王志紅¹，崔福義²
（1．廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院，廣東 廣州 510643；2．哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090）

　　摘　要：通過飲用水除鋁的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，研究了水溫、pH值對(duì)殘余鋁的影響。提出了殘余鋁隨水溫升高呈增加趨勢(shì)、最佳混凝pH值隨水溫的升高而降低的觀點(diǎn)。當(dāng)水溫14℃時(shí)，在使用減式氯化鋁時(shí)，混凝反應(yīng)的最佳pH值為7.5。通過調(diào)整水的pH值，可以改變?nèi)芙怃X和顆粒鋁的比例，從而改善殘余鋁的去除中。
　　關(guān)鍵詞：飲用水；鋁離子；給水處理
　　中圖分類號(hào)：TU991.22；TU991.23
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）02－0015－03

Factors Affecting Removal of Residual Aluminum in Portable Water
WANG Zhi-hong1, CUI Fu-yi2
(l‘ W of Constnatfo4 Guangdong Industrial University Guangzhou 510643, China; 2. College of Municipal Environmental Engineering, Harbin 150090, China)

　　Abstract: The effects of temperature and pH value of water on residual aluminum have been studied through productive tests of aluminum removal from drinking water, with a viewpoint proposed that residual aluminum tends to increase with the rising of water temperature. When water, temperature is l4℃ and basic aluminum chloride is used, the optimum pH value of water , the ratio of dissolved aluminum to solid aluminum can be changed, so that the removal rate of residual aluminum can be improved.
　　Keywords: drinking water; aluminum ion; feed water treatment

　　建設(shè)部頒布的《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》中首次將鋁列為飲用水水質(zhì)控制指標(biāo)之一^[1]。在我國(guó)新的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（2001年)中，也已明確將鋁作為其中一項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，規(guī)定一、二類水的飲用水中鋁的質(zhì)量濃度不得高于0．2mg／L。
　　對(duì)全國(guó)部分城市的飲用水水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明：一以用的質(zhì)量濃度不超過0．2mg/L為標(biāo)準(zhǔn)，所調(diào)查的全國(guó)40座城市中有32．5％的城市飲用水鋁濃度超標(biāo)，東北地區(qū)超標(biāo)的城市則高達(dá)76．9％^[2]。同時(shí)，我國(guó)的鋁濃度控制指標(biāo)還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，如美國(guó)和歐共體等通行的指標(biāo)是飲用水中鋁的質(zhì)量濃度不超過0．05mg／L^[3]。因此，研究飲用水中鋁的去除是亟待解決的有普遍意義的課題。
　　在實(shí)驗(yàn)室小試的基礎(chǔ)上，在黑龍江賓縣自來水廠進(jìn)行了生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)，就確定水廠最優(yōu)的水力和化學(xué)條件、選擇合適的工藝參數(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了研究，重點(diǎn)探討了水溫、pH值對(duì)殘余鋁的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　為考察水溫變化的影響，實(shí)驗(yàn)安排在兩個(gè)時(shí)期：6－7月份和10－11月份，6－7月份的水溫在 8－18℃之間，10－11月份的水溫在 0－2℃左右。以沉淀池水溫值表示。
　　根據(jù)原水的水質(zhì)情況，通過SC－3000A型單因子混凝投藥控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)投藥量，保證沉定池的出水濁度滿足實(shí)驗(yàn)要求。
　　取總沉水和濾后水為研究水樣，隔1．5－2h取一次樣，測(cè)其濁度、鋁含量、pH值等水質(zhì)參數(shù)；原水的濁度、鋁離子、pH值、水溫等，每天測(cè)一次。
　　用分光光度法測(cè)濁度。鋁試劑分光度法測(cè)鋁。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 pH值的影響
　　由于水中顆粒鋁主要以兩性氫氧化物的形式存在，因此，pH值對(duì)顆粒鋁的水解和溶解有著重要的影響。顆粒鋁溶解后轉(zhuǎn)化成溶解鋁，在混凝澄清工藝中較難去除，但顆粒鋁可以通過除濁取得較好的去除效果。當(dāng)沉淀水殘余鋁的質(zhì)量濃度在0.15mg／L以下時(shí)，通過過濾工藝可使出水殘余鋁的質(zhì)量濃度控制在0.05mg／L以下[4]。作者認(rèn)為pH值對(duì)余鋁的重要影響主要表現(xiàn)在：①影響鋁鹽混凝劑的水解程度，從而影響除濁的效果；②混凝劑水解形態(tài)的不同，顆粒鋁與溶解鋁的比例也不相同，從而影響水中鋁的去除難易程度；③影響溶解鋁的含量（在出水濁度較低時(shí)，也就一定程度上反映了出水余鋁的含量）。
　　由于水廠整個(gè)流程基本不進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，這部分實(shí)驗(yàn)采用如下方法進(jìn)行：選擇原水水樣進(jìn)行燒杯實(shí)驗(yàn)，先固定一些參數(shù)，如原水濁度18NTU（±0.5NTU），水溫14℃，堿式氯化鋁投藥量保持不變，考慮到水廠的pH值全年變化范圍為7．0－8．5，相應(yīng)調(diào)節(jié)水樣的pH值，測(cè)沉淀后水樣的濁度、余鋁和pH值。取濁度值7．0±0.1NTU的沉淀水水樣分析余鋁和PH值的關(guān)系，可認(rèn)為余鋁的變化是由pH值的變化造成，結(jié)果如圖1所示。

