對聚合氯化鋁混凝性能的影響因素研究

俸永山

【摘 要】聚合氯化鋁是自來水公司用來凈化水質的常用混凝劑。自來水凈化的絮凝沉降是自來水凈化工藝的關鍵流程，其處理結果會直接影響到后續的凈化工藝。研究顯示，聚合氯化鋁的混凝性能會受到聚合物種類及很多外界因素的影響，本文就對PH、水中的單寧酸、磁場、溫度等外界因素對氯化鋁混凝性能的影響進行分析研究，總結對聚合氯化鋁混凝性能的影響因素，以不斷優化氯化鋁的凈化水質性能，提高自來水的凈化效率。

【關鍵詞】聚合氯化鋁；混凝；自來水

0 前言

聚合氯化鋁簡稱PAC，是自來水廠最常用的絮凝劑，它與傳統的無機混凝劑不同，是介于AlCl3和Al（OH）3之間的一種水溶性無機高分子聚合物，顏色呈紅褐色或淡黃色。而它與無機混凝劑本質的區別則在于，它是由絡合物構成的形態多變的結構，所以它的沉降能力更強，沉降速度快，本文就研究了影響聚合氯化鋁混凝性能的因素，以通過優化外界環境因素來提高其混凝效果。

1 聚合氯化鋁的結構特征

聚合氯化鋁是一種高效的無機混凝劑，但是與傳統的無機混凝劑相比，又有其特別之處，它是一種介于AlCl3和Al（OH）3之間的高分子絡合物。聚合氯化鋁是由單體氯化鋁聚合而成，從氯化鋁的水溶液來看，當溶液中PH值偏高時，會形成堿式鹽，這種結構很復雜，為多核聚合體，而目前對于這種多核體的性質和結構也存在著很大的爭議。目前比較有說服力的主要有“gibbsite fragment”模型和Al13聚陽離子模型。“gibbsite fragment”模型認為多合體的基本結構單位是并列八面體鋁離子組成的六邊環，且環上帶有羥基，在水解狀態下，這些六邊環可以聚合，形成固體結晶。而Al13聚陽離子模型是在核磁共振實驗和X射線衍射實驗的鑒定下推出的。該模型認為鋁溶液中只集中存在單體及二聚體、Al13O4（OH）247+（Al13）及更高聚物等幾類形態。而在這種模型中，Al13陽離子發揮了關鍵的作用[1]。

2 PH對聚氯化鋁混凝性能的影響

一般來講，PH值會對膠體的混凝吸附作用產生很大的影響，因為PH的變化會直接影響膠體表面的凈電荷，直接影響膠體的性能。所以，確定最佳PH值，通過調節PH值可以一定程度上節約藥劑，使投加較少的聚合氯化鋁就能達到很好的絮凝效果。對此，我們做了相關的實驗。實驗中，PH值和藥劑的投加量設為兩個自變量，以絮凝后濁度為因變量，間接反映藥劑的混凝性能。根據結果圖繪制曲線，我們發現隨著藥劑投加量的增加，水濁度逐漸下降，而不同PH值的水樣，水濁度隨藥劑投加量的變化情況不同。在原水濁度較高時，在中性PH的范圍內，PH與水濁度呈負相關，所以說，在原水濁度較高時，中性PH的范圍內，PH越高聚合氯化鋁的混凝性能越好。

3 水中單寧酸對聚氯化鋁混凝性能的影響

單寧酸是一種復雜的有機化合物，屬于多酚類。單寧酸的質量與天然水體中的有機化合物的質量基本接近，其單寧酸也是水體中有機物中比較常見的一種，用單寧酸做實驗來說明水體中有機物對聚合氯化鋁混凝性能的影響結果比較有說服力。

3.1 單寧濃度對混凝性能的影響

在實驗中我們以單寧酸的投加量作為自變量，分別測定不同單寧酸投量下的處理后水濁度、Zeta電位、DOC、殘余鋁含量等指標。通過實驗結果可以看出，隨著單寧酸投加量的增加，處理后的水濁度逐漸增大，Zeta電位逐漸降低，DOC逐漸增大且殘余鋁的含量逐漸增大。說明了水中有機物的濃度越高，聚合氯化鋁混凝性能越差，凈化水質的效果越差。而Zeta電位的降低主要是因為大量的化合物聚集在膠體的表面，改變了膠粒原有的帶電特性，使得Zeta電位降低[2]，表面帶有更多的負電荷，使得膠體的結構更加穩定，所以其混凝性能變差。由此可見，水體中的單寧酸含量越高，聚合氯化鋁的混凝性能越差，由此推知，水中有機物的含量越高，聚合氯化鋁的混凝性能越差，其凈化水質的效果越不好。

