第２8卷第10期２００8年10月
工业水处理
ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２8Ｎｏ．10Oct ．，２００8
聚合氯化铝混凝性能的影响因素研究
李风亭，何
艳，潘宏杰，张冰如，刘
莉
２０００９２）
（同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海
［摘要］聚合氯化铝是目前最广泛使用的高效混凝剂，它具有用量少、污泥少、除浊高、对出水pH 影响小等优点。聚合氯化铝是一系列介于Al 3＋和氢氧化铝之间聚合物的复合体，对于何种物种起到决定性的混凝效果，目前尚没有公认的结论。通过对不同生产工艺得到的商品聚合氯化铝进行聚合物种类的研究，并结合混凝实验，发现高分子聚合氯化铝对混凝效果发挥了更大的作用。
［关键词］聚合氯化铝；混凝剂；聚合物种类［中图分类号］TQ314.253
［文献标识码］A
［文章编号］1005-829X （2008）10-0040-04
Study of the influential factors of poly -aluminum chloride on the coagulation
performance
Li Fengting ，He Yan ，Pan Hongjie ，Zhang Bingru ，Liu Li
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｕｓｅＳｔｕｄｙ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Poly -aluminum chloride （PAC ）is widely used in the treatment of drinking water and wastewater in China and abroad. It has many excellent properties ，such as low dosage ，few sludge and low effect on the pH of
+
effluent water and is a composite of polymer between Al 3and aluminum hydroxide. There has been no recognized conclusion about what kind of species plays a key role in coagulation effect. Based on the research of commercial PAC made by different technologies ，it is found that poly -aluminum chloride containing more high molecular weight plays a more important role in coagulation.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：poly -aluminum chloride ；coagulant ；polymer species
聚合氯化铝（PAC ）是一种含不同量羟基的无机高分子多核高效混凝剂，其分子式为[Alm （OH ）n （H 2O ）x ]·Cl 3m -n （n ≤3m ），自20世纪60年代问世以来，因其效能在许多方面优于硫酸铝，如投加剂量低，对原水水温及pH 的变化适应性强等，已广泛应用于水和废水处理。20世纪60年代末日本提出了
利用工业氢氧化铝与盐酸反应的制备工艺，随后国内外研究者又发明了铝酸钙酸溶法一步法，以及矾土酸溶－铝酸钙调整两步法工艺，这些工艺在工业生产中已被广泛使用〔１~3〕。
1聚合氯化铝的结构特征
聚合氯化铝是一种高效的无机混凝剂，一般是
［５］ＳｓｕｚｕｋｉＭ. ＷａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎＪａｐａｎｅｓｅｐｕｌｐａｎｄｐａｐｅｒｉｎ-［７］ＫｒｅｍｅｒＭＬ，ＳｔｅｉｎＧ. ＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＦｅ２＋ｏｎＨ２Ｏ２ｒｅａｃｔｉｏｎｓｔｅａｄｙ－
ｄｕｓｔｒｙｔｏｄａｙ［Ｃ］. ＴＡＰＰＩＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆ１９９４ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｖｉｒｏｎ-ｍｅｎｔａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９４：５７－６４.
［６］Oeller ＨＪ，ＤｅｍｅｌＩ，ＷｅｉｎｂｅｒｇｅｒＧ. ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｒｅｓｉｄｕａｌＣＯＤｉｎ
ｓｔａｔｅａｎｄｔｅｒｍｉｎａｌｓｔａｔｅａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］. J. Ｃｈｅｍ. Ｋｉｎｅｔ. ，１９７７（9）:１７９－１８４.
［作者简介］刘汝鹏（1978—
），2006年毕业于哈尔滨工业大学，工学博
ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｔｒｅａｔｅｄｐａｐｅｒｍｉｌｌｅｆｆｌｕｅｎｔｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｏ-ｚｏｎｅａｎｄｏｚｏｎｅ／ＵＶｒｅａｃｔｏｒｓｔａｇｅｓ［Ｊ］. ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ-ｇｙ，１９９７，３５（２）:２６９－２７６.
