|
聚氯化鋁(PAC)與傳統(tǒng)無機(jī)混凝劑的根本區(qū)別在于傳統(tǒng)無機(jī)混凝劑為低分子結(jié)晶鹽，而聚氯化鋁的結(jié)構(gòu)由形態(tài)多變的多元羥基絡(luò)合物及聚合物組成，為無定形的無機(jī)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(biāo)叫鹽基度(Basicity，縮寫為B)，通常將鹽基度定義為聚氯化鋁分子中OH與Al的當(dāng)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Al(OH)3之間的水解產(chǎn)物。一般，聚氯化鋁鹽基度在16.7%～83.3%范圍，日本標(biāo)準(zhǔn)的鹽基度為45%～65%。
除OH、Al當(dāng)量比鹽基度外，尚有OH、Al摩爾比鹽基度，但應(yīng)用不普遍。湯鴻霄首次在國內(nèi)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(rèn)為水解度B*這一概念可以精確表達(dá)聚氯化鋁結(jié)構(gòu)組成，并能反映整個(gè)水解動(dòng)態(tài)過程。
根據(jù)作者的工作實(shí)踐，OH、Al當(dāng)量比鹽基度的概念在生產(chǎn)投料和生產(chǎn)應(yīng)用中均有較好的指導(dǎo)作用，分析和計(jì)算較簡捷，具有較好的實(shí)用價(jià)值。中國聚氯化鋁生產(chǎn)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(zhì)量指標(biāo)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(堿式氯化鋁)暫定質(zhì)量指標(biāo)［4］，將鹽基度確定為50%～80%，首次拓寬了日本標(biāo)準(zhǔn)值(45%～65%)的范圍；1981年由作者起草的四川省標(biāo)準(zhǔn)(川Q 246—81)將鹽基度確定為45%～85%［4］；國標(biāo)GB 15892—1995在此基礎(chǔ)上將鹽基度確定為50%～85%。國內(nèi)、外聚氯化鋁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鹽基度指標(biāo)見表1。
表1 國內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鹽基度指標(biāo)
|
國家
|
標(biāo)準(zhǔn)
|
氧化鋁(%)
|
鹽基度(%)
|
|
中國
|
GB15892—1995
|
9～12
|
50～85
|
|
日本
|
JIS K1475—1996
|
10～11
|
45～65
|
|
美國
|
AWWAB408—93
|
5～25
|
10～83
|
|
法國
|
羅納·布朗克公司
|
8.3±1
|
45～60
|
|
德國
|
DIN19634
|
28.3
|
≥35
|
|
中國
|
作者推薦
|
10～15
|
45～95
|
| 注：表中所列除德國為固體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外，其余皆為液體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 |
20世紀(jì)80年代后期，中國獨(dú)創(chuàng)的鋁酸鈣原料和相應(yīng)的調(diào)整法生產(chǎn)工藝，使聚氯化鋁工藝有較大簡化，生產(chǎn)投資和成本有較大降低，產(chǎn)品鹽基度達(dá)到90%以上，高于文獻(xiàn)介紹的國外同期水平(最高83%)，將聚氯化鋁生產(chǎn)實(shí)踐和基礎(chǔ)理論提高到一個(gè)新的高度。因此，如何提高聚氯化鋁的鹽基度，是目前國內(nèi)外凈水劑科技工作者的一個(gè)科研方向。
1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)用聚氯化鋁
液體聚氯化鋁，按鹽基度計(jì)算，在工業(yè)搪瓷反應(yīng)釜內(nèi)用酸溶鋁酸鈣調(diào)整工藝制得系列產(chǎn)品；固體聚氯化鋁取自河南鞏義、太倉和河南三門峽等生產(chǎn)廠和國外產(chǎn)品。
1.2 試驗(yàn)儀器
