聚氯化鋁鹽基度與混凝效果的關系
摘要：采用混凝沉淀的試驗方法研究了聚氯化鋁鹽基度與混凝效果的關系，結果表明，在鹽基度為0～92%范圍內，混凝效果隨鹽基度的增加而提高，但鹽基度在80%以上時變幅趨緩。與國內、外標準和產品比較，鹽基度上限有較大拓寬。
關鍵詞：聚氯化鋁混凝劑鹽基度
聚氯化鋁與傳統(tǒng)無機混凝劑的根本區(qū)別在于傳統(tǒng)無機混凝劑為低分子結晶鹽，而聚氯化鋁的結構由形態(tài)多變的多元羥基絡合物及聚合物組成，為無定形的無機高分子，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離子的指標叫鹽基度，通常將鹽基度定義為聚氯化鋁分子中OH與Al的當量百分比［1、2］：B=［OH］/［Al］×100。聚氯化鋁可理解為介于正鹽AlCl3和堿Al3之間的水解產物。一般，聚氯化鋁鹽基度在16.7%～83.3%范圍，日本標準的鹽基度為45%～65%。
除OH、Al當量比鹽基度外，尚有OH、Al摩爾比鹽基度，但應用不普遍。湯鴻霄首次在國內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，并認為水解度B這一概念可以精確表達聚氯化鋁結構組成，并能反映整個水解動態(tài)過程。
根據作者的工作實踐，OH、Al當量比鹽基度的概念在生產投料和生產應用中均有較好的指導作用，分析和計算較簡捷，具有較好的實用價值。中國聚氯化鋁生產所采用的原料和工藝不同于世界上其他國家，因而作為主要質量指標的鹽基度與國外有著較大的差異。
1973年國家建委為聚氯化鋁暫定質量指標［4］，將鹽基度確定為50%～80%，首次拓寬了日本標準值的范圍；1981年由作者起草的四川省標準將鹽基度確定為45%～85%［4］；國標GB15892—1995在此基礎上將鹽基度確定為50%～85%。國內、外聚氯化鋁產品標準鹽基度指標見表1。
除OH、Al當量比鹽基度外，尚有OH、Al摩爾比鹽基度，但應用不普遍。湯鴻霄首次在國內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，并認為水解度B這一概念可以精確表達聚氯化鋁結構組成，并能反映整個水解動態(tài)過程。
根據作者的工作實踐，OH、Al當量比鹽基度的概念在生產投料和生產應用中均有較好的指導作用，分析和計算較簡捷，具有較好的實用價值。中國聚氯化鋁生產所采用的原料和工藝不同于世界上其他國家，因而作為主要質量指標的鹽基度與國外有著較大的差異。
1973年國家建委為聚氯化鋁暫定質量指標［4］，將鹽基度確定為50%～80%，首次拓寬了日本標準值的范圍；1981年由作者起草的四川省標準將鹽基度確定為45%～85%［4］；國標GB15892—1995在此基礎上將鹽基度確定為50%～85%。國內、外聚氯化鋁產品標準鹽基度指標見表1。
表1國內外聚氯化鋁產品標準鹽基度指標國家標準氧化鋁鹽基度中國GB15892—19959～1250～85日本JISK1475—199610～1145～65美國AWWAB408—935～2510～83法國羅納·布朗克公司8.3±145～60德國DIN1963428.3≥35中國作者推薦10～1545～95注：表中所列除德國為固體產品標準外，其余皆為液體產品標準。
20世紀80年代后期，中國獨創(chuàng)的鋁酸鈣原料和相應的調整法生產工藝，使聚氯化鋁工藝有較大簡化，生產投資和成本有較大降低，產品鹽基度達到90%以上，高于文獻介紹的國外同期水平，將聚氯化鋁生產實踐和基礎理論提高到一個新的高度。因此，如何提高聚氯化鋁的鹽基度，是目前國內外科技工作者的一個科研方向。
1試驗部分
1.1試驗用聚氯化鋁
液體聚氯化鋁，按鹽基度計算，在工業(yè)搪瓷反應釜內用酸溶鋁酸鈣調整工藝制得系列產品；固體聚氯化鋁取自江蘇宜興、太倉和河南三門峽等生產廠和國外產品。
1.2試驗儀器
混凝試驗，采用深圳中潤公司ZR4—6智能全自動混凝試驗攪拌機；濁度測定，采用美國HACH公司2100P型濁度儀；pH測定，采用美國ORILON公司520型pH計。
1.3試驗條件
混合G值為500～1000s-1，時間為40s；絮凝G值為10～100s-1，時間為10min，GT值為×104，沉淀時間為10min。
液體聚氯化鋁，按鹽基度計算，在工業(yè)搪瓷反應釜內用酸溶鋁酸鈣調整工藝制得系列產品；固體聚氯化鋁取自江蘇宜興、太倉和河南三門峽等生產廠和國外產品。
1.2試驗儀器
混凝試驗，采用深圳中潤公司ZR4—6智能全自動混凝試驗攪拌機；濁度測定，采用美國HACH公司2100P型濁度儀；pH測定，采用美國ORILON公司520型pH計。
1.3試驗條件
混合G值為500～1000s-1，時間為40s；絮凝G值為10～100s-1，時間為10min，GT值為×104，沉淀時間為10min。
2結果與討論
2.1不同鹽基度液體聚氯化鋁混凝效果
①相同投加量
不同鹽基度液體聚氯化鋁的混凝效果見表2。
①相同投加量
不同鹽基度液體聚氯化鋁的混凝效果見表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計鹽基度水系濁度pH堿度水溫0455060657580858892凈化水剩余濁度深圳水庫8.47.431.6241.43.903.753.132.432.25深圳沙河98.57.8150.7234.021.716.41410.86.92.62.11.9深圳沙河98.57.8150.7233.037.430.6292517.611.06.85.85.9深圳水庫2.67.532.0231.62.01.71.61.61.10.9岳陽洞庭湖617.383.9142.04.33.32.72.32.4武漢漢水84.77.8120111.210.18.337.905.024.124.1武漢長江4178.0120111.49.447.135.883.952.802.1武漢長江4178.0120111.85.354.753.711.911.651.6上海長江337.8100112.013.57.06.86.55.63.43.33.4上海黃浦江66.57.795.0112.06.02.8蘇州大運河25.17.482.54.12.8曼谷湄南河13.16.8282.54.223.883.22.162.2深圳鐵崗10.56.837.4152.55.693.433.02新鄉(xiāng)黃河6.67.8195.2103.05.025.04.722.691.190.9
