常規(guī)水處理工藝中聚合氯化鋁鐵混凝條件的優(yōu)化

羅衛(wèi)國張苗姚宏武強光輝（.西安市自來水有限公司水質(zhì)管理部， 陜西 西安 7008；. 西安市自來水有限公司南郊水廠， 陜西 西安 70054）

常規(guī)水處理工藝中聚合氯化鋁鐵混凝條件的優(yōu)化

羅衛(wèi)國1張苗2姚宏武1強光輝1（1.西安市自來水有限公司水質(zhì)管理部， 陜西 西安 710082；2. 西安市自來水有限公司南郊水廠， 陜西 西安 710054）

聚合氯化鋁鐵（PAFC）是由鋁鹽和鐵鹽復合共聚而成的一種無機高分子混凝劑，近年來在給水處理中得到廣泛應用。本文以秦嶺地表水為原水，通過燒杯攪拌試驗，探討常規(guī)工藝中聚合氯化鋁鐵混凝效果影響因素，確定聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響規(guī)律，水處理；聚合氯化鋁鐵（PAFC）；混凝效果 ；優(yōu)化

1　水處理工藝與混凝

（1）常規(guī)給水處理工藝 地表水處理的常規(guī)工藝為：混凝、沉淀、過濾、消毒，混凝是關鍵的先行工序，它所要處理的對象，主要是水中的膠體、懸浮物和微生物等。混凝效果對水處理的效果及成品自來水的水質(zhì)起決定性作用，對水處理中的后續(xù)諸工序產(chǎn)生重要影響。圖1為常規(guī)地表水給水處理工藝流程圖。

圖1　常規(guī)地表水給水處理工藝流程圖

（2）聚合氯化鋁鐵混凝機理 聚合氯化鋁鐵（PAFC）是由鋁鹽的和鐵鹽共聚合而成的新型凈水劑，化學結構式為［Al2（OH）nCl6-n］?m［Fe2（OH）NCl6-N］M（式中n、m、N、M為整數(shù)），是一種新型無機高分子混凝劑。它兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特點，是高分子聚合度的異核多核配合物［1］。PAFC中存在Fe-HOAl基團［2］，有著與聚合氯化鋁、聚合氯化鐵不同形態(tài)的Al（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）羥基配合物［3］，Al（Ⅲ）的存在對Fe（Ⅲ）的水解有催化作用，使Fe（Ⅲ）形成更多細微的結晶中心，但大量Al（Ⅲ）的存在又會抑制Fe（Ⅲ）的結晶［4］。高聚合度的異核多核配合物鋁鹽和鐵鹽在水處理過程中發(fā)生水解和聚合反應過程，水中的膠體顆粒能強烈吸附水解和聚合反應過程中出現(xiàn)的各種產(chǎn)物。被吸附的帶正電的多核羥基絡離子能夠壓縮雙電層，降低動電位（ζ電位），同時進行著架橋作用。PAFC的化學結構決定了它易溶于水，有較強的電性中和、架橋、吸附性能；在水解過程中，具有反應速度快、形成絮體大、活性好、過濾性好等優(yōu)點。

2　混凝效果影響因素實驗分析

秦嶺黑河水源系統(tǒng)是以金盆水庫、石頭河、石砭峪等為主要水源的多源供水系統(tǒng)，其各個水源水質(zhì)不盡相同，水溫常年變化在：5～25℃，pH值為：7.5～8.5，堿度為：40～85mg/L，濁度為1.5～100NTU，特殊情況下濁度超過1000NTU。 由于原水水質(zhì)四季變化較明顯，混凝效果不盡相同，混凝效果的影響因素也比較復雜。根據(jù)水源水質(zhì)結合不同時期的優(yōu)化處理需求，尋找優(yōu)化混凝效果的規(guī)律。

實驗儀器：ZR－206六聯(lián)攪拌機、Hach2100N濁度儀、溫度計、冷藏柜。

實驗材料和藥品：聚合氯化鋁鐵、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、氧化鈣。

實驗方法：研究可變因素攪拌強度和可調(diào)配水源因素水溫、堿度對PAFC混凝效果的影響，確定優(yōu)化混凝效果的影響因素。

（1）混合強度對PAFC混凝效果的影響 地表水中的懸浮物以及硅酸鹽膠體由于微粒的布朗運動和膠體的穩(wěn)定性，使水體存在一定的濁度。PAFC的加入在發(fā)生電性中和、雙電層壓縮脫穩(wěn)的同時只有有效的碰撞才能發(fā)揮其作用，此過程必須消耗部分動能。混合強度是該階段混凝效果影響的重要控制因素，其評價效果常用攪拌強度和攪拌時間。由于實際生產(chǎn)中攪拌時間的不可變性，所以攪拌強度通常成為優(yōu)化混凝效果的主要研究對象，混合強度用速度梯度G來表示。實驗采用100～600轉/min 攪拌轉速，G值在300～1000s-1，攪拌時間t=30s。圖2為不同混合強度下PAFC混凝劑的形成序體時間。由圖可以看出混合強度越大，有利于混凝絮體的形成，混合強度大于400轉/min后絮體形成時間變化趨于緩慢。

