| 長春市自來水公司 竇 安 坤
一九九九年九月三十日 在水的混凝處理中，一般有無機(jī)鹽類有機(jī)鹽類兩種。在我國大多水廠均采用無機(jī)鋁鹽和鐵鹽類為凈水劑。無機(jī)鹽凈水劑一般為硫酸鋁，硫酸鐵，硫酸亞鐵，三氯化鋁，三氯化鐵等等。到了二十世紀(jì)六十年代。無機(jī)鹽凈水劑又有了新的發(fā)展，研制出現(xiàn)了無機(jī)鹽絡(luò)合物凈水劑。如羥基聚合氯化鋁（簡稱PAC）。相繼又研制出聚合氯化鐵（簡稱PFC）聚合硫酸鐵（簡稱PFS），聚合硫酸鋁（簡稱PAS）等等。這些凈水劑的產(chǎn)生使水的混凝處理有了很大的提高。但由于受水的混凝條件和藥劑穩(wěn)定性的要求，大多數(shù)水廠還是應(yīng)用PAC凈水劑。具筆者了解PFS;PFC;PAS這些混凝劑的鹽基度比較低，投加濃度要求較高，如稀釋后不立即加入水中時，急易水解產(chǎn)生膠體沉淀。為此PAC應(yīng)用還是比較廣泛。公司南嶺水廠應(yīng)用PAC為凈水劑是從一九六八年開始的，當(dāng)時是以鋁灰加鹽酸于陶瓷缸內(nèi)自然反應(yīng)形成的。由于鋁灰成份含量復(fù)雜（經(jīng)監(jiān)測有三十于種化合物）故于一九八二年改用氫氧化鋁加鹽酸于反應(yīng)釜里經(jīng)加溫加壓一步形成含有羥基的聚合氯化鋁（PAC）。用此混凝劑對源水進(jìn)行混凝要比硫酸鋁（固體）好的多。其形成的礬花速度快，顆粒大。其投加量大小對水的PH值影響甚微。特別對低溫低濁和高濁源水的混凝處理效果更佳。由于生產(chǎn)此種混凝劑受生產(chǎn)設(shè)備條件限制，故其混凝效果僅是如此。但同過多年實(shí)際應(yīng)用其對水的混凝處理發(fā)現(xiàn)其仍有些不足，如在將其三氧化二鋁含量稀釋到含量低時，時間稍長時則易產(chǎn)生氫氧化鋁膠體沉淀。如何再進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性和混凝效果？對此筆者進(jìn)行了加入硫酸根離子進(jìn)行小樣研制及其對水的混凝試驗(yàn)并獲得良好結(jié)果。 一，反應(yīng)機(jī)里的探討 一般資料介紹聚合鋁的化學(xué)通式為：｛AL2（OH）nCL6－n｝m在式中 m＜10 n＜5 根據(jù)此通式，聚合鋁將有10于種化學(xué)分子式當(dāng)HCL,H2SO4與AL（OH）3反應(yīng)時，其反應(yīng)步驟為； AL（OH）3＋HCL=AL（OH）2CL＋H2O （1） AL（OH）3＋2HCL=AL（OH）CL2＋2H2O ?。?） AL（OH）3＋3HCL=ALCL3＋3H2O AL（OH）3＋H2SO4=AL（OH）SO4＋2H2O （3） 2AL（OH）3＋3H2SO4=AL2（SO4）3＋6H2O 在此反應(yīng)中，由于HCL和,H2SO4均為不足量，故ALCL3,和AL2（SO4）3分子均不存在。故所形成的產(chǎn)物都均為不足羥基的鋁鹽絡(luò)合物。如（1）（2）（3）式這些不足羥基的鋁鹽在與酸作用時，進(jìn)行著脫水縮合，聚合反應(yīng)，最后形成鋁的復(fù)鹽絡(luò)合高分子聚合物。此時反應(yīng)如下： 4｛AL（OH）2CL｝＋H2SO4＋4HCL=｛（AL4（OH）2CL8）SO4｝＋6H2O （4） 4｛AL（OH）CL2｝＋H2SO4=｛（AL4（OH）2CL8）SO4｝＋2H2O （5） Al（OH）SO4＋8HCL＋3AL（OH）3=〔｛AL4（OH）2CL8｝SO4〕＋8H2O （6） 此時形成的（4）（5）（6）化學(xué)反應(yīng)分子式，可視為： 〔｛AL2n（OH）nCL5n－2k｝SO4k〕m 通式的一種型式。即一硫酸根為架橋的羥基聚合氯化鋁。 在式中：m－－－絡(luò)合物結(jié)合數(shù)目
n－－－羥基數(shù)目
k－－－硫酸根數(shù)目 在此通式中，M值越大其分子量也越大，其混凝效果也越佳。此結(jié)論可通過在對硫酸鋁和雙酸根聚合鋁在其含三氧化二鋁相等時的混凝試驗(yàn)沉淀后濁度值大小比較而知。（混凝試驗(yàn)結(jié)果附后）
為了提高含硫酸根的羥基聚合氯化鋁的混凝效果，筆者在小樣試驗(yàn)中將物料反應(yīng)，聚合分四個階段進(jìn)行。反應(yīng)溫度控制在150—160℃?？s合溫度控制在100—120℃。聚合溫度控制在95---100℃。自凝溫度控制在30---80℃。此操作目的就是探討提高其M值。以獲得其最佳混凝效果。 二，小樣試驗(yàn) ㈠一九八八年十二月三日試驗(yàn)：
⒈物料標(biāo)準(zhǔn)；AL（OH）3:含AL2O3;64％ HCL ; 31％ H2SO4:96％