混凝試驗(yàn)，采用深圳中潤公司ZR4—6智能全自動(dòng)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)；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(jì)。
1.3 試驗(yàn)條件
混合G值為500～1 000s-1，時(shí)間為40 s；絮凝G值為10～100s-1，時(shí)間為10 min，GT值為(2～3)×104，沉淀時(shí)間為10 min。
2 結(jié)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。
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(jì)(mg/L)
|
鹽基度(%)
|
|
水系
|
濁度(NTU)
|
pH
|
堿度(mg/L)
|
水溫(℃)
|
0
|
45
|
50
|
60
|
65
|
75
|
80
|
85
|
88
|
92
|
|
凈化水剩余濁度(NTU)
|
|
深圳水庫
|
8.4
|
7.4
|
31.6
|
24
|
1.4
|
|
3.90
|
|
|
3.75
|
3.13
|
2.43
|
|
2.25
|
|
|
深圳沙河
|
98.5
|
7.8
|
150.7
|
23
|
4.0
|
21.7
|
16.4
|
14
|
|
10.8
|
6.9
|
|
2.6
|
2.1
|
1.9
|
|
深圳沙河
|
98.5
|
7.8
|
150.7
|
23
|
3.0
|
37.4
|
30.6
|
29
|
25
|
|
17.6
|
11.0
|
6.8
|
5.8
|
5.9
|
|
深圳水庫
|
2.6
|
7.5
|
32.0
|
23
|
1.6
|
2.0
|
1.7
|
|
|
1.6
|
1.6
|
|
1.1
|
0.9
|
|
|
岳陽洞庭湖
|
61
|
7.3
|
83.9
|
14
|
2.0
|
|
4.3
|
|
|
3.3
|
|
2.7
|
|
2.3
|
2.4
|
|
武漢漢水
|
84.7
|
7.8
|
120
|
11
|
1.2
|
|
10.1
|
|
|
8.33
|
7.90
|
5.02
|
|
4.12
|
4.1
|
|
武漢長江
|
417
|
8.0
|
120
|
11
|
1.4
|
|
9.44
|
|
|
7.13
|
5.88
|
3.95
|
|
2.80
|
2.1
|
|
武漢長江
|
417
|
8.0
|
120
|
11
|
1.8
|
|
5.35
|
|
|
4.75
|
3.71
|
1.91
|
|
1.65
|
1.6
|
|
上海長江
|
33
|
7.8
|
100
|
11
|
2.0
|
13.5
|
7.0
|
6.8
|
6.5
|
5.6
|
|
|
3.4
|
3.3
|
3.4
|
|
上海黃浦江
|
66.5
|
7.7
|
95.0
|
11
|
2.0
|
|
|
|
|
|
6.0
|
|
|
2.8
|
|
|
蘇州大運(yùn)河
|
25.1
|
7.4
|
|
8
|
2.5
|
|
|
|
|
|
|
|
4.1
|
|
2.8
|
|
曼谷湄南河
|
13.1
|
6.8
|
|
28
|
2.5
|
|
|
|
|
4.22
|
|
3.88
|
3.2
|
2.16
|
2.2
|
|
深圳鐵崗
|
10.5
|
6.8
|
37.4
|
15
|
2.5
|
|
|
|
|
5.69
|
|
3.43
|
|
3.02
|
|
|
新鄉(xiāng)黃河
|
6.6
|
7.8
|
195.2
|
10
|
3.0
|
|
5.02
|
|
5.0
|
|
4.72
|
2.69
|
|
1.19
|
0.9
|
。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(shí)的剩余濁度基本接近。
�、诓煌都恿�
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(jì)(mg/L)
|
5 NTU剩余濁度時(shí)
|
|
1.5
|
2
|
2.5
|
3
|
3.5
|
加藥量(mg/L)
|
加量比(%)
|
|
凈化水剩余濁度(NTU)
|
|
45
|
|
21.9
|
11.5
|
6.8
|
4.0
|
3.32
|
106.0
|
|
65
|
|
19.7
|
11.3
|
5.7
|
3.0
|
3.13
|
100.0
|
|
85
|
|
4.5
|
2.3
|
1.5
|
1.4
|
1.89
|
60.4
|
|
88
|
17.3
|
4.4
|
