李潤(rùn)生，李凱
(深圳中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司，廣東深圳518057)

　　摘　要：采用混凝沉淀的試驗(yàn)方法研究了聚氯化鋁鹽基度與混凝效果的關(guān)系，結(jié)果表明，在鹽基度為0～92%范圍內(nèi)，混凝效果隨鹽基度的增加而提高，但鹽基度在80%以上時(shí)變幅趨緩。與國(guó)內(nèi)、外標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品比較，鹽基度上限有較大拓寬。
　　關(guān)鍵詞：聚氯化鋁；混凝劑；鹽基度
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)08-0071-03

　　聚氯化鋁(PAC)與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)混凝劑的根本區(qū)別在于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)混凝劑為低分子結(jié)晶鹽，而聚氯化鋁的結(jié)構(gòu)由形態(tài)多變的多元羥基絡(luò)合物及聚合物組成，為無(wú)定形的無(wú)機(jī)高分子，因而聚氯化鋁表現(xiàn)出許多不同于傳統(tǒng)混凝劑的特異混凝功能。引起聚氯化鋁形態(tài)多變的基本成分是OH離子，衡量聚氯化鋁中OH離子的指標(biāo)叫鹽基度(Basicity，縮寫(xiě)為B)，通常將鹽基度定義為聚氯化鋁分子中OH與Al的當(dāng)量百分比［1、2］：B=［OH］/［Al］×100(%)。聚氯化鋁可理解為介于正鹽AlCl₃和堿Al(OH)₃之間的水解產(chǎn)物。一般，聚氯化鋁鹽基度在16.7%～83.3%范圍，日本標(biāo)準(zhǔn)的鹽基度為45%～65%。
　　除OH、Al當(dāng)量比鹽基度外，尚有OH、Al摩爾比鹽基度，但應(yīng)用不普遍。湯鴻霄首次在國(guó)內(nèi)外提出了以形成函數(shù)F代替鹽基度B作為基本特征參數(shù)［3］，定名為水解度B*，并認(rèn)為水解度B*這一概念可以精確表達(dá)聚氯化鋁結(jié)構(gòu)組成，并能反映整個(gè)水解動(dòng)態(tài)過(guò)程。
　　根據(jù)作者的工作實(shí)踐，OH、Al當(dāng)量比鹽基度的概念在生產(chǎn)投料和生產(chǎn)應(yīng)用中均有較好的指導(dǎo)作用，分析和計(jì)算較簡(jiǎn)捷，具有較好的實(shí)用價(jià)值。中國(guó)聚氯化鋁生產(chǎn)所采用的原料和工藝不同于世界上其他國(guó)家，因而作為主要質(zhì)量指標(biāo)的鹽基度與國(guó)外有著較大的差異。
　　1973年國(guó)家建委為聚氯化鋁(堿式氯化鋁)暫定質(zhì)量指標(biāo)［4］，將鹽基度確定為50%～80%，首次拓寬了日本標(biāo)準(zhǔn)值(45%～65%)的范圍；1981年由作者起草的四川省標(biāo)準(zhǔn)(川Q 246—81)將鹽基度確定為45%～85%［4］；國(guó)標(biāo)GB 15892—1995在此基礎(chǔ)上將鹽基度確定為50%～85%。國(guó)內(nèi)、外聚氯化鋁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鹽基度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　國(guó)內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鹽基度指標(biāo) 國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn) 氧化鋁(%) 鹽基度(%) 中國(guó) GB15892—1995 9～12 50～85 日本 JIS K1475—1996 10～11 45～65 美國(guó) AWWAB408—93 5～25 10～83 法國(guó) 羅納·布朗克公司 8.3±1 45～60 德國(guó) DIN19634 28.3 ≥35 中國(guó) 作者推薦 10～15 45～95 注：表中所列除德國(guó)為固體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外，其余皆為液體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

　　20世紀(jì)80年代后期，中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的鋁酸鈣原料和相應(yīng)的調(diào)整法生產(chǎn)工藝，使聚氯化鋁工藝有較大簡(jiǎn)化，生產(chǎn)投資和成本有較大降低，產(chǎn)品鹽基度達(dá)到90%以上，高于文獻(xiàn)介紹的國(guó)外同期水平(最高83%)，將聚氯化鋁生產(chǎn)實(shí)踐和基礎(chǔ)理論提高到一個(gè)新的高度。因此，如何提高聚氯化鋁的鹽基度，是目前國(guó)內(nèi)外科技工作者的一個(gè)科研方向。

