摘要：聚合氯化鋁是自來(lái)水公司用來(lái)凈化水質(zhì)的常用混凝劑。自來(lái)水凈化的絮凝沉降是自來(lái)水凈化工藝的關(guān)鍵流程，其處理結(jié)果會(huì)直接影響到后續(xù)的凈化工藝。研究顯示，聚合氯化鋁的混凝性能會(huì)受到聚合物種類(lèi)及很多外界因素的影響，本文就對(duì)pH、水中的單寧酸、磁場(chǎng)、溫度等外界因素對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響進(jìn)行分析研究，總結(jié)對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響因素，以不斷優(yōu)化聚合氯化鋁的凈化水質(zhì)性能，提高自來(lái)水的凈化效率。
聚合氯化鋁簡(jiǎn)稱(chēng)PAC，是自來(lái)水廠(chǎng)常用的絮凝劑，它與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)混凝劑不同，是介于AlCl3和Al(OH)3之間的一種水溶性無(wú)機(jī)高分子聚合物，顏色呈紅褐色或淡黃色。而它與無(wú)機(jī)混凝劑本質(zhì)的區(qū)別則在于，它是由絡(luò)合物構(gòu)成的形態(tài)多變的結(jié)構(gòu)，所以它的沉降能力更強(qiáng)，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(guò)優(yōu)化外界環(huán)境因素來(lái)提高其混凝效果。
1、聚合氯化鋁的結(jié)構(gòu)特征
聚合氯化鋁是一種無(wú)機(jī)混凝劑，但是與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)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(luò)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(lái)看，當(dāng)溶液中pH值偏高時(shí)，會(huì)形成堿式鹽，這種結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，為多核聚合體，而目前對(duì)于這種多核體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)也存在著很大的爭(zhēng)議。
目前比較有說(shuō)服力的主要有“gibbsite fragment”模型和Al13聚陽(yáng)離子模型。“gibbsite fragment”模型認(rèn)為多合體的基本結(jié)構(gòu)單位是并列八面體鋁離子組成的六邊環(huán)，且環(huán)上帶有羥基，在水解狀態(tài)下，這些六邊環(huán)可以聚合，形成固體結(jié)晶。而Al13聚陽(yáng)離子模型是在核磁共振實(shí)驗(yàn)和X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)的鑒定下推出的。該模型認(rèn)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(lèi)形態(tài)。而在這種模型中，Al13陽(yáng)離子發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。
2、pH對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響
一般來(lái)講，pH值會(huì)對(duì)膠體的混凝吸附作用產(chǎn)生很大的影響，因?yàn)閜H的變化會(huì)直接影響膠體表面的凈電荷，直接影響膠體的性能。所以，確定較佳pH值，通過(guò)調(diào)節(jié)pH值可以一定程度上節(jié)約藥劑，使投加較少的聚合氯化鋁就能達(dá)到很好的絮凝效果。對(duì)此，我們做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，pH值和藥劑的投加量設(shè)為兩個(gè)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(jù)結(jié)果圖繪制曲線(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)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(shí)，在中性pH的范圍內(nèi)，pH與水濁度呈負(fù)相關(guān)，所以說(shuō)，在原水濁度較高時(shí)，中性pH的范圍內(nèi)，pH越高聚合氯化鋁的混凝性能越好。
3、水中單寧酸對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響
單寧酸是一種復(fù)雜的有機(jī)化合物，屬于多酚類(lèi)。單寧酸的質(zhì)量與天然水體中的有機(jī)化合物的質(zhì)量基本接近，其單寧酸也是水體中有機(jī)物中比較常見(jiàn)的一種，用單寧酸做實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明水體中有機(jī)物對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響，結(jié)果比較有說(shuō)服力。
3.1 單寧濃度對(duì)混凝性能的影響
