實驗部分

實驗材料

實驗所用水樣取自北方某大型水庫，水質指標為： 水溫為１７．６～１９．３℃，濁度為７．８７～９．４０ ＮＴＵ， ρ（ＣＯＤＭｎ）為５．０５～５．６８ｍｇ／Ｌ。

混凝劑的合成

取一定量的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ，用去離子水溶解。在磁力攪拌的條件下，按照ＯＨ－／Ａｌ＝１．０緩慢加入一 定量的無水Ｎａ２ＣＯ３。待泡沫完全消失后，繼續攪拌３ ｈ，即得到聚氯化鋁混凝劑。

用摩爾比為５∶１的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ 和ＦｅＣｌ３· ６Ｈ２Ｏ代替上述步驟中的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ，并按ＯＨ－／ （Ａｌ＋Ｆｅ）＝１．０加入無水Ｎａ２ＣＯ３，即可制得聚氯化鋁鐵 混凝劑。

將制得的聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵混凝劑稀釋至１０ｍｇ／Ｌ （以Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３ 計），備用。

燒杯實驗

燒杯實驗在混凝試驗攪拌機上進行。向６個燒杯 中分別加入１Ｌ的水樣，加入一定量的混凝劑。以 ２５０ｒ／ｍｉｎ快速攪拌２ｍｉｎ后，再以５０ｒ／ｍｉｎ轉速繼 續攪拌１０ｍiｎ。靜置沉淀１５ｍｉｎ后，取一定量的上清 液進行指標測試。部分水樣用濁度計和ｚｅｔａ電位儀 測量濁度和ｚｅｔａ電位，部分水樣按酸性高錳酸鉀法測 量ＣＯＤＭｎ。

結果與討論

投藥量對混凝效果的影響

在原水ｐＨ 條件下，向地表水樣中加入一定量的 聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵混凝劑，以傳統混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３ 為對 比。考察混凝劑投加量對濁度和ＣＯＤＭｎ 去除效果的 影響。圖１為３種混凝劑在不同投藥量下的濁度去除 效果，從圖１可知：在實驗條件下三種混凝劑對濁度的 去除率均隨投藥量的增加而增加，其中當投藥量到達 ４ｍｇ／Ｌ以上時，濁度去除率增加不大，出水濁度趨于 穩定。３種混凝劑對ＣＯＤＭｎ 的去除效果也呈現出隨投 藥量增加而升高的趨，見圖１ｂ，當聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵兩種 混凝劑的投藥量大于５ｍｇ／Ｌ時，ＣＯＤＭｎ 去除率可達 ４５％，此時上清液中ＣＯＤＭｎ＜３ｍｇ／Ｌ，達ＧＢ　５７４９－ ２００６《生活飲用水衛生標準》。在相同投藥量下，與 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 相比，兩種高分子混凝劑可以取得較好的 濁度和有機物去除效果；同時，復合混凝劑聚氯化鋁鐵較 聚氯化鋁效果更佳，而在燒杯實驗過程中可以發現加入 聚氯化鋁鐵 混凝劑后，生成的礬花明顯較聚氯化鋁 和 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 大，這可能是因為鐵鹽的加入可以與鋁鹽 產生協同作用，使得生成礬花的體積增加，同時取得較 好的濁度和有機物去除效果。胡俊虎等人在使用自制 聚合氯化鋁鐵混凝劑處理黃河水和生活污水時發現了 類似的現象。

不同投藥量下混凝出水的ｚｅｔａ電位如圖２所示。 結果表明：增加混凝劑的投藥量可以降低水中膠體顆 粒表面所帶的負電荷，出水中膠體顆粒的ｚｅｔａ均隨投 藥量的增加而升高。Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和聚氯化鋁兩種混凝劑 分別在投藥量３～４ｍｇ／Ｌ和５～６ｍｇ／Ｌ時達到等電 點，繼續增加投藥量，水中膠體顆粒所帶電荷為正。而 在實驗投藥量范圍內，聚氯化鋁鐵混凝劑未能完全中和膠 體顆粒表面的負電荷。在相同投藥量下，３種混凝劑 相比較，Ａｌ２（ＳＯ４）３ 的ｚｅｔａ電位較高，這說明其電中和 能力較強。而圖１的結果表明，在相同投藥量下， 聚氯化鋁鐵的混凝效果較佳，而Ａｌ２（ＳＯ４）３ 效果較差。這 說明電中和能力并非影響混凝效果的因素。                                                                        