1　試驗(yàn)部分

1.1　試驗(yàn)用聚氯化鋁
　　液體聚氯化鋁，按鹽基度計(jì)算，在工業(yè)搪瓷反應(yīng)釜內(nèi)用酸溶鋁酸鈣調(diào)整工藝制得系列產(chǎn)品；固體聚氯化鋁取自江蘇宜興、太倉(cāng)和河南三門(mén)峽等生產(chǎn)廠和國(guó)外產(chǎn)品。
1.2　試驗(yàn)儀器
　　混凝試驗(yàn)，采用深圳中潤(rùn)公司ZR4—6智能全自動(dòng)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)；濁度測(cè)定，采用美國(guó)HACH公司2100P型濁度儀；pH測(cè)定，采用美國(guó)ORILON公司520型pH計(jì)。
1.3　試驗(yàn)條件
　　混合G值為500～1 000s^-1，時(shí)間為40 s；絮凝G值為10～100s^-1，時(shí)間為10 min，GT值為(2～3)×10⁴，沉淀時(shí)間為10 min。

2　結(jié)果與討論

2.1　不同鹽基度液體聚氯化鋁混凝效果
　?、傧嗤都恿?br> 　　不同鹽基度液體聚氯化鋁的混凝效果見(jiàn)表2。

表2　不同鹽基度液體聚氯化鋁的混凝效果 原水 加藥量以Al₂O₃計(jì)(mg/L) 鹽基度(%) 水系 濁度(NTU) pH 堿度(mg/L) 水溫(℃) 0 45 50 60 65 75 80 85 88 92 凈化水剩余濁度(NTU) 深圳水庫(kù) 8.4 7.4 31.6 24 1.4 　 3.90 　 　 3.75 3.13 2.43 　 2.25 　 深圳沙河 98.5 7.8 150.7 23 4.0 21.7 16.4 14 　 10.8 6.9 　 2.6 2.1 1.9 深圳沙河 98.5 7.8 150.7 23 3.0 37.4 30.6 29 25 　 17.6 11.0 6.8 5.8 5.9 深圳水庫(kù) 2.6 7.5 32.0 23 1.6 2.0 1.7 　 　 1.6 1.6 　 1.1 0.9 　 岳陽(yáng)洞庭湖 61 7.3 83.9 14 2.0 　 4.3 　 　 3.3 　 2.7 　 2.3 2.4 武漢漢水 84.7 7.8 120 11 1.2 　 10.1 　 　 8.33 7.90 5.02 　 4.12 4.1 武漢長(zhǎng)江 417 8.0 120 11 1.4 　 9.44 　 　 7.13 5.88 3.95 　 2.80 2.1 武漢長(zhǎng)江 417 8.0 120 11 1.8 　 5.35 　 　 4.75 3.71 1.91 　 1.65 1.6 上海長(zhǎng)江 33 7.8 100 11 2.0 13.5 7.0 6.8 6.5 5.6 　 　 3.4 3.3 3.4 上海黃浦江 66.5 7.7 95.0 11 2.0 　 　 　 　 　 6.0 　 　 2.8 　 蘇州大運(yùn)河 25.1 7.4 　 8 2.5 　 　 　 　 　 　 　 4.1 　 2.8 曼谷湄南河 13.1 6.8 　 28 2.5 　 　 　 　 4.22 　 3.88 3.2 2.16 2.2 深圳鐵崗 10.5 6.8 37.4 15 2.5 　 　 　 　 5.69 　 3.43 　 3.02 　 新鄉(xiāng)黃河 6.6 7.8 195.2 10 3.0 　 5.02 　 5.0 　 4.72 2.69 　 1.19 0.9

　　表2表明，對(duì)所有試驗(yàn)原水，在相同加藥量(以Al2O3計(jì))下，凈化水剩余濁度隨鹽基度增大而降低。
　　圖1為鹽基度與凈化水剩余濁度關(guān)系曲線。

　　從圖1中可見(jiàn)，凈化水剩余濁度隨鹽基度增大而降低，在鹽基度為0～80%區(qū)間，降幅較大；在80%～92%區(qū)間，降幅趨緩，鹽基度為88%與92%時(shí)的剩余濁度基本接近。
　?、诓煌都恿?br> 　　不同鹽基度液體聚氯化鋁、不同投加量的混凝效果比較見(jiàn)表3。
　　由表3可見(jiàn)，不同鹽基度的液體聚氯化鋁，在不同投加量下的剩余濁度變化規(guī)律與相同投加量下基本一致。

表3　不同鹽基度PAC、不同投加量的混凝效果 鹽基度(%) 加藥量以Al₂O₃計(jì)(mg/L) 5 NTU剩余濁度時(shí) 1.5 2 2.5 3 3.5 加藥量(mg/L) 加量比(%) 凈化水剩余濁度(NTU) 45 　 21.9 11.5 6.8 4.0 3.32 106.0 65 　 19.7 11.3 5.7 3.0 3.13 100.0 85 　 4.5 2.3 1.5 1.4 1.89 60.4 88 17.3 4.4 2.1 1.4 1.0 1.87 59.7 92 13.5 4.2 2.0 1.3 　 1.82 58.1 注：原水為深圳沙河水，濁度為37.4 NTU，水溫為15 ℃，堿度為148 mg/L，pH值為7.8。

