，去除原水中的雜質效果最好，若原水pH值較小或較大，可以通過向原水中投加堿性物質或酸性物質來改變原水的pH值。

（2）當調節原水pH值6左右時，PAC的最佳投藥量大約為9 mg/L。

（3）在水溫為25℃左右時，PAC混凝的效果最好。

（4）PAC比結晶氯化鋁混凝效果好，而且用量更省。

[1]嚴煦世，范瑾初.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版杜，2008.

[2]張衛飛.聚合氯化鋁中Al（Ⅲ）的形態分布影響因素及混凝性能研究[D].浙江：浙江大學環境與資源學院，2003.

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[5]董申偉.無機高分子聚合鋁混凝劑的研制及其在水處理中的應用研究[D].山東：暨南大學，2009.

[6]唐婉瑩.聚合氯化鋁絮凝機理探討[J].南京理工大學學報，1997，21（4）∶325-328.

[7]李鳳亭，何艷，潘宏杰，等.聚合氯化鋁混凝性能的影響因素研究[J].工業水處理，2008，28（10）∶40-43.

[8]王萬林.我國復合型無機高分子絮凝劑的研究及應用進展[J].工業水處理，2008，28（4）∶1-6.

（本文編輯：陸 瑩）

Application and Research on Polyaluminum Chloride in Water Treatment of Power Plant

ZHANG Xiaotian
（Fengtai Power Generation Branch of Huai Zhejiang Coal-fired Power Generation Co.，Ltd.，Huainan Anhui 232131，China）

Polyaluminum chloride is widely used for water treatment in power plant.To find out the best service condition，pH value，temperature and dosage of raw water are changed.By measuring residual turbidity of water samples and UV254，coagulation effect is determined.The test shows that when pH value is 6 coagulation effect becomes optimal，he most appropriate dosage of polyaluminum chloride is 9 mg/L-1and the most suitable water temperature for polyaluminum chloride coagulation is about 25 Celsius degrees.Compared with crystalline aluminum chlorate，polyaluminum chloride coagulant is more effective and less dose-consuming.

polyaluminum chloride；flocculation characteristic；coagulation mechanism；influencing factor

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0069-05

2015-09-17

張小天（1992），男，從事發電廠化學專業技術工作。