士，高级工程师。电话：[1**********]，E -mail:918222@163.
com 。
［收稿日期］2008－05－08（修改稿）
40
工业水处理２００8－10，２8（10）
指A ｌ３＋到Ａ１（ＯＨ）3之间的一系列准稳态物质，即二铝到氢氧化铝之间的羟基络合物，其中可能出现共享羟基络合物或共享氧基配位的结构特征〔4〕。有证据表明，以氯化铝为计算基础，简单铝盐的水溶液可用六水合离子来准确描述。当铝盐溶液缺乏酸时，即形成碱式盐的情况，可形成一种更为复杂的体系，即多种多核聚合体。这种多核体的性质和结构已成为长期以来争论的焦点。关于其结构有两种截然不同的模型。
（1）“core links ”或“gibbsite fragment ”模型。在这种模型中，多核聚体由一个或多个六边形环组成，环由带羟基的并列八面体铝原子组成。在高度水解的情况下，这些环结构进一步聚合和成长，可解释最终
李风亭，等：聚合氯化铝混凝性能的影响因素研究实验部分2
2.1PAC 样品来源
实验中PAC 采用商品化产品。天津样品：聚合氯化铝喷雾干粉，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺；河南样品：聚合氯化铝滚筒干燥颗粒，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺；上海样品：聚合氯化铝液体，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺。
2.2试剂和仪器
试剂：Ferron 试剂（SIGMA ），邻菲罗林，乙酸钠，
AlCl 3，NaOH 等，均为分析纯。
仪器：深圳中润公司ZR4-6六联实验搅拌仪；
哈希HACH 2100P 浊度仪；英国马尔文公司Zeta -
gibbsite 表面或相关的结晶固体相。值得注意的是，
研究者们并没有获得关于这种多核体存在的确切证据，尤其是在室温下的稀溶液中〔5〕。关于铝化合态的传统研究方法是化学分析法和电位滴定法。除A13＋、
sizer Nano Z 型Zeta 电位分析仪。2.3分析方法
样品主要指标采用国家标准GB 15892—2003〔10〕
测定；采用Ferron 逐时络合比色法分析聚合氧化铝中铝的水解形态〔11〕。
（１）配制铝标准溶液。准确称取0.27g 高纯铝，用200mL （1+1）的盐酸溶解完全，然后用去离子水稀释定容至1000mL ，配成铝浓度为0.01mol/L的储备液。然后取50mL 0.01mol/L的Al 储备液，用去离子水稀释定容到500mL ，配成浓度为0.001
Al （ＯＨ）2＋、Al （ＯＨ）2＋、Al （ＯＨ）3、Al （ＯＨ）4－等单体外，不同作者陆续提出Al 2（ＯＨ）24+、Al ２（ＯＨ）５＋、Ａｌ３（ＯＨ）４５＋、Ａｌ４（ＯＨ）８４＋、Ａｌ６（ＯＨ）１５３＋、Ａｌ７（ＯＨ）１６５＋、Ａl ８（ＯＨ）２０４＋、Ａｌ１０（ＯＨ）２28+等聚合形态，而其中不同的
优势形态将随条件而演变。特别是提出水解形态的连续变化分布系列，认为其羟基化合态由单聚体到聚合体，按六元环的模式发展，有人认为其水溶形态可达到Al ５４（ＯＨ）１５４8+，直到生成沉淀物Al x （OH ）3x 〔6〕。
（2）Al 13聚阳离子模型。认为铝溶液中只集中存在单体及二聚体、Al 13O 4（ＯＨ）247＋（Al 13）及更高聚物等几类形态。该模型主要是通过核磁共振“27Al
mol/L的铝标准溶液。
（２）配制络合比色缓冲溶液。取质量分数0.2％Ferron 和0.01％邻菲罗林的混合液250mL ，35％的
乙酸钠溶液100mL ，10％的盐酸羟胺溶液〔其中含4
mL （1+1）的盐酸〕100mL 放入500mL 容量瓶中，定
容至500mL 。将配好的溶液在室温下静置4~5d 后放置冰箱内保存备用，最好在一个月内用完。
（３）制作标准曲线。以去离子水作空白，以（１）中配制的酸溶铝溶液为标准溶液，在紫外－可见分光光度计上选用370nm 波长进行测定。具体步骤为：取
NMR 法”和小角度X 射线衍射法的鉴定结果推断得出的〔7〕。利用Ferron 逐时络合比色法可以通过铝
离子和不同的铝离子聚合体之间反应时间的差距，将不同的聚合体种类大致分成三类。在1min 内可以与250mL 质量分数0.2％Ferron 和0.01％邻菲罗林的混合液反应的物质称为低聚物，从1min 到
50mL 容量瓶6只，按顺序每个容量瓶一次加入10mL 混合比色缓冲液，6只容量瓶中分别加入铝标
准溶液（0.001mol/L）0、1.0、2.0、3.0、4.0mL ，分别定容至50mL ，配制成50mL Al －Ferron 络合比色液，此时调pH ＝5.2左右，即恰好使得刚果试纸变红，然后依次测定其吸光度。以稀释后的铝浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，制作Al －Ferron 络合比色标准曲线。