　　用不同鹽基度聚氯化鋁，將原水剩余濁度均處理到5 NTU時(shí)的加藥量，稱(chēng)為等效加藥量。表3表明，以鹽基度65%的等效加藥量為100%作參比，B=45%的加量比為106%，B=92%的加量比為58.1%,即B=92%加藥量比B=45%降低47.9%。
2.2　不同鹽基度固體聚氯化鋁混凝效果
　　不同鹽基度固體聚氯化鋁混凝效果比較試驗(yàn)表明，不同鹽基度固體聚氯化鋁在B為64%～90.6%區(qū)間、加藥量為3.5 mg/L時(shí)，凈化水剩余濁度隨鹽基度升高而降低；但加藥量＜3 mg/L時(shí)則略有上升趨勢(shì)。鹽基度為94.1%與90.6%相比較，前者的剩余濁度全面上升，但仍與鹽基度為77.6%的相近。
2.3　國(guó)內(nèi)外不同產(chǎn)品的成分與混凝效果
　　試驗(yàn)用的國(guó)內(nèi)外不同生產(chǎn)工藝、不同鹽基度的固、液體聚氯化鋁產(chǎn)品成分見(jiàn)表4。

表4　試驗(yàn)用國(guó)內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品成分 藥劑來(lái)源 氧化鋁(%) 鹽基度(%) 硫酸根 外觀 日本 11.76 54.3 有 無(wú)色透明液 加拿大 28.55 45.1 有 淡黃粉末 瑞典 28.10 73.0 無(wú) 淡黃粉末 中國(guó)新鄉(xiāng) 11.37 83.1 有 淡褐透明液 中國(guó)太倉(cāng) 34.19 0.6 無(wú) 黃色片狀

　　混凝效果比較見(jiàn)表5。

表5　國(guó)內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品的混凝效果 藥劑 鹽基度(%) 加藥量以Al₂O₃計(jì)(mg/L) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 凈化水剩余濁度(NTU) 中國(guó)新鄉(xiāng)(液體) 83.1 　 2.64 2.55 2.46 2.20 1.94 　 日本(液體) 54.3 6.22 5.19 4.58 4.20 4.17 　 　 加拿大(固) 45.1 　 5.72 4.57 3.42 3.25 3.08 　 注：原水為曼谷湄南河，濁度為13.1 NTU，水溫為28 ℃，pH為6.8。

　　無(wú)論是固體還是液體聚氯化鋁，在同等加藥量情況下，中國(guó)產(chǎn)品的混凝效果優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。
　　一般而言，按同一生產(chǎn)工藝，聚氯化鋁產(chǎn)品鹽基度越高，原材料單耗和成本越低；在水處理中的同等投加量情況下，消耗水中堿度也越少。采用適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)，液體聚氯化鋁的穩(wěn)定期可以達(dá)到1年以上，不低于傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品。液體產(chǎn)品在不同干燥過(guò)程中，鹽基度提高2%～4%左右。
　　當(dāng)鹽基度提高到85%以上時(shí)，要求有精確的投料計(jì)算和工藝控制，固液分離難度也加大，因而要采用先進(jìn)的技術(shù)。

3　結(jié)論

　　①鹽基度是聚氯化鋁產(chǎn)品的最重要質(zhì)量指標(biāo)之一，也是最重要的生產(chǎn)控制參數(shù)。
　?、贠H、Al當(dāng)量比鹽基度與混凝效果和生產(chǎn)控制條件有較好的相關(guān)性，因此，鹽基度概念仍然具有實(shí)用價(jià)值。
　?、垡后w聚氯化鋁的鹽基度指標(biāo)，考慮到生產(chǎn)控制可行性、生產(chǎn)成本和混凝效果，建議標(biāo)準(zhǔn)取值為45%～90%。
　?、芄腆w聚氯化鋁的鹽基度指標(biāo)，在液體的鹽基度取值基礎(chǔ)上，考慮干燥時(shí)鹽基度的升高，建議標(biāo)準(zhǔn)取值為45%～95%。
　?、萏岣呔勐然X產(chǎn)品的鹽基度，可大幅提高生產(chǎn)和使用的經(jīng)濟(jì)效益。鹽基度從65%提高到92%，生產(chǎn)原料成本可降低20%，使用成本可降低40%。

參考文獻(xiàn)：

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　　收稿日期：2001-05-09