聚合氯化鋁是近幾十年來發(fā)展較快的水處理劑之一，與傳統(tǒng)藥劑相比，具有用量少、成本低、凈化水質(zhì)優(yōu)、使用方便等一系列特點，甚至在某些情況下比聚合硫酸鐵，還具有更寬的水質(zhì)適應范圍和混凝沉降效果，目前正迅速取代傳統(tǒng)鋁鹽水處理藥劑。因此，研究聚合氯化鋁性能已經(jīng)成為水處理領域的一個熱點。作為聚合氯化鋁重要技術質(zhì)量標準之一的鹽基度（鹽基度B=n(OH^-)/n(1/3Al³⁺)×100%），與聚合氯化鋁水溶液中鋁的形態(tài)分布有密切的聯(lián)系，它直接影響到藥劑的混凝性能、處理后的水質(zhì)和水處理的成本。雖然研究者們對鹽基度與混凝性能之間的關系，已經(jīng)取得了較一致的實驗結(jié)果和認識，但是就有關鋁鹽凈水劑中鋁的形態(tài)分布、鋁的優(yōu)勢形態(tài)及其與混凝性能之間的關系等，尚未取得一致認識。為了進行不同聚合氯化鋁樣品鹽基度、鋁的形態(tài)與混凝性能關系的研究，制備了含鈣聚合氯化鋁（CaPAC）和純聚合氯化鋁（PAC）。研究考察了不同鹽基度的CaPAC、PAC混凝除濁性能，分析探討了鋁形態(tài)隨鹽基度的變化規(guī)律，旨在對聚合氯化鋁混凝劑的研究開發(fā)和生產(chǎn)應用提供參考和指導作用。

一、分析方法

水樣濁度的測定采用硫酸肼法，使用722型光柵分光光度計，在波長為680nm條件下測定吸光度，并根據(jù)標準曲線計算濁度。

各種聚合氯化鋁鹽基度的測定，根據(jù)聚合氯化鋁國家標準檢測方法進行測定；聚合氯化鋁溶液中鋁的形態(tài)分布Ala、Alb和Alc的分析測定，采用Ferron逐時絡合比色法，F(xiàn)erron試劑采用Sigma公司分析純試劑，測定中所用的其他試劑也均為分析純。

二、結(jié)果與討論

1、不同鹽基度聚合氯化鋁中鋁的形態(tài)分布

采用Ferron逐時絡合比色法分析不同鹽基度的聚合氯化鋁水溶液中鋁的形態(tài)分布規(guī)律。Ferron比色法的基本原理，是依據(jù)Ferron試劑與PAC或CaPAC中羥基基團競爭鋁離子的配合動力學差異來分析其中鋁的形態(tài)分布。該方法將聚合氯化鋁中鋁的形態(tài)分為三類：Ala（絡合反應時間<1min），為瞬時反應的單體及低聚態(tài)；Alb（絡合反應時間在1-120min），為緩慢反應的低聚合態(tài)和中等聚合形態(tài)；Alc（反應時間>120min），為較慢的絡合反應，代表絡合反應的是高聚合態(tài)及氫氧化鋁沉淀。表1和表2為不同鹽基度的CaPAC和PAC用Ferron逐時絡合比色法測定的鋁的形態(tài)分布組成。

表1 不同鹽基度CaPAC中鋁的形態(tài)分布

表2 不同鹽基度PAC中鋁的形態(tài)分布

從表1可看出，隨著鹽基度從小到大的變化，對CaPAC而言，Ala含量相應由高逐漸降低、Alc含量則由小變大，兩者分別呈現(xiàn)好的正負相關性。其中能夠代表聚合態(tài)存在的Alb+Alc含量一直隨著鹽基度的增加而增加，這說明高堿度有利于鋁向中、高聚合態(tài)轉(zhuǎn)化；而Alb隨鹽基度變化規(guī)律性沒有Ala、Alc含量隨鹽基度變化的規(guī)律好，即Alb隨鹽基度增加而變化的相關性不明顯，但是Alc隨鹽基度的增加而升高明顯，表現(xiàn)出較好的相關性。

由表2可知，對于PAC而言，Ala、Alb+Alc變化規(guī)律與CaPAC中Ala、Alb+Alc變化規(guī)律相同；當鹽基度在35.34%-87.81%范圍內(nèi)增加的時候, Alb含量不斷升高，呈現(xiàn)較好的正相關性；當鹽基度為69.69%時，Alc逐步增加到較大；當鹽基度為87.81%時, Alc含量又有所降低，這是因為在該高鹽基度樣品制備的過程中，堿量增加后溶液沉淀明顯增加。為了促進沉淀溶解，所以加熱濁液，使得高溫條件下以膠態(tài)存在的Alc有部分開始向中聚態(tài)的Alb轉(zhuǎn)化，即高溫（>90℃）加熱時，Alc→Alb。與表1中明顯不同的是，在表2中Alb隨著鹽基度的增加而不斷升高，Alc的變化則較平緩。上述有關CaPAC和PAC的鹽基度與鋁形態(tài)分布之間的變化關系，基本上與有關文獻報道相似。

由表1和表2鋁形態(tài)分布與鹽基度關系可知，當制備聚合氯化鋁混凝劑時，由于所采用的原料和工藝方法不同，當鹽基度逐漸升高時，并不是所有樣品中的Alc都一直升高，在PAC和CaPAC中，Alb和Alc隨鹽基度的變化規(guī)律并不是完全相同。

2、處理模擬水樣的混凝效果

在自來水中加入一定量的膨潤土配制具有一定濁度的水樣。本實驗中所配制的模擬水樣在680nm的吸光度為Ao=0.360，對應的濁度為165NTU，水樣pH為6.8-7.0。在混凝試驗過程中，當聚合氯化鋁混凝劑的投加質(zhì)量濃度為10.0mg/L（以Al₂O₃計算，下同），聚合氯化鋁鹽基度與余濁的關系見圖1。