?、参锪吓浔龋篈L（OH）3: HCL : H2SO4= 1 : 2.16 : 0.236
⒊控制參數(shù)：⑴溫 度： ⑵壓 力：⑶反應(yīng)時間： ⑷聚合時間；⑸出料自凝時間：
⒋產(chǎn)品質(zhì)量：⑴母液AL2O3含量 : 18.87％ ⑵鹽基度：48.0％ ⑶比 重：1.42
?、艫L（OH）3中AL2O3轉(zhuǎn)化率：84％
⑶SO4－2含量： 成品中AL2O3含量10.0％時為： 4.29％
成品中AL2O3含量8.0％時為：3.4％
㈡一九九七年九月十八日試驗(yàn)：
?、蔽锪蠘?biāo)準(zhǔn)；AL（OH）3: 含AL2O364％ HCL ; 31％ H2SO4: 94％
?、参锪吓浔?；AL（OH）3 ; HCL : H2SO4==1 ; 2.078 : 0.25
?、晨刂茀?shù)；⑴溫度；⑵壓力；⑶反應(yīng)時間；⑷聚合時間；⑸出料自凝時間
?、串a(chǎn)品質(zhì)量；⑴母液AL2O3含量：16.74％ ⑵鹽基度：44.75％ ⑶比重：1.43?、華L（OH）3中AL2O3轉(zhuǎn)化率：80％ ※混凝試驗(yàn)結(jié)果：此藥劑含AL2O38.0％時.達(dá)到固體硫酸鋁（AL2O315％）的效果。 ㈢一九七九年九月二十六日試驗(yàn)：
?、蔽锪蠘?biāo)準(zhǔn)：AL（OH）3 : 含AL2O364％ HCL : 31％ H2SO4: 94％
?、参锪吓浔龋篈L（OH）3: HCL : H2SO4==1 : 2.14 : 0.219
?、晨刂茀?shù)：⑴溫度；⑵壓力；⑶反應(yīng)時間；⑷聚合時間；⑸出料自凝時間：
?、串a(chǎn)品質(zhì)量：⑴母液AL2O3含量：16.9％；⑵鹽基度：44.0％；⑶比重:1.42；⑷AL（OH）3中AL2O3轉(zhuǎn)化率：85％
㈣一九九七年九月二十八日試驗(yàn)：
?、蔽锪蠘?biāo)準(zhǔn)：AL（OH）3:AL2O364％ HCL: 31％ H2SO494％
?、参锪吓浔龋篈L（OH）3: HCL : H2SO4= 1 : 2.3075 : 0.2104
?、晨刂茀?shù)：⑴溫度；⑵壓 力；⑶反應(yīng)時間； ⑷聚合溫度；⑸自凝時間；⑹反應(yīng)初始排空時間
?、串a(chǎn)品質(zhì)量：⑴母液AL2O3:17.18含量％； ⑵鹽基度：46.45％；⑶比重：1.46；⑷SO4－2含量：在AL2O3含量為10.0％時：3.44％，在AL2O3含量為8.0％時：2.75％；⑸AI（OH）3中AL2O3轉(zhuǎn)化率：86.8％ 三，工藝操作控制 ?、盼锪衔赐都忧耙獧z測物料成份。各種物料均以重量計(jì)算。（氫氧化鋁以干量計(jì)，折合含水量加入）
?、拼蜷_反應(yīng)釜進(jìn)料閥門。加入物料時，先加入酸后，啟動攪拌漿邊攪拌邊加入氫鋁。
?、羌油晡锪虾螅P(guān)閉進(jìn)料閥門。打開加熱閥門，打開排空閥門。加壓供熱。在釜溫達(dá)到30---40℃三分鐘后，關(guān)閉排空閥門。（上述小樣試驗(yàn)未進(jìn)行排空如用大釜生產(chǎn)時，為保持釜內(nèi)壓力穩(wěn)定可進(jìn)行排空）
⑷關(guān)閉排空閥。供熱加壓。當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到一定時。保持?jǐn)?shù)小時。此時停止加熱。保持?jǐn)嚢?，待釜?nèi)壓力降到0.1—0.15mpa時，打開出料孔利用釜內(nèi)余壓將物料徐徐壓入聚合槽內(nèi)。
?、稍诰酆喜蹆?nèi)物料在常溫自凝數(shù)小時以上。后將其配制成含AL2O310％的液體。
并放入成品槽內(nèi)。
?、视脡毫Ρ脤⒕酆喜鄣椎奈捶磻?yīng)的固體氫氧化鋁液體壓入框架式壓濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行壓濾。液料放入成品槽里。固料再應(yīng)用。 四，混凝試驗(yàn) ㈠試驗(yàn)?zāi)康模?/b>
本此試驗(yàn)是用含硫酸根離子的PAC與不含硫酸根離子的PAC,固體硫酸鋁在同等商品量值下，在同等條件下，它們混凝效果比較。
㈡試驗(yàn)條件：
1試驗(yàn)的源水均為水廠未處理的源水。
2藥劑濃度：均為重量比1.0％商品量。其中AL2O3％含量如下
PAC ：10.0％ PASC ：8.0％ AL2（SO4）3：15.6％（以AS表示）
3混凝攪拌條件：
急速攪拌：1.2m／s 慢速攪拌：0.09m／s
第一組；急速攪拌3.0min 慢速攪拌10.0min自然沉淀10.0min
第二組：急速攪拌3.0min 慢速攪拌20.0min 自然沉淀10.0min
第三組：急速攪拌2.0min 慢速攪拌36.0min 自然沉淀10.0min