3.2 單寧對絮狀體形態的影響

在電鏡下對比發現，原水中含有單寧酸與否，混凝所形成絮狀體的形態有明顯的不同。當原水中不含單寧酸時，聚合氯化鋁形成的絮狀體結構松散易碎，穩定性不強，且絮狀體與絮狀體之間沒有緊密的結合。若原水中含有單寧酸，且水中的聚合氯化鋁投加量較少時，單寧酸會聚集在膠體體的表面，使Zeta電位降低，絮狀體表面有較多的凈剩負電荷，改變了膠粒的電荷特征，不易形成絮狀體，或形成的絮狀體結構格外松散，混凝性能差。而如果水中投加的聚合氯化鋁達到一定量時，就會增加膠體顆粒之間的碰撞概率，就會形成一定粒徑的絮狀體。而單寧酸在其中起到了吸附架橋的作用。但是水中不含單寧酸與水中含單寧酸并加大聚合氯化鋁的投量時形成的絮狀體的結構也存在著差異。水中不含單寧酸時形成的絮狀體顆粒較大，且呈不規則的性狀，絮狀體表明凹凸不平；而水中有單寧酸時形成的絮狀體粒徑較小，且顆粒性狀規則，導致了二者的混凝性能有所差異。

4 磁場對聚氯化鋁混凝性能的影響

眾所周知，磁場會對很多物質的物理化學性質產生影響。有研究顯示，水的活性也一定程度上受到磁場的影響，磁場主要是通過影響氫鍵的形成來影響水的活性。實驗通過對比磁化水和非磁化水的聚合氯化鋁處理效果、不同磁化時間的水用聚合氯化鋁的處理效果來分析磁場對聚合氯化鋁混凝性能的影響。實驗結果顯示，在投藥量相同的情況下，磁化水中聚合氯化鋁的混凝性能要好于非磁化水。且在一定的藥劑投加量下，聚合氯化鋁的混凝效果先隨著時間的延長而下降，而后又上升。所以，說明了磁化可以提高出水水質，還可以減少聚合氯化鋁的投加量。

5 溫度對聚氯化鋁混凝效果的影響

溫度對聚合氯化鋁混凝性能的影響的原理較為簡單，主要就是溫度通過影響混凝反應的速率來影響混凝效果。我們進行了以溫度和藥劑投加量為自變量，處理后水的濁度為因變量的實驗。實驗結果顯示，在一定的范圍內，聚合氯化鋁的混凝性能隨著溫度的降低而下降，并且，結合藥劑投加量的變化對水濁度的影響來看，在較低的水溫下，即使加大了聚合氯化鋁的用量。其混凝性能也難以得到提升，這主要是因為溫度影響的是膠體形成的速度和最終的顆粒大小，而增加投放量，只能增加其最后的絮狀體數量，而如果溫度較低，這些絮狀體也很難形成。所以，要想提高聚合氯化鋁的混凝性能，可以適當的提高水溫。

6 藥劑投加順序對絮凝效果的影響

藥劑投加順序對于聚合氯化鋁混凝性能的影響主要是通過PH的影響效果而實現的。礬和石灰是聚合氯化鋁的兩種基本原料，因為石灰屬于堿性的物質，其對于水體的PH會產生一定的影響，進而影響到聚合氯化鋁的混凝性能，所以兩種原料的加入順序會對聚合氯化鋁的混凝性能產生一定的影響。實驗中，我們在不同PAC投加量的情況下進行先加礬或者先加石灰的對比實驗，實驗結果顯示，相比于先加PAC再加石灰，先加石灰再加PAC的混凝效果更好，在其中，石灰不僅起到了調節PH的作用，而且因為石灰的溶解性較低，其加入水中后可以為混凝過程提供一個母核，加快絮狀體形成的速度。

7 結語

聚合氯化鋁是自來水廠凈化水質最常用的絮凝劑，相比于傳統的無機混凝劑，聚合氯化鋁適用的PH范圍較寬，凈化水質的效果更好。而研究發現，PH、水中單寧酸含量、溫度等很多外界因素會對聚合氯化鋁的混凝性能產生一定的影響，通過對這些影響因素的影響效果進行研究，我們才能在應用中不斷的優化環境條件，以達到更好的混凝效果，提高水質凈化的經濟效益。

【參考文獻】

[1]鄭金麗，黃斌.影響聚合氯化鋁混凝效果試驗探討[J].中國給水排水，2016（10）：93-94.

[2]王曉榮，陳忠林，王斌遠，沈吉敏.水中單寧酸對PAC混凝過程的影響[J].中國給水排水，2012，26（21）：122-124.

[責任編輯：朱麗娜]