摘要：通過實驗表明了液體聚合氯化鋁使用中條件（稀釋、投加量、沉降時間）變化對混凝沉淀效果的影響，初步得出其較佳的使用條件范圍。
混凝沉淀是地面水凈化處理工藝的主要單元，在原水理化指標、藥劑品種、凈化構筑物性能確定的條件下，混凝劑的正確使用是保證高凈化水質、高產水量、低凈化成本的關鍵因素。這一因素的研究很少見諸文獻。就目前來看，某自來水公司各水廠在使用本公司的液體聚合氯化鋁方法上，有不同的投加量、不同的稀釋倍數和不同的沉降時間。我們對此進行了專門研究，希望這一研究結果能對使用聚合氯化鋁的水廠運行、技改挖潛、新廠設計起到一定參考作用。
1、實驗條件
實驗用原水取自筆架山水廠東湖水庫輸水管出口，水溫約20℃，原水濁度約5NTU。
實驗用原液為本廠生產的液體聚合氯化鋁，其Al2O3含量為10.88%，鹽基度78.2。為了與本公司各水廠使用條件相對應，將其稀釋至Al2O3含量8.05%、密度1.180。
實驗用10倍稀釋液是取10mL 8.05%的液體聚合氯化鋁，在100mL容量瓶中定容稀釋，即配即用。
實驗用100倍稀釋液是取10mL 8.05%的液體聚合氯化鋁，在1000mL容量瓶中定容稀釋，即配即用。
混凝攪拌實驗方法：在6個大燒杯中各裝入1000mL原水，分別加入一定量的混凝劑，保證同一時刻加入，立即以150rpm的轉速攪拌2min，接著以50rpm的轉速攪拌5min，靜置沉降，比較其余濁。
實驗用主要儀器：湖北潛江通用儀器廠SYW-881六聯攪拌器；美國HACH-2100N型濁度儀。
2、混凝劑投加量對混凝沉淀效果的影響
在相同原水、相同攪拌條件下，加入不同量的混凝劑，比較其相同時刻的余濁，可以看出投加量變化對混凝沉淀效果的影響。
在6個大燒杯的原水中分別加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL的100倍稀釋液進行混凝攪拌實驗，比較靜置20min、60min時的余濁，結果見表1。
表1 混凝劑投加量對混凝沉淀效果的影響
| 投加量/mL | CA/mg·L-1 | 靜置20min后余濁/NTU | 去濁率/% | 靜置60min后余濁/NTU | 去濁率/% |
| 0.5 | 0.475 | 4.20 | 0 | 3.70 | 11.9 |
| 1.0 | 0.950 | 3.22 | 23.3 | 1.95 | 53.6 |
| 1.5 | 1.425 | 1.04 | 75.2 | 0.76 | 81.9 |
| 2.0 | 1.900 | 0.71 | 83.1 | 0.35 | 91.7 |
| 2.5 | 2.375 | 0.62 | 85.2 | 0.24 | 94.3 |
| 3.0 | 2.850 | 0.52 | 87.6 | 0.16 | 96.2 |
注：CA為水中加入混凝劑的Al2O3折實濃度，以下相同；原水濁度4.20NTU。
從表1可看出，投加量增加對混凝沉淀效果的影響有一定規律，可將其分為三個區：
1）CA＜1.425mg/L，在這區間聚合氯化鋁投加量低，余濁較高，增加投加量能有效地提高去濁率。
2）1.425mg/L≤CA＜1.900mg/L，這區間中，隨投加量增加，去濁率仍然有所提高，但提高幅度變小，說明投加量已經足夠。在這區間，去濁率高，余濁低，聚合氯化鋁耗用量小，是投加的較佳區域。
3）CA≥1.900mg/L，在這區間，隨投加量增加，去濁率提高很少，CA從1.900mg/L增加到2.850mg/L，增加了50%，而20min、60min去濁率均僅提高4.5%，說明CA大于1.900mg/L以上所增加的投加量已接近無效投加，造成浪費。
取聚合氯化鋁原液或10倍稀釋液重復本實驗，均得出同樣結論。
3、沉降時間對混凝沉淀效果的影響
在1000mL原水中加入聚合氯化鋁原液，進行混凝攪拌實驗，趁未沉降時迅速取樣于濁度儀的測樣管中，讓水樣在測樣管中沉降，結果見表2。
表2 沉降時間對混凝沉淀效果的影響
| 靜置時間/min | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 余濁/NTU | 2.17 | 1.82 | 1.55 | 1.47 | 0.96 | 0.96 | 0.89 | 1.01 |
| 去濁率/% | 58.0 | 64.8 | 70.0 | 71.6 | 81.4 | 81.4 | 82.8 | 80.5 |
注：CA=1.187mg/L，原水濁度5.17NTU。
以10倍稀釋液和100倍稀釋液在CA=1.187mg/L時重復以上步驟，得到相同結果。