第四組：急速攪拌1.0min 慢速攪拌36.0min 自然沉淀10.0min
㈢實(shí)驗(yàn)器具：
1濁度儀：美國哈斯公司 21009型號 00.1—100 ntu
2攪拌器：潛江儀器廠 SC 956型
㈣混凝試驗(yàn)結(jié)果： 第一組：一九九七年四月二十三日 伊通河源水 | 源 水 | 藥劑加 | 剩 余 濁 度 ntu | | 水量ml | 濁度ntu | 水 溫 | Ph | 入量ml | AS | PAC | PASC | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 2.0 | 24.6 | 30.7 | 27.0 | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 2.5 | 15.5 | 22.6 | 17.0 | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 3.0 | 11.4 | 17.9 | 11.3 | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 3.5 | 10.0 | 11.3 | 6.3 | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 4.0 | 6.8 | 10.2 | 5.4 | | 1000 | 120 | 6.0 | 7.4 | 4.5 | 5.8 | 9.3 | 4.4 | 第二組：一九九七年八月七日 伊同河源水 | 源 水 | 藥劑加 | ?！?余 濁 度 ntu | | 水量ml | 濁度ntu | 水 溫 | Ph | 入量ml | AS | PAC | PASC | | 1000 | 130 | 20 | 7.4 | 3.0 | 11.3 | 14.3 | 10.6 | | 1000 | 130 | 20 | 7.4 | 3.5 | 9.7 | 12.4 | 7.3 | | 1000 | 130 | 20 | 7.4 | 4.0 | 8.9 | 11.6 | 6.4 | | 1000 | 130 | 20 | 7.4 | 4.5 | 8.4 | 10.2 | 5.3 | 第三組：一九九七年八月十八日 石頭口門水庫源水 | 源 水 | 藥劑加 | ?！?余 濁 度 ntu | | 水量ml | 濁度ntu | 水 溫 | Ph | 入量ml | AS | PASC | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 2.5 | 9.8 | 7.6 | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 3.0 | 9.0 | 6.2 | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 3.5 | 6.6 | 5.9 | 第四組：一九九七年八月二十三日 石頭口門水庫源水 | 源 水 | 藥劑加 | 剩 余 濁 度ntu | | 水量ml | 濁度ntu | 水 溫 | Ph | 入量ml | PAC＋0.2mlSiO2 | PASC | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 2.5 | 6.8 | 6.4 | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 3.0 | 6.1 | 4.9 | | 1000 | 89 | 20 | 8.0 | 3.5 | 4.8 | 4.2 | 五，性能和效果的探討 經(jīng)上述混凝試驗(yàn)和作不同濃度水解分析。筆者認(rèn)為在用氫氧化鋁制作羥基聚合氯化鋁時（PAC），加入適量硫酸后會提高其混凝效果。同時也會大大提高其穩(wěn)定性。其具備為：
?、搴辛蛩岣x子的聚合鋁其混凝效果要高出固體硫酸鋁和普通PAC。一般可達(dá)到百分之二十左右。也可以說在達(dá)到同等剩余濁度時其藥劑用量可降低百分之二十以上。由于試驗(yàn)時所用的含硫酸根PAC中AL2O3含量僅為8.0％。如用AL2O3含量為10.0％時，其藥劑降量要高出30％以上。
㈡穩(wěn)定性好。筆者將其AL2O3含量稀釋到1.0％時，于兩周內(nèi)沒有發(fā)生沉淀有水解物產(chǎn)生。而硫酸鋁僅能保持一天，不含硫酸根離子的PAC也就保持一周。
?、缙渑c源水混凝時，形成礬花速度快顆粒大顆粒形成緊密。筆者用慢速攪拌30min后，其顆粒亦不破碎。
?、鑼υ此幕炷m應(yīng)能力比較強(qiáng)。無論低溫低濁或常溫高濁其都有較強(qiáng)的凝聚力。 | 
