聚氯化铝盐基度对原水混凝效果及残留铝的影响

赵爱俊

（太原供水服务有限公司，山西 太原 030000）

引言

铝元素不仅非人体所需，而且对人体的危害十分巨大，世界卫生组织于1989 年正式将铝确定为食品污染物。人体中的铝含量太高时，会对中枢神经系统、消化系统、器官、骨骼、细胞、造血系统、免疫功能等造成不良影响。有研究发现，老年痴呆症的出现与平时过多摄入铝元素有关[1]。人们生活中铝摄入的主要途径有食品、铝制品、药品和饮用水等。铝在饮用水中的浓度主要取决于原水中的浓度以及是否使用铝絮凝剂。我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）[2]中，规定铝的限值为0.20 mg/L。

近年来，聚氯化铝（PAC）在生活饮用水处理中的应用非常广泛[3]，PAC 是由一系列不同聚合度的无机高分子化合物组成，对水中胶体及颗粒物具有高效电中和及架桥絮凝功能，可有效去除水中浊度、色度、重金属离子及微量有机毒物等。PAC 化学通式为Aln（OH）mCl(3n－m)，其重要技术指标盐基度定义为PAC 分子中OH－和Al3+的当量百分比。我国《生活饮用水用聚氯化铝》（GB15892—2020）标准规定盐基度范围为45.0%～90.0%。李润生等[4-5]研究发现，高盐基度的PAC 有助于降低饮用水中残留铝，此外盐基度也是影响混凝效果的最重要因素。

本文结合山西省某市地表水厂生产工艺，从不同盐基度的PAC 对浊度和残留铝的影响角度展开研究，通过观察混凝实验现象，并且对净化后水的剩余浊度和残留铝进行分析，提出夏季净水剂选型建议，给实际生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验原水

实验原水采自山西省某市地表水厂。

1.2 实验设备

哈希2100N 浊度仪、MY3000-6M 彩屏混凝试验搅拌仪（以下简称混凝搅拌仪）、分光光度计、电子天平、1L 试验杯、移液管、容量瓶、烧杯等。

1.3 混凝剂

混凝剂：液体聚氯化铝（该主要成分为氧化铝，质量分数约10%），盐基度（B）分别为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，用蒸馏水定容至100 mL，摇匀，即为1%PAC 溶液。

助凝剂：阳离子聚丙烯酰胺（PAM）

配置0.01%PAM 溶液：将0.01g 固体PAM 用蒸馏水溶解后，定容至100 mL 容量瓶中。在本实验中其投加量为2 mL（与水厂实际投加量相同）。

1.4 实验方法

在混凝沉淀实验中，混凝搅拌仪程序设置参照山西省某市地表水厂实际工艺，如第18 页表1。观察搅拌过程中矾花形成过程，记录矾花出现的快慢及大小和矾花沉淀情况。搅拌完成，静置沉淀10 min 后于液面下4 cm 处取样，测定上清液的浊度（即剩余浊度）。对混凝沉淀后的水样，用铬天青S 分光光度法测定残留铝浓度。

表1 混凝搅拌实验程序

2 结果与讨论

2.1 PAC 盐基度对净化水剩余浊度的影响

实验条件：原水：浊度为3.13NTU，pH 值为8.36，温度为23.5℃；PAC 盐基度分别为73%、76%、79%、82%、85%、88%。在1 L 实验杯中加入2 mL 1%的PAC 溶液，投加量为2.0 mg/L（以Al2O3计），经混凝沉淀处理后，观察并记录。

由表2 可以看出，在1 L 原水中投加等量PAC情况下，低盐基度PAC 不论是从矾花形成的快慢、大小及沉淀情况来看，都为较高盐基度的PAC 有优势。

表2 不同盐基度的6 种PAC 对原水的处理结果

图1 结果表明，剩余浊度随盐基度的增高而逐渐增大，但本实验中剩余浊度在0.207 NTU～0.353 NTU，均未超出《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中规定的限值（1NTU）。这是由于，水质较好，混凝沉淀出水剩余浊度受盐基度影响较小。

图1 不同盐基度的PAC 对净化水剩余浊度的影响

2.2 PAC 盐基度对净化水残留铝的影响

从图2 可以看出，经不同盐基度的PAC 处理后，净化水中的残留铝含量有较大差异，当PAC 盐基度在73%、76%时，残留铝质量浓度分别为0.2245mg/L、0.206 2 mg/L，超过了0.2 mg/L 的标准限值；当PAC盐基度在79%时，残留铝质量浓度为0.1931mg/L，接近0.2 mg/L 的标准限值，在实际工艺中不能采用。随着盐基度升高，残留铝质量浓度逐渐降低。当盐基度为88%时，残留铝质量浓度降为0.109 6 mg/L，说明高盐基度的PAC 降低饮用水中残留铝效果显著。因此，水厂可以结合实际生产需要，优先选择高盐基度（≥82%）的PAC 作为生活饮用水的净化药剂。

图2 不同盐基度的PAC 对净化水残留铝的影响

3 结论

本文研究了不同盐基度的聚氯化铝对原水混凝效果及残留铝的影响。结果表明：从混凝效果看，低盐基度PAC 不论是从矾花形成的快慢、大小及沉淀情况都较高盐基度的PAC 有优势，由于本文所采用地表水厂水质较好，混凝沉淀出水剩余浊度受盐基度影响较小；从对残留铝影响看，随着盐基度从73%升高到88%，残留铝逐渐降低，同时残留铝降幅达到48.81%。说明高盐基度的PAC 降低饮用水中残留铝效果显著。