4、混凝劑稀釋倍數對混凝沉淀效果的影響
以相同的原水，相同Al2O3折實濃度下的混凝攪拌實驗來比較原液、10倍稀釋液、100倍稀釋液的混凝沉淀效果，可以得到混凝劑稀釋倍數對于混凝沉淀效果的影響。
混凝劑投加量為CA=1.425mg/L，并做一平行實驗，得到去濁率平均值，結果見表3。
表3 混凝劑投加量CA=1.425mg/L去濁率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | |
| 原液15μL | 1.39 | 73.1 | 0.57 | 89.1 | 0.49 | 89.6 | 0.36 | 93.0 |
| 原液15μL | 1.35 | 0.54 | 0.57 | 0.35 | ||||
| 10倍稀釋液0.15mL | 1.59 | 70.7 | 0.56 | 87.0 | 0.43 | 91.1 | 0.36 | 92.8 |
| 10倍稀釋液0.15mL | 1.40 | 0.77 | 0.48 | 0.37 | ||||
| 100倍稀釋液1.5mL | 1.40 | 73.3 | 0.53 | 88.9 | 0.48 | 91.1 | 0.37 | 93.5 |
| 100倍稀釋液1.5mL | 1.32 | 0.60 | 0.43 | 0.29 | ||||
注：原水濁度5.10NTU。
改變混凝劑投加量為CA=1.900mg/L，結果見表4。
表4 混凝劑投加量CA=1.900mg/L去濁率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | 余濁/NTU | 去濁率/% | |
| 原液20μL | 0.60 | 85.2 | 0.45 | 89.8 | 0.35 | 92.2 | 0.32 | 92.7 |
| 原液20μL | 0.78 | 0.50 | 0.38 | 0.36 | ||||
| 10倍稀釋液0.2mL | 0.96 | 80.6 | 0.56 | 88.9 | 0.41 | 91.7 | 0.39 | 92.3 |
| 10倍稀釋液0.2mL | 0.85 | 0.47 | 0.36 | 0.33 | ||||
| 100倍稀釋液2mL | 0.98 | 82.1 | 0.51 | 91.0 | 0.46 | 91.4 | 0.38 | 92.6 |
| 100倍稀釋液2mL | 0.69 | 0.33 | 0.34 | 0.31 | ||||
注：原水濁度5.10NTU。
從以上兩組數據來看，在相同濃度的CA下，原液直接投加，10倍稀釋液投加或100倍稀釋液投加的混凝沉淀效果并沒有明顯區別。所以，在保證液體聚合氯化鋁投加時能迅速攪拌均勻的前提下，水廠可采用原液直接投加或不同稀釋倍數投加。如果生產實際中攪拌混合條件欠佳，建議采用稀釋投加方式。
5、結論
混凝沉淀過程受到一系列可變因素的影響，這些因素包括：原水中膠體雜質的理化性質、pH值范圍、水溫、水中共存離子的種類以及混凝劑的品種、性能、濃度、投加方式、攪拌條件等。在原水理化指標、藥劑品種、攪拌過程確定的條件下，混凝沉淀過程主要由三個因素所決定：混凝劑稀釋倍數、投加量及沉降時間。
1）從混凝攪拌實驗來看，由于攪拌混合均勻，所以稀釋對于混凝沉淀效果并無明顯影響。但考慮到生產實際中攪拌混合不均勻的問題，建議采用稀釋后投加，稀釋倍數以能盡量達到攪拌混合均勻的目的來確定。
2）在稀釋倍數和沉降時間確定時，投加量決定了余濁大小，但余濁并不是隨投加量的不斷增加而不斷降低的，過量的投加將造成浪費。根據實驗結果，投加濃度CA為1.425-1.900mg/L。
3）在稀釋倍數和投加量確定時，水廠的沉降時間決定了出廠水的濁度。沉降時間低于50min時，余濁隨沉降時間延長而降低，沉降時間高于50min時，余濁已經穩定，不再降低。
4）增加投加量和延長沉降時間均可提高混凝沉淀的效果。對水廠來說，在沉淀池要求出水濁度一定的前提下，適當增加投加量可以縮短沉降時間，提高產水量；而延長沉降時間可以有效降低投加量，從而降低生產成本。所以，水廠可以根據自身的條件，選擇合適投加量和沉降時間，達到較優化目的。
5）各水廠的沉降時間不同，各種混凝劑在不同投加量、不同投加方式下的沉淀速度也不同，因此，當以混凝攪拌實驗來衡量一種混凝劑的混凝沉淀效果時，應根據自己的工藝特點和混凝劑的沉降曲線來確定混凝攪拌實驗時間，才能評選出較適合水廠生產要求的混凝劑和符合濁度要求的較佳投加量。