表2表明，對所有試驗原水，在相同加藥量下，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系曲線。
圖1為鹽基度與凈化水剩余濁度關系曲線。
從圖1中可見，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%時的剩余濁度基本接近。
②不同投加量
不同鹽基度液體聚氯化鋁、不同投加量的混凝效果比較見表3。
由表3可見，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。
②不同投加量
不同鹽基度液體聚氯化鋁、不同投加量的混凝效果比較見表3。
由表3可見，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5NTU剩余濁度時1.522.533.5加藥量加量比凈化水剩余濁度4521.911.56.84.03.32106.06519.711.35.73.03.13100.0854.52.31.51.41.8960.48817.34.42.11.41.01.8759.79213.54.22.01.31.8258.1注：原水為深圳沙河水，濁度為37.4NTU，水溫為15℃，堿度為148mg/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5NTU時的加藥量，稱為等效加藥量。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3.5mg/L時，凈化水剩余濁度隨鹽基度升高而降低；但加藥量＜3mg/L時則略有上升趨勢。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國內外不同產品的成分與混凝效果
試驗用的國內外不同生產工藝、不同鹽基度的固、液體聚氯化鋁產品成分見表4。
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3.5mg/L時，凈化水剩余濁度隨鹽基度升高而降低；但加藥量＜3mg/L時則略有上升趨勢。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國內外不同產品的成分與混凝效果
試驗用的國內外不同生產工藝、不同鹽基度的固、液體聚氯化鋁產品成分見表4。
表4試驗用國內外聚氯化鋁產品成分藥劑來源氧化鋁鹽基度硫酸根外觀日本11.7654.3有無色透明液加拿大28.5545.1有淡黃粉末瑞典28.1073.0無淡黃粉末中國新鄉(xiāng)11.3783.1有淡褐透明液中國太倉34.190.6無黃色片狀
混凝效果比較見表5。
表5國內外聚氯化鋁產品的混凝效果藥劑鹽基度加藥量以Al2O3計1.01.52.02.53.03.54.0凈化水剩余濁度中國新鄉(xiāng)83.12.642.552.462.201.94日本54.36.225.194.584.204.17加拿大45.15.724.573.423.253.08注：原水為曼谷湄南河，濁度為13.1NTU，水溫為28℃，pH為6.8。
無論是固體還是液體聚氯化鋁，在同等加藥量情況下，中國產品的混凝效果優(yōu)于國外產品。
一般而言，按同一生產工藝，聚氯化鋁產品鹽基度越高，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?shù)墓に嚰夹g，液體聚氯化鋁的穩(wěn)定期可以達到1年以上，不低于傳統(tǒng)工藝產品。液體產品在不同干燥過程中，鹽基度提高2%～4%左右。
當鹽基度提高到85%以上時，要求有精確的投料計算和工藝控制，固液分離難度也加大，因而要采用先進的技術。
一般而言，按同一生產工藝，聚氯化鋁產品鹽基度越高，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?shù)墓に嚰夹g，液體聚氯化鋁的穩(wěn)定期可以達到1年以上，不低于傳統(tǒng)工藝產品。液體產品在不同干燥過程中，鹽基度提高2%～4%左右。
當鹽基度提高到85%以上時，要求有精確的投料計算和工藝控制，固液分離難度也加大，因而要采用先進的技術。
3結論
①鹽基度是聚氯化鋁產品的較重要質量指標之一，也是較重要的生產控制參數(shù)。
②OH、Al當量比鹽基度與混凝效果和生產控制條件有較好的相關性，因此，鹽基度概念仍然具有實用價值。
③液體聚氯化鋁的鹽基度指標，考慮到生產控制可行性、生產成本和混凝效果，建議標準取值為45%～90%。
④固體聚氯化鋁的鹽基度指標，在液體的鹽基度取值基礎上，考慮干燥時鹽基度的升高，建議標準取值為45%～95%。
⑤提高聚氯化鋁產品的鹽基度，可大幅提高生產和使用的經濟效益。鹽基度從65%提高到92%，生產原料成本可降低20%，使用成本可降低40%。
②OH、Al當量比鹽基度與混凝效果和生產控制條件有較好的相關性，因此，鹽基度概念仍然具有實用價值。
③液體聚氯化鋁的鹽基度指標，考慮到生產控制可行性、生產成本和混凝效果，建議標準取值為45%～90%。
④固體聚氯化鋁的鹽基度指標，在液體的鹽基度取值基礎上，考慮干燥時鹽基度的升高，建議標準取值為45%～95%。
⑤提高聚氯化鋁產品的鹽基度，可大幅提高生產和使用的經濟效益。鹽基度從65%提高到92%，生產原料成本可降低20%，使用成本可降低40%。