（４）制作工作曲线。测量时将溶液中［Ａｌ］T （总铝）调整至分光光度计所能测得的浓度范围，计算出应向50mL 容量瓶中加入的聚合氯化铝溶液的体积。将该体积的聚合氯化铝溶液加入到50mL 容量瓶
120min 内可以反应的种类称为中聚物，在核磁共振图谱上这一区域内的物质相当于Al 13，120min
内没有发生反应的种类称为高聚物。很多研究者认为在混凝过程中Al 13发挥关键的作用〔8〕，但是也有些研究者提出了异议〔9〕。
笔者实验选取了3种商业化聚铝产品，对其进行了主要指标测定和形态分析。然后针对同济大学三好坞湖水用这3种聚铝进行混凝对比实验，探寻聚铝形态对混凝效果的主要影响因素。
41
试验研究
中，所加入的比色－缓冲溶液的量和步骤与制作标准曲线时完全一样。用分光光度计于370nm 波长处逐时测定配好的Al －Ferron 溶液的吸光度。以时间t 为横坐标，以吸光度A 为纵坐标，制作工作曲线。
（５）计算。Al a 是指聚合氯化铝在1min 内与Ferron 试剂反应的部分；Al b 是指聚合氯化铝在1min 到
工业水处理２００8－10，２8（10）
从表1可以看出，3种样品的氧化铝含量和盐基度都达到聚铝工业产品的国家标准。其中，就盐基度而言，河南样品最高，达到84.14%；其次是天津样品73.02%；上海样品最低，为64.39%。一般认为，在一定pH 和温度下处理同一水体，在氧化铝投加量保持一致的情况下，混凝效果主要与盐基度有关，而且是随着盐基度的提高，混凝效果提高。按照这个推断，河南样品的混凝效果将最好，其次是天津样品，上海样品的效果将最差。3种样品的铝形态分布见图1。
60.0050.00A l 质量分数/%40.0030.0020.0010.000.00
20
40
6080时间/min
上海1#河南2#天津3#
120min 之间与Ferron 试剂反应的部分；Al c 是指聚合氯化铝在120min 以后与Ferron 试剂反应或者不
发生反应的部分。
将工作曲线上1min 处对应的吸光度代入标准曲线计算即得Al a ；将工作曲线上120min 处对应的吸光度代入标准曲线计算即得（Al a ＋Al b ），将此值减去Al a 即得Al b ；用［Ａｌ］T 减去（Al a ＋Al b ），即得Al c 。并可由此计算出Al a 、Al b 、Al c 在［Ａｌ］T 中所占比率。
2.4混凝实验
混凝原水取自同济大学三好坞湖水，其主要指
标为：（1）pH 一般保持在7~8.5；（2）浊度一般变化范围在10~15NTU ，在极少的情况下可以到25NTU ；（3）高锰酸盐指数保持在10~12mg/L，在很少的情况下会超过13mg/L；（4）氨氮保持在1~2mg/L，在少数情况下会接近3mg/L。
混凝温度约20℃。在加药后先以350r/min快速搅拌30s ，再以50r/min慢速搅拌600s 。然后在液面下5cm 处取上清液测定浊度和zeta 电位。
100120140
图1聚铝的铝形态逐时分布
结合表1和图1，可以清楚地看出，3种样品的铝形态分布有较大差别。其中天津样品的Al b 质量分数最高，达到35.64%。其次是河南样品29.08%，上海样品的Al b 含量最低，只有18.77%。按照一些文献报道，Al b 或Al 13是体现混凝效果优劣的衡量指标，Al b 的含量越高，混凝效果越好。按照这个推断，天津样品的混凝效果最好，河南样品其次，而上海样品的混凝效果最差。结合上述两个推断，由于上海样品盐基度含量最低，Al b 含量最低，所以无论如何上海样品的混凝效果都将是最差的。
3结果与讨论
3.13种聚铝样品的主要指标及铝形态测定
3种聚铝样品的主要指标见表1。
表1
样品来源氧化铝盐基度
3种聚铝样品的主要指标
上海
河南
天津
Al a Al b Al c
10.8564.3924.6118.7756.6231.1184.1424.3029.0840.7230.6873.0219.6835.6444.68
3.2混凝实验
使用3种聚铝样品对三好坞的湖水进行混凝，剩余浊度与药剂投加量的关系见表2。
从表2可以看出，混凝效果最好的是上海样品，
河南样品
天津样品
去除率%
浊度/NTU
去除率/%
表2
聚铝投加质量浓度（以Al 2O 3计）/（mg ·L -1）
上海样品
浊度/NTU
3种聚铝的混凝效果对比
浊度/NTU
去除率/%
2468101212.307.653.252.171.981.251.32037.8073.5882.3683.9090.0089.2712.308.396.033.212.351.631.61031.7950.9873.9080.8986.7586.9112.307.373.872.182.021.651.59040.0868.5382.2883.5886.5987.07