2.1
|
1.4
|
1.0
|
1.87
|
59.7
|
|
92
|
13.5
|
4.2
|
2.0
|
1.3
|
|
1.82
|
58.1
|
| 注：原水為深圳沙河水，濁度為37.4 NTU，水溫為15 ℃，堿度為148 mg/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5 NTU時(shí)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(yàn)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3.5 mg/L時(shí)，凈化水剩余濁度隨鹽基度升高而降低；但加藥量＜3 mg/L時(shí)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(nèi)外不同產(chǎn)品的成分與混凝效果
試驗(yàn)用的國內(nèi)外不同生產(chǎn)工藝、不同鹽基度的固、液體聚氯化鋁產(chǎn)品成分見表4。
表4 試驗(yàn)用國內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品成分
|
藥劑來源
|
氧化鋁(%)
|
鹽基度(%)
|
硫酸根
|
外觀
|
|
日本
|
11.76
|
54.3
|
有
|
無色透明液
|
|
加拿大
|
28.55
|
45.1
|
有
|
淡黃粉末
|
|
瑞典
|
28.10
|
73.0
|
無
|
淡黃粉末
|
|
中國新鄉(xiāng)
|
11.37
|
83.1
|
有
|
淡褐透明液
|
|
中國太倉
|
34.19
|
0.6
|
無
|
黃色片狀
|
混凝效果比較見表5。
表5 國內(nèi)外聚氯化鋁產(chǎn)品的混凝效果
|
藥劑
|
鹽基度(%)
|
加藥量以Al2O3計(jì)(mg/L)
|
|
1.0
|
1.5
|
2.0
|
2.5
|
3.0
|
3.5
|
4.0
|
|
凈化水剩余濁度(NTU)
|
|
中國新鄉(xiāng)(液體)
|
83.1
|
|
2.64
|
2.55
|
2.46
|
2.20
|
1.94
|
|
|
日本(液體)
|
54.3
|
6.22
|
5.19
|
4.58
|
4.20
|
4.17
|
|
|
|
加拿大(固)
|
45.1
|
|
5.72
|
4.57
|
3.42
|
3.25
|
3.08
|
|
| 注：原水為曼谷湄南河，濁度為13.1 NTU，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(chǎn)品的混凝效果優(yōu)于國外產(chǎn)品。
一般而言，按同一生產(chǎn)工藝，聚氯化鋁產(chǎn)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(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)，液體聚氯化鋁的穩(wěn)定期可以達(dá)到1年以上，不低于傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品。液體產(chǎn)品在不同干燥過程中，鹽基度提高2%～4%左右。
當(dāng)鹽基度提高到85%以上時(shí)，要求有精確的投料計(jì)算和工藝控制，固液分離難度也加大，因而要采用先進(jìn)的技術(shù)。
3 結(jié)論
�、冫}基度是聚氯化鋁產(chǎn)品的最重要質(zhì)量指標(biāo)之一，也是最重要的生產(chǎn)控制參數(shù)。
�、贠H、Al當(dāng)量比鹽基度與混凝效果和生產(chǎn)控制條件有較好的相關(guān)性，因此，鹽基度概念仍然具有實(shí)用價(jià)值。
�、垡后w聚氯化鋁的鹽基度指標(biāo)，考慮到生產(chǎn)控制可行性、生產(chǎn)成本和混凝效果，建議標(biāo)準(zhǔn)取值為45%～90%。
�、芄腆w聚氯化鋁的鹽基度指標(biāo)，在液體的鹽基度取值基礎(chǔ)上，考慮干燥時(shí)鹽基度的升高，建議標(biāo)準(zhǔn)取值為45%～95%。
�、萏岣呔勐然X產(chǎn)品的鹽基度，可大幅提高生產(chǎn)和使用的經(jīng)濟(jì)效益。鹽基度從65%提高到92%，生產(chǎn)原料成本可降低20%，使用成本可降低40%。
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