　　圖1表明：在水溫14℃時(shí)除濁的最佳PH值為7．5左右，所對(duì)應(yīng)的余鋁的質(zhì)量濃度為0.12－0．13mg／L。以0.15mg／L作為界限值，則表現(xiàn)為：在PH值7.06－7.88范圍內(nèi)，殘余鋁的質(zhì)量濃度基本保持在0.15mg／L以下；pH值超出此范圍殘余鋁的質(zhì)量濃度高于0.15mg／L的界限值，增加了后續(xù)過濾工藝的負(fù)荷。
　　產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是：在總沉水的pH值環(huán)境（7.0－8.5）下，鋁在水中形態(tài)主要有4種^[5]：Al（OH）₃（s），Al₁₃（OH）34⁵⁺，Al（OH）₄^-，Al3+。平衡方程式如下：

　　　　　　　

　　考慮到PH值呈略堿條件下，［Al3+]的量很低，可以忽略不計(jì)，溶解鋁的含量主要取決于［Al（OH）₄^-］和［Al₁₃（OH）₃₄⁵⁺］。筆者試圖從溶度積的角度計(jì)算出該最佳pH值，查閱資料后發(fā)現(xiàn)不同資料提供的溶度積常數(shù)不同，這反映出溶解鋁的存在形態(tài)很復(fù)雜，至今并沒有一個(gè)很準(zhǔn)確的描述，比較難以進(jìn)行定量推導(dǎo)，只能作一定的預(yù)測(cè)。方程式（2）說明［Al（OH）4-］與[H+］呈反比關(guān)
系，則pH值升高，[Al（OH）4-］也增加。方程式（3）顯示［Al13（OH）345+］正比于[H+]的五次方；即［Al13（OH）345+］隨pH值的升高而降低，因此作如下推導(dǎo)：

　　　　　　　　

　　又有d²S／dC²=2A／C³+20BC³＞0，所以S存在一個(gè)最小值，對(duì)應(yīng)的pH值為除鋁的最佳pH值。
　　以上分析說明，水廠若在混凝沉淀過程中將PH值調(diào)節(jié)為相應(yīng)水溫下的最佳PH值，能夠降低水中溶解鋁量，有助于飲用水的除鋁。
2．2 水溫對(duì)余鋁的影響
　　因?yàn)殇X鹽混凝劑的水解反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，水溫變化直接影響鋁鹽的水解程度，另一方面顆粒鋁的溶解度和最佳pH值與水溫也有著密切的聯(lián)系^[6-7]，所以有必要進(jìn)一步探討水溫對(duì)余鋁的影響，尋找不同水溫下降低溶解鋁含量的方法。在自動(dòng)投加鋁鹽混凝劑，沉淀水的濁度保持在7.0±0．1NTU的條件下，總沉水中余鋁與水溫的關(guān)系如圖2所示。

　　由于實(shí)驗(yàn)是分階段進(jìn)行的，數(shù)據(jù)點(diǎn)分為三段：0－2，8.5－10.5和14－16℃。但數(shù)據(jù)點(diǎn)依然反映了一定的規(guī)律，隨水溫升高，殘余鋁表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，水溫16℃時(shí)的余鋁的質(zhì)量濃度為0.18mg／L，是0．5℃時(shí)的2倍。這是由于溫度升高，顆粒鋁的溶解度增加，而導(dǎo)致余鋁增加。當(dāng)水溫高于15℃，殘余鋁的質(zhì)量濃度相應(yīng)高于0.15mg／L，由前述鋁鹽的離子平衡知，溫度升高，平衡向右移動(dòng)，Al（OH）4-和Al13（OH）345+的含量增加，導(dǎo)致沉淀水的殘余鋁增加。這意味著夏季的高溫季節(jié)，要采取—定的措施控制出水殘余鋁的含量。
2．3 水溫與最佳州值的相關(guān)性
　　圖3反映的是水溫與最佳pH值的關(guān)系。圖中可以看出：當(dāng)水溫升高，最佳pH值降低。如當(dāng)水溫1℃時(shí)，最佳pH值為7.95；當(dāng)水溫為16℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的最佳pH值降為7.40。按2.1節(jié)中的平衡方程式分析，當(dāng)溫度升高，平衡有向右移動(dòng)增大溶解度的趨勢(shì)，此時(shí)著力圖降低溶解鋁讓平衡左移，則需增加H+，降低pH值。因此溫度升高，相對(duì)應(yīng)的最佳pH值降低。在水廠生產(chǎn)過程中，可根據(jù)水溫變化進(jìn)行相應(yīng)pH值的調(diào)整，可以有效降低出水殘余鋁含量。

　　實(shí)驗(yàn)中一個(gè)值得注意的問題是當(dāng)水溫較低時(shí)（5℃以下時(shí)），雖然溶解鋁含量有所降低，但由于混凝沉淀的效果較差，總沉水的濁度較高，顆粒鋁含量大大增加，總的余鋁值則表現(xiàn)為略有增加，如圖4所示。

3 結(jié)論和建議

　?、僭谙嗤瑵岫葧r(shí)，存在最佳PH值使溶解鋁含量最小，此時(shí)鋁的去除率增加。本實(shí)驗(yàn)中水溫14℃時(shí)，pH值為7．5。
　?、诓煌疁貙?duì)應(yīng)有不同除鋁最佳pH值。在水廠弱堿性的水環(huán)境中，水溫升高，最佳pH值降低。水廠運(yùn)行中的pH值應(yīng)根據(jù)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　?、鬯疁厣?，顆粒鋁的溶解度增加，在相同濁度條件下，余鋁增加，給除鋁帶來更大的困難。水廠在水溫升高時(shí)可以適當(dāng)調(diào)節(jié)沉淀水濁度值、改變投藥量等，以保證除鋁的效果。

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　　作者簡(jiǎn)介：王志紅（1975－），女，江西贛州人，講師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生，研究水處理，廣東工業(yè)大學(xué)教師新村34棟5梯
601號(hào)，電話（020）38457309，gdwzhihong＠21cn.com.