在Al 2O 3投加量为4mg/L时，混凝后水体的剩余浊度从原水的12.30NTU 降到了3.25NTU ，去除率
长趋缓，最终可以稳定在90%左右。天津样品的混凝效果次之，在Al 2O 3投加量为4mg/L时，水体剩余浊度降到了3.87NTU ，去除率为68.53%。随着投加
73.58%。随着投加量的继续增大，浊度的去除率增
42
工业水处理２００8－10，２8（10）
量增大，它对浊度的去除率增长也趋缓，最终达到
李风亭，等：聚合氯化铝混凝性能的影响因素研究对混凝效果有十分重要的影响。
87%。而河南样品的混凝效果最差，在投加量为4mg/L时，剩余浊度为6.03NTU ，浊度去除率只有50.98%，在投加量为6mg/L时去除率才达到73.90%，也就相当于上海样品在4mg/L投加量下的
去除率。
混凝实验结果与前面的推断完全相反，理应混凝效果最差的上海样品的混凝效果反而最好。这就说明，其影响聚铝混凝效果的主导因素并非是盐基度和Al b 含量。因为如果是Al b 起主导作用，则应该天津样品最好；如果是盐基度起主导作用，则应该是河南样品最好。
混凝时药剂投加量对Zeta 电位的影响见图2。
-18.0-16.0-14.0-12.0-8.0-6.0-4.0-2.00.0Z e t a 电位/m V
上海1河南2#天津3#
#
5结束语
PAC 的制备方法很多，但只有酸解法和碱化法
实现了工业化生产。尽管酸法普遍存在原料利用率低、酸雾大等缺点，但工艺简单，投资少，仍然是将来一种主要的生产方法。当前我国PAC 溶液的生产方法基本上都属于酸法。目前最主要的是提高聚合氯化铝品质，降低重金属含量，降低成本。虽然我国已经成为全球最大的聚合氯化铝生产国，年产量已经超过100万t （以液体计算），但是在满足国内需求的同时，仍然有非常广阔的国际市场空间。
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从图2可以发现，随着聚铝的投加量增加，水体的Zeta 电位在由负值向零靠拢。三条曲线的趋势基本一致，尤其是在投加量为4mg/L时三者的Zeta 电位基本相等。表明三种聚铝的电中和能力相当，混凝效果的差异并非由电中和导致。一般认为，电中和能力主要取决于聚铝中的Al a 形态。所以，基本可以肯定Al a 也不是影响混凝效果的主导因素。
重新审视表1，在几个指标中上海样品超越其他两种混凝剂的指标就是Al c 含量。上海样品的Al c 质量分数高达56.62%，远高于天津样品的44.68%，而河南样品的Al c 质量分数最低，只有40.72%。Al c 含量的排列顺序正好与混凝效果的排列顺序保持一致。这说明，在混凝处理同济大学三好坞废水时，Al c 含量是影响聚铝混凝效果的主要因素。
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4结论
通过分析3种商品化聚铝的基本指标和铝形态
分布，结合混凝处理同济大学三好坞湖水的实验，发现Al b 或Al 13并不是对聚铝混凝效果起决定性作用的影响因素。盐基度的高低也并不代表混凝能力的强弱。聚铝中的Al c 形态在处理三好坞湖水实验中
［作者简介］李风亭（1963—），1997年毕业于南京大学化学化工学
院，博士，教授。电话：021-65983302，传真：021-
65983121，E -mail ：[email protected]。
［收稿日期］２００８－０6－２0（修改稿）
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工业水处理
ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２8Ｎｏ．10Oct ．，２００8
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［作者简介］刘汝鹏（1978—
），2006年毕业于哈尔滨工业大学，工学博
ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｔｒｅａｔｅｄｐａｐｅｒｍｉｌｌｅｆｆｌｕｅｎｔｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｏ-ｚｏｎｅａｎｄｏｚｏｎｅ／ＵＶｒｅａｃｔｏｒｓｔａｇｅｓ［Ｊ］. ＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ-ｇｙ，１９９７，３５（２）:２６９－２７６.
