聚氯化鋁鹽基度對(duì)原水混凝效果及殘留鋁的影響

趙愛(ài)俊

（太原供水服務(wù)有限公司，山西 太原 030000）

引言

鋁元素不僅非人體所需，而且對(duì)人體的危害十分巨大，世界衛(wèi)生組織于1989 年正式將鋁確定為食品污染物。人體中的鋁含量太高時(shí)，會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、器官、骨骼、細(xì)胞、造血系統(tǒng)、免疫功能等造成不良影響。有研究發(fā)現(xiàn)，老年癡呆癥的出現(xiàn)與平時(shí)過(guò)多攝入鋁元素有關(guān)[1]。人們生活中鋁攝入的主要途徑有食品、鋁制品、藥品和飲用水等。鋁在飲用水中的濃度主要取決于原水中的濃度以及是否使用鋁絮凝劑。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）[2]中，規(guī)定鋁的限值為0.20 mg/L。

近年來(lái)，聚氯化鋁（PAC）在生活飲用水處理中的應(yīng)用非常廣泛[3]，PAC 是由一系列不同聚合度的無(wú)機(jī)高分子化合物組成，對(duì)水中膠體及顆粒物具有高效電中和及架橋絮凝功能，可有效去除水中濁度、色度、重金屬離子及微量有機(jī)毒物等。PAC 化學(xué)通式為Aln（OH）mCl(3n－m)，其重要技術(shù)指標(biāo)鹽基度定義為PAC 分子中OH－和Al3+的當(dāng)量百分比。我國(guó)《生活飲用水用聚氯化鋁》（GB15892—2020）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鹽基度范圍為45.0%～90.0%。李潤(rùn)生等[4-5]研究發(fā)現(xiàn)，高鹽基度的PAC 有助于降低飲用水中殘留鋁，此外鹽基度也是影響混凝效果的最重要因素。

本文結(jié)合山西省某市地表水廠生產(chǎn)工藝，從不同鹽基度的PAC 對(duì)濁度和殘留鋁的影響角度展開(kāi)研究，通過(guò)觀察混凝實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且對(duì)凈化后水的剩余濁度和殘留鋁進(jìn)行分析，提出夏季凈水劑選型建議，給實(shí)際生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原水

實(shí)驗(yàn)原水采自山西省某市地表水廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

哈希2100N 濁度儀、MY3000-6M 彩屏混凝試驗(yàn)攪拌儀（以下簡(jiǎn)稱混凝攪拌儀）、分光光度計(jì)、電子天平、1L 試驗(yàn)杯、移液管、容量瓶、燒杯等。

1.3 混凝劑

混凝劑：液體聚氯化鋁（該主要成分為氧化鋁，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%），鹽基度（B）分別為73%、76%、79%、82%、85%、88%。

配置1%PAC 溶液：用1 mL 移液管取1 mL PAC原液于100 mL 容量瓶中，用蒸餾水定容至100 mL，搖勻，即為1%PAC 溶液。

助凝劑：陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（PAM）

配置0.01%PAM 溶液：將0.01g 固體PAM 用蒸餾水溶解后，定容至100 mL 容量瓶中。在本實(shí)驗(yàn)中其投加量為2 mL（與水廠實(shí)際投加量相同）。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

在混凝沉淀實(shí)驗(yàn)中，混凝攪拌儀程序設(shè)置參照山西省某市地表水廠實(shí)際工藝，如第18 頁(yè)表1。觀察攪拌過(guò)程中礬花形成過(guò)程，記錄礬花出現(xiàn)的快慢及大小和礬花沉淀情況。攪拌完成，靜置沉淀10 min 后于液面下4 cm 處取樣，測(cè)定上清液的濁度（即剩余濁度）。對(duì)混凝沉淀后的水樣，用鉻天青S 分光光度法測(cè)定殘留鋁濃度。

表1 混凝攪拌實(shí)驗(yàn)程序

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC 鹽基度對(duì)凈化水剩余濁度的影響

實(shí)驗(yàn)條件：原水：濁度為3.13NTU，pH 值為8.36，溫度為23.5℃；PAC 鹽基度分別為73%、76%、79%、82%、85%、88%。在1 L 實(shí)驗(yàn)杯中加入2 mL 1%的PAC 溶液，投加量為2.0 mg/L（以Al2O3計(jì)），經(jīng)混凝沉淀處理后，觀察并記錄。

由表2 可以看出，在1 L 原水中投加等量PAC情況下，低鹽基度PAC 不論是從礬花形成的快慢、大小及沉淀情況來(lái)看，都為較高鹽基度的PAC 有優(yōu)勢(shì)。

表2 不同鹽基度的6 種PAC 對(duì)原水的處理結(jié)果

圖1 結(jié)果表明，剩余濁度隨鹽基度的增高而逐漸增大，但本實(shí)驗(yàn)中剩余濁度在0.207 NTU～0.353 NTU，均未超出《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中規(guī)定的限值（1NTU）。這是由于，水質(zhì)較好，混凝沉淀出水剩余濁度受鹽基度影響較小。

圖1 不同鹽基度的PAC 對(duì)凈化水剩余濁度的影響

2.2 PAC 鹽基度對(duì)凈化水殘留鋁的影響

從圖2 可以看出，經(jīng)不同鹽基度的PAC 處理后，凈化水中的殘留鋁含量有較大差異，當(dāng)PAC 鹽基度在73%、76%時(shí)，殘留鋁質(zhì)量濃度分別為0.2245mg/L、0.206 2 mg/L，超過(guò)了0.2 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)限值；當(dāng)PAC鹽基度在79%時(shí)，殘留鋁質(zhì)量濃度為0.1931mg/L，接近0.2 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)限值，在實(shí)際工藝中不能采用。隨著鹽基度升高，殘留鋁質(zhì)量濃度逐漸降低。當(dāng)鹽基度為88%時(shí)，殘留鋁質(zhì)量濃度降為0.109 6 mg/L，說(shuō)明高鹽基度的PAC 降低飲用水中殘留鋁效果顯著。因此，水廠可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，優(yōu)先選擇高鹽基度（≥82%）的PAC 作為生活飲用水的凈化藥劑。

圖2 不同鹽基度的PAC 對(duì)凈化水殘留鋁的影響

3 結(jié)論

本文研究了不同鹽基度的聚氯化鋁對(duì)原水混凝效果及殘留鋁的影響。結(jié)果表明：從混凝效果看，低鹽基度PAC 不論是從礬花形成的快慢、大小及沉淀情況都較高鹽基度的PAC 有優(yōu)勢(shì)，由于本文所采用地表水廠水質(zhì)較好，混凝沉淀出水剩余濁度受鹽基度影響較小；從對(duì)殘留鋁影響看，隨著鹽基度從73%升高到88%，殘留鋁逐漸降低，同時(shí)殘留鋁降幅達(dá)到48.81%。說(shuō)明高鹽基度的PAC 降低飲用水中殘留鋁效果顯著。