圖2　混合強度對混凝效果影響

以上現(xiàn)象說明，隨著混合強度增大，PAFC擴散速度加快，有利于壓縮雙電層和電中和，降低了硅酸鹽ξ電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。此時壓縮雙電層和降低膠體ξ電位是混和強度影響的主要因素，主要表現(xiàn)為影響混凝過程中的凝聚。通過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，增大混和強度對于低溫低濁水的混凝效果影響尤為明顯。

（2）水溫對PAFC混凝效果的影響 由于無機鹽類混凝劑在水解時是吸熱反映，水溫低時，水解十分困難，低溫時混凝效果差，混凝過程緩慢。同時，低溫的水粘度大，膠體水化作用增強，水中雜質(zhì)的熱運動減慢，彼此之間接觸碰撞的機會減少不利于相互凝聚。在水溫較高時，分子之間的擴散速度加快，有利于凝聚反應進行。如圖1所示，原水水溫低于10℃時，混凝效果顯著變差。近年研究表明，水廠出水余鋁與出水濁度具有較強的正相關性［5］。圖2為實驗室混凝劑投加量和殘余鋁的變化關系。

（3）堿度對PAFC混凝效果的影響 堿度是指水中吸收質(zhì)子的能力，水中堿度的形成主要是由于重碳酸鹽、碳酸鹽及氫氧化物的存在，硼酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽也會產(chǎn)生一些堿度。PAFC水解會生成H+，阻礙了水解過程的進行，不利于混凝進行，水中堿度可對產(chǎn)生的H+起緩沖作用，當堿度不夠時需要投加石灰，因此水中的堿度對混凝效果至關重要，要靠它來中和因水解而產(chǎn)生的酸度。針對黑河原水系統(tǒng)堿度在：40～85mg/ L范圍內(nèi)變化的特點，實驗室調(diào)節(jié)堿度，進行混凝實驗。堿度對PAFC混凝效果的影響如圖5。

圖3　水溫對PAFC混凝效果的影響 圖4 低溫低濁殘余鋁影響

圖5　堿度對PAFC混凝效果的影響

堿度小于60mg/L時，PAFC除濁效果隨著堿度的降低效果明顯下降，堿度越低實驗沉后水的殘余濁度越高，混凝效果越差；當堿度大于70時，PAFC形成絮體變大，除濁效果逐漸增強。

3　結語

針對多源供水系統(tǒng)原水水質(zhì)特點和混凝池的變頻工藝特點，PAFC在常規(guī)水處理工藝中具有以下可優(yōu)化特點。（1）PAFC在水處理工藝中形成絮體時間和機械混和強度存在相關性，增大混和強度混凝形成絮體時間越短。（2）隨著水溫的降低PAFC混凝效果變差，濁度和余鋁具有較強的正相關性。（3）低堿度不利于PAFC混凝，濁度去除率低，針對黑河水源堿度大于70mg/L時，PAFC混凝效果良好。水處理是一個系統(tǒng)工程，適時進行工藝調(diào)整和原水調(diào)配，在PAFC混凝效果及降低水處理成本方面均具有重要意義。

［1］郭弘微，等.聚合氯化鋁鐵的一些物理化學性質(zhì)及其穩(wěn)定性研究［J］.四川聯(lián)合大學學報.Vol.3No.51999.

［2］章興華等.聚合氯化鋁鐵的紅外光譜研究［J］.光譜學與光譜分析，2002，22（1）：39-42.

［3］章興華，孫傳敏，龔國洪，周麗蕓，雷平.聚合氯化鋁鐵中Al（Ⅲ）對Fe（Ⅲ）穩(wěn)定性的保護作用［J］.礦物學報，（26）1，2006-3.

［4］朱立軍.貴州碳酸巖紅土中氧化鐵礦物的環(huán)境礦物學研究［D］.貴陽：中國科學院地球化學研究所，1995.

［5］崔福義，等，常規(guī)水處理混凝沉淀工藝中除濁與除鋁的相關性研究［J］.哈爾濱建筑大學學報，（35）3，52-55.2002-6.

羅衛(wèi)國（1977- ），男，陜西西安人，漢族，工程師，大學本科，主要從事水質(zhì)檢測和技術管理工作。