從圖1可知，模擬水樣加藥混凝凈化處理時，剩余濁度隨著CaPAC、PAC鹽基度的增加而降低。當鹽基度在30%-60%范圍增加時，CaPAC處理后水的余濁降幅較大；在60%-90%，降幅趨于緩和，凈化水余濁基本接近。而對于PAC，當鹽基度在30%-50%范圍增加時，凈化水余濁降幅更加明顯；在50%-90%，凈化水余濁基本接近，余濁變化不大。

比較兩者在不同鹽基度時的混凝效果可知，在整個鹽基度由小到大的變化范圍內(nèi)，CaPAC的混凝性能均優(yōu)于PAC，這一差別在低鹽基度范圍內(nèi)更大，而在高鹽基度范圍內(nèi)變化時，二者之間的差別縮小。總的來說，CaPAC除濁效果好于PAC。其原因應是由于在CaPAC中多核羥基鋁形態(tài)與帶正電Ca²⁺形成了鋁鈣異核水合物，這種異核水合物的帶電量要高于一般的不含鈣的鋁形態(tài)，因而使得Zeta電位升高，在混凝過程中該類混凝劑表現(xiàn)出較高的電中和能力和較好的除濁效果。可見，采用不同原料和不同的制備方法所得到的聚合氯化鋁混凝劑，鹽基度在30%-90%內(nèi)變化時，雖其產(chǎn)品中氧化鋁含量相同，但因原料和工藝條件的差異，使得產(chǎn)品的混凝性能也有差異。

由表1和表2可知，在較高鹽基度（>60%）條件下，CaPAC中占優(yōu)勢的鋁的形態(tài)為Alc，而PAC占優(yōu)勢的鋁的形態(tài)卻為Alb，但從圖1得知，在整個鹽基度的變化范圍內(nèi)，CaPAC的混凝性能均優(yōu)于PAC。可見，一般認為的Alb是聚合氯化鋁類混凝劑中主要有效成分和Alc含量高將不利于混凝的結(jié)論，并不能對上述結(jié)果進行合理的解釋。因此，對有關聚合氯化鋁類混凝劑中究竟哪些鋁的形態(tài)分布是使混凝性能提高的主要優(yōu)勢形態(tài)，仍需進行更加深入的研究。

3、處理地表水的混凝效果

本實驗采用的地表水實際水樣取自廣東西江水，水樣的初始濁度為19.4NTU，pH6.79。采用具有不同鹽基度的CaPAC和PAC對該地表水進行混凝處理試驗，混凝處理的試驗方法同前。

圖2和圖3顯示了不同鹽基度聚合鋁的加藥量與余濁之間的關系。

從圖2、圖3可以看出，經(jīng)過混凝處理的地表水水樣，其剩余濁度隨著混凝藥劑投加量的增加迅速降低，而后期濁度的變化趨于平緩。同時可以發(fā)現(xiàn)，對于同一類型的混凝劑CaPAC或PAC而言，在相同投藥量條件下，鹽基度高的比鹽基度稍低的產(chǎn)品的混凝性能好，處理后水樣的剩余濁度低，這一實驗結(jié)果與處理模擬水樣的試驗結(jié)果基本相似。

另外，比較圖2和圖3還可知，對于CaPAC和PAC而言，在相同鹽基度和相同投藥量情況下，CaPAC的混凝效果稍好于PAC。這一結(jié)果可以從圖4的試驗結(jié)果更加明確的看出，當CaPAC和PAC加藥質(zhì)量濃度為3.0mg/L或5.0mg/L時，在相同加藥量時，CaPAC混凝除濁效果明顯優(yōu)于PAC，處理后水樣剩余濁度隨著鹽基度的增加而減少，余濁和鹽基度具有較好的相關性。總之，與PAC相比，CaPAC表現(xiàn)出相對較好的混凝除濁性能。該結(jié)論同CaPAC和PAC處理模擬水樣的結(jié)論相似（見圖4）。

三、結(jié)論

1、制備的CaPAC系列液體混凝劑的Ala含量隨樣品鹽基度增加具有較好的負相關性，Alc含量隨樣品鹽基度增加具有較好的正相關性，而Alb含量的變化卻于鹽基度無明顯的對應關系。對于PAC而言，Ala與鹽基度也具有較好的負相關性，Alb含量卻與鹽基度呈現(xiàn)正的相關性，Alc與隨鹽基度增加未表現(xiàn)出明顯的對應關系。

2、在混凝除濁方面，兩種系列的聚合氯化鋁混凝劑隨著鹽基度的增加，其混凝除濁性能明顯得到增強；CaPAC較PAC有更好的混凝除濁效果。CaPAC與PAC之間的混凝性能差異，一方面與其中鋁的形態(tài)分布不同有關，另一方面也應當與CaPAC中的鋁-鈣復合異核絡合物形成有關。

3、鑒于CaPAC與PAC中Alb、Alc隨鹽基度變化所表現(xiàn)出的不同趨勢，以及該兩類混凝劑所具有的混凝性能的差異，目前尚不能用混凝劑中Alb或Alc含量的多少作為統(tǒng)一標準，來衡量某混凝劑混凝效果的好壞。但是，無論是CaPAC還是PAC，其混凝性能均隨鹽基度的增加而升高。因此，無論是從混凝劑的生產(chǎn)出發(fā)，還是考慮到在水處理中的實際應用效果，生產(chǎn)和應用具有較高鹽基度的混凝劑是節(jié)能增效的有效途徑。