出厂水残留铝的影响因素分析探讨

于召强， 徐 琼， 姜仁红

(连云港市自来水有限责任公司，江苏连云港222000)

随着社会的发展和生活水平的提高, 饮用水水质安全问题日益受到广泛关注。近年来，由于酸雨沉降现象的频繁发生和超负荷的农业种植模式，世界范围内土壤酸化现象日益严重, 更多的铝进入天然水体, 增大了水处理过程的铝负荷。同时，铝盐混凝剂的大量、广泛使用也是导致出厂水总铝含量超标的主要原因。近些年，有不少投诉是自来水在加热后由于铝反应生成一些白色物质引起，尤其在夏季。铝会对人体健康造成威胁，对水中残留铝影响的研究应引起重视。笔者通过实验室混凝烧杯试验，考察了采用传统的聚合氯化铝进行水处理后，不同进水条件下出厂水中铝的残留量，以期为水厂生产提供数据参考。

1 试验背景

以某水厂为例，2015—2018年出厂水残余铝和其他水质指标分别如图1至图4所示。

出厂水中残余铝的影响因素较多，包括温度、pH、盐基度和碱度等。从历年的水厂数据和经验来看，碱度的影响较小。可以看出，出水残留铝受pH和温度的影响较大，整体趋势随着pH和温度的升高而增大。

图1 2015年原水pH与出厂水中的铝Fig.1 Raw water pH and concentration of aluminum in the treated water in 2015

图2 2016年原水pH与出厂水中的铝Fig.2 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2016

图3 2017年原水pH与出厂水中的铝Fig.3 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2017

图4 2018年原水pH与出厂水中的铝Fig.4 Raw water pH and concentration of aluminum and pH in the treated water in 2018

2 试验部分

2.1 试验仪器与试剂

试验仪器：ZR4-6混凝试验搅拌机。试验药剂：该水厂正在使用的聚合氯化铝，其氧化铝含量为10.4%，盐基度为66%，pH为4.38。

2.2 试验用水

采用新沭干渠水源水作为试验用水：浊度，9～12 NTU；pH，8.00～8.40；耗氧量，4～5 mg/L；铝含量，0.01 mg/L；色度，15度。

2.3 试验方案

采用六联搅拌机烧杯混凝试验，每个烧杯中各加入1000 mL原水，然后均加入45 mg/L药剂，以400 r/min快速搅拌30 s，再分别以200和120 r/min搅拌1 min，以80 r/min慢速搅拌3 min，静置沉淀30 min后取上清液。

2.4 检测指标与分析方法

温度：温度计；pH：PHS-3C酸度计；铝：根据《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)中的铬天青S分光光度法检测。

3 试验结果与讨论

3.1 pH对残留铝的影响

因实验室过滤效果与实际工艺相差太大，并且数据变化趋势不明显，因此采用沉后铝作为考察指标更具代表性。分别在夏季和冬季进行了不同原水pH下的试验，原水铝含量均为0.01 mg/L，PAC投加量均为45 mg/L，夏季水温为30 ℃，冬季水温为5 ℃，结果如表1、表2所示。

可以看出，在低温(5 ℃)和高温(30 ℃)下，水中残留铝随着pH的升高而增大；并且30 ℃下的残留铝较5 ℃高。高温度下，pH对水中铝的含量影响较大。

铝的水解产物与pH的关系较大，在酸性条件下水解产物主要以多核羟基配合物存在；pH值为6.50～7.50，水解产物将以AI(OH)3沉淀物为主；在碱性条件下(pH>8.50)，水解产物将以负离子形态[A1(OH)4]-出现，pH值越高，负离子形态越多。

在最佳pH值时，颗粒铝的溶解度最小。试验中出厂水为碱性，有利于颗粒铝的水解，导致水体中溶解性铝浓度升高，不利于残余铝的控制。温度升高会导致颗粒铝的溶解度增大和最佳混凝pH值降低，因此温度升高不利于残余铝控制。

表1 夏季不同原水pH下的出厂水残留铝 Tab.1 Concentration of residual aluminum in treated water under different raw water pH in summer

表2 冬季不同原水pH下的出厂水残留铝Tab.2 Concentration of residual aluminum in treated water under different raw water pH in winter

3.2 温度对残留铝的影响

采用冷却、加热等方式将原水恒温在10，20和30 ℃下进行搅拌试验，分别在原水pH值为8.00和8.90时进行温度的影响试验，原水铝含量均为0.01 mg/L，PAC投加量均为45 mg/L，结果见图5。

图5 不同pH下水温对残留铝的影响Fig.5 Influence of temperature on residual aluminum under different pH

可以看出，在原水pH值分别为8.00和8.90时，水中残留铝的含量随着温度的上升而升高，较高的pH值影响更大，与不同温度下pH对残铝的影响结果一致。温度和pH对出厂水中残铝影响较大。

3.3 盐基度对残留铝的影响

由于条件限制，采用3种盐基度的净水剂进行试验，氧化铝含量基本相同。原水铝含量为0.01 mg/L，水温为15 ℃，pH值为8.00，PAC投加量为45 mg/L。从表3可以看出，在60%～80%内，盐基度越高，水中残留铝越低。

表3 不同的盐基度混凝剂试验的残留铝Tab.3 Residual aluminum in coagulant tests with different basicity

4 结论

① 试验室混凝搅拌试验对比结果表明，在一定的范围内，温度、pH对水中残留铝影响较大，温度、pH越高，水中的残留铝也越高；在同样条件下，随着盐基度的升高，水中残留铝有下降趋势。尤其是在夏季，当pH升高幅度较大时，水厂应注意控制残留铝，适当调节原水的pH值或通过其他手段来降低出厂水中残留铝的含量。

② 目前所得出为烧杯小试结论，下一步有待进行中试和生产性研究等加以验证。水中残留铝还可能受浊度、总碱度、COD等多种因素影响，研究还需深入进行。