在實(shí)驗(yàn)中我們以單寧酸的投加量作為自變量，分別測(cè)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(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)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加，Zeta電位逐漸降低，DOC逐漸增加，且殘余鋁的含量逐漸增加。說(shuō)明了水中有機(jī)物的濃度越高，聚合氯化鋁混凝性能越差，凈化水質(zhì)的效果越差。而Zeta電位的降低主要是因?yàn)榇罅康幕衔锞奂谀z體的表面，改變了膠粒原有的帶電特性，使得Zeta電位降低，表面帶有更多的負(fù)電荷，使得膠體的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以其混凝性能變差。由此可見(jiàn)，水體中單寧酸含量越高，聚合氯化鋁的混凝性能越差，由此推知，水中有機(jī)物的含量越高，聚合氯化鋁的混凝性能越差，其凈化水質(zhì)的效果越不好。
3.2 單寧對(duì)絮狀體形態(tài)的影響
在電鏡下對(duì)比發(fā)現(xiàn)，原水中含有單寧酸與否，混凝所形成絮狀體的形態(tài)有明顯的不同。當(dāng)原水中不含單寧酸時(shí)，聚合氯化鋁形成的絮狀體結(jié)構(gòu)松散易碎，穩(wěn)定性不強(qiáng)，且絮狀體與絮狀體之間沒(méi)有緊密的結(jié)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(shí)，單寧酸會(huì)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(fù)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(jié)構(gòu)格外松散，混凝性能差。而如果水中投加的聚合氯化鋁達(dá)到一定量時(shí)，就會(huì)增加膠體顆粒之間的碰撞概率，就會(huì)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(shí)，形成的絮狀體的結(jié)構(gòu)也存在著差異。水中不含單寧酸時(shí)，形成的絮狀體顆粒較大，且呈不規(guī)則的性狀，絮狀體表明凹凸不平；而水中有單寧酸時(shí)，形成的絮狀體粒徑較小，且顆粒性狀規(guī)則，導(dǎo)致了二者的混凝性能有所差異。
4、磁場(chǎng)對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響
眾所周知，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)很多物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。有研究顯示，水的活性也一定程度上受到磁場(chǎng)的影響，磁場(chǎng)主要是通過(guò)影響氫鍵的形成來(lái)影響水的活性。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比磁化水和非磁化水的聚合氯化鋁處理效果、不同磁化時(shí)間的水用聚合氯化鋁的處理效果來(lái)分析磁場(chǎng)對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)間的延長(zhǎng)而下降，而后又上升。所以，說(shuō)明了磁化可以提高出水水質(zhì)，還可以減少聚合氯化鋁的投加量。
5、溫度對(duì)聚合氯化鋁混凝效果的影響
溫度對(duì)聚合氯化鋁混凝性能的影響的原理較為簡(jiǎn)單，主要就是溫度通過(guò)影響混凝反應(yīng)的速率來(lái)影響混凝效果。我們進(jìn)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(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定的范圍內(nèi)，聚合氯化鋁的混凝性能隨著溫度的降低而下降，并且，結(jié)合藥劑投加量的變化對(duì)水濁度的影響來(lái)看，在較低的水溫下，即使加大了聚合氯化鋁的用量。其混凝性能也難以取得提升，這主要是因?yàn)闇囟扔绊懙氖悄z體形成的速度和顆粒大小，而增加投放量，只能增加其絮狀體數(shù)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(dāng)?shù)奶岣咚疁亍?
6、藥劑投加順序?qū)π跄Ч挠绊?
藥劑投加順序?qū)τ诰酆下然X混凝性能的影響主要是通過(guò)pH的影響效果而實(shí)現(xiàn)的。礬和石灰是聚合氯化鋁的兩種基本原料，因?yàn)槭覍儆趬A性的物質(zhì)，其對(duì)于水體的pH會(huì)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響到聚合氯化鋁的混凝性能，所以?xún)煞N原料的加入順序會(huì)對(duì)聚合氯化鋁的混凝性能產(chǎn)生一定的影響。實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)诓煌琍AC投加量的情況下進(jìn)行先加礬或者先加石灰的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(diào)節(jié)pH的作用，而且因?yàn)槭业娜芙庑暂^低，其加入水中后可以為混凝過(guò)程提供一個(gè)母核，加快絮狀體形成的速度。
7、結(jié)語(yǔ)
聚合氯化鋁是自來(lái)水廠(chǎng)凈化水質(zhì)常用的絮凝劑，相比于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)混凝劑，聚合氯化鋁適用的pH范圍較寬，凈化水質(zhì)的效果更好。而研究發(fā)現(xiàn)，pH、水中單寧酸含量、溫度等很多外界因素會(huì)對(duì)聚合氯化鋁的混凝性能產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)這些影響因素的影響效果進(jìn)行研究，我們才能在應(yīng)用中不斷的優(yōu)化環(huán)境條件，以達(dá)到更好的混凝效果，提高水質(zhì)凈化的經(jīng)濟(jì)效益。