ｐＨ 對混凝效果的影響

改變水樣的ｐＨ，分別投加５ｍｇ／Ｌ的混凝劑，考 察ｐＨ 對濁度和有機物去除效果的影響，結果如圖３ 所示。結果表明：濁度去除率隨ｐＨ 的增加而升高。 這可能是因為在較低的ｐＨ 下混凝劑水解不充分，未 能充分發揮網羅卷掃作用；而在中性或堿性條件下，水 中ＯＨ－ 含量增加，混凝劑水解形成的網狀結構可以網 捕水中的顆粒物質，形成礬花，從而通過沉淀將其去 除。而有機物的去除效果隨ｐＨ 的升高呈現出先增加 后下降的趨勢，三種混凝劑的較佳ｐＨ 均出現在６附 近。這可能是因為有機物的去除機理與顆粒物質不 同，一般認為，有機物的去除主要通過與混凝劑中 的鐵鋁形成不溶于水的螯合物，在酸性條件下，水中有 機物離解不完全，且Ｈ＋ 與金屬離子存在競爭關系，導 致去除率不高；而在堿性條件下，水中的ＯＨ－ 與有機 物相互競爭，導致去除率下降。三種混凝劑相比較，傳 統混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３ 受ｐＨ 影響較大，在酸性條件和 堿性條件下有機物去除效果均較差。而聚氯化鋁鐵的較 佳ｐＨ 范圍較大，在ｐＨ＞５的范圍內均可取得較高的 濁度去除率，而在５～８的ｐＨ 范圍內ＣＯＤＭｎ 去除率均 可在４５％以上，出水符合ＧＢ　５７４９－２００６的要求。

混凝出水ｚｅｔａ電位隨ｐＨ 的變化趨勢如圖４所 示。結果表明，增加ｐＨ，混凝出水中膠體顆粒表面的 正電荷逐漸增加，在越過等電點后，表面電性為負。 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和聚氯化鋁出現在ｐＨ＝６～７的范圍內，而 聚氯化鋁鐵的等電點則出現在ｐＨ 為５～６時。在此范圍 內，三種混凝劑均同時能夠取得較好的有機物去除效 果（圖３）。

沉淀時間對混凝效果的影響

在較佳混凝條件（水樣ｐＨ＝６，投藥量為５ｍｇ／ Ｌ）下，進行混凝實驗。慢攪結束后，靜置一定時間后 從燒杯中部取出適量水樣，測量其濁度，考察沉淀時間 對混凝效果的影響，如圖５所示。結果發現：三種混凝 劑的濁度去除率均隨沉淀時間的增加而升高，在達到 某一時刻后，出水濁度趨于穩定。三種混凝劑出水濁 度達到穩定所需的沉淀時間分別為：Ａｌ２（ＳＯ４）３：１５ ｍｉｎ，聚氯化鋁：９ｍｉｎ，聚氯化鋁鐵：５ｍｉｎ。這說明聚氯化鋁鐵生成 的礬花具有較好的沉降性能，可以在較短的時間內完 成沉淀過程。而Ａｌ２（ＳＯ４）３ 的沉淀性能較差，需要較 長的沉淀時間。這與試驗中觀察到的現象相符，向水 樣中投加Ａｌ２（ＳＯ４）３，生成的礬花較小，沉降速度慢， 沉淀１５ｍｉｎ后仍有少量肉眼可見的白色礬花懸浮于 水中。而投加聚氯化鋁鐵后，慢攪５ｍｉｎ后即可看到礬花， 生成的礬花體積較大，沉降速度較快，經過１５ｍｉｎ的 沉淀后，幾乎全部沉至水底。

在工程應用中，混凝劑生成的礬花大小及其沉降 性能對后續的固液分離過程有著較大的影響。一般情 況下，當混凝階段生成的礬花體積較大，沉降性能較好 時，可以縮短沉淀池的水力停留時間，減小沉淀池的 體積。

結論

使用實驗室制備的聚氯化鋁 和聚氯化鋁鐵 處理地表水 時，混凝效果好于傳統混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３。在５ｍｇ／Ｌ 的投藥量下，兩種高分子混凝劑均可取得較好的濁度 和ＣＯＤＭｎ 去除效果，出水濁度小于１ＮＴＵ，ＣＯＤＭｎ 小 于３ｍｇ／Ｌ，符合ＧＢ　５７４９－２００６《生活飲用水衛生標 準》的要求。三種混凝劑的較佳ｐＨ 均出現在６附近， ｐＨ 對聚氯化鋁鐵混凝效果的影響較小，在Ｈ＝５～８內 可取得較好的有機物去除效果。聚氯化鋁鐵生成的礬花體 積較大，沉降性能較好，靜置５ｍｉｎ后即可取得較高的濁度去除率。