士，高级工程师。电话：[1**********]，E -mail:918222@163.
com 。
［收稿日期］2008－05－08（修改稿）
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工业水处理２００8－10，２8（10）
指A ｌ３＋到Ａ１（ＯＨ）3之间的一系列准稳态物质，即二铝到氢氧化铝之间的羟基络合物，其中可能出现共享羟基络合物或共享氧基配位的结构特征〔4〕。有证据表明，以氯化铝为计算基础，简单铝盐的水溶液可用六水合离子来准确描述。当铝盐溶液缺乏酸时，即形成碱式盐的情况，可形成一种更为复杂的体系，即多种多核聚合体。这种多核体的性质和结构已成为长期以来争论的焦点。关于其结构有两种截然不同的模型。
（1）“core links ”或“gibbsite fragment ”模型。在这种模型中，多核聚体由一个或多个六边形环组成，环由带羟基的并列八面体铝原子组成。在高度水解的情况下，这些环结构进一步聚合和成长，可解释最终
李风亭，等：聚合氯化铝混凝性能的影响因素研究实验部分2
2.1PAC 样品来源
实验中PAC 采用商品化产品。天津样品：聚合氯化铝喷雾干粉，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺；河南样品：聚合氯化铝滚筒干燥颗粒，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺；上海样品：聚合氯化铝液体，铝矾土＋铝酸钙两步法生产工艺。
2.2试剂和仪器
试剂：Ferron 试剂（SIGMA ），邻菲罗林，乙酸钠，
AlCl 3，NaOH 等，均为分析纯。
仪器：深圳中润公司ZR4-6六联实验搅拌仪；
哈希HACH 2100P 浊度仪；英国马尔文公司Zeta -
gibbsite 表面或相关的结晶固体相。值得注意的是，
研究者们并没有获得关于这种多核体存在的确切证据，尤其是在室温下的稀溶液中〔5〕。关于铝化合态的传统研究方法是化学分析法和电位滴定法。除A13＋、
sizer Nano Z 型Zeta 电位分析仪。2.3分析方法
样品主要指标采用国家标准GB 15892—2003〔10〕
测定；采用Ferron 逐时络合比色法分析聚合氧化铝中铝的水解形态〔11〕。
（１）配制铝标准溶液。准确称取0.27g 高纯铝，用200mL （1+1）的盐酸溶解完全，然后用去离子水稀释定容至1000mL ，配成铝浓度为0.01mol/L的储备液。然后取50mL 0.01mol/L的Al 储备液，用去离子水稀释定容到500mL ，配成浓度为0.001
Al （ＯＨ）2＋、Al （ＯＨ）2＋、Al （ＯＨ）3、Al （ＯＨ）4－等单体外，不同作者陆续提出Al 2（ＯＨ）24+、Al ２（ＯＨ）５＋、Ａｌ３（ＯＨ）４５＋、Ａｌ４（ＯＨ）８４＋、Ａｌ６（ＯＨ）１５３＋、Ａｌ７（ＯＨ）１６５＋、Ａl ８（ＯＨ）２０４＋、Ａｌ１０（ＯＨ）２28+等聚合形态，而其中不同的
优势形态将随条件而演变。特别是提出水解形态的连续变化分布系列，认为其羟基化合态由单聚体到聚合体，按六元环的模式发展，有人认为其水溶形态可达到Al ５４（ＯＨ）１５４8+，直到生成沉淀物Al x （OH ）3x 〔6〕。
（2）Al 13聚阳离子模型。认为铝溶液中只集中存在单体及二聚体、Al 13O 4（ＯＨ）247＋（Al 13）及更高聚物等几类形态。该模型主要是通过核磁共振“27Al
mol/L的铝标准溶液。
（２）配制络合比色缓冲溶液。取质量分数0.2％Ferron 和0.01％邻菲罗林的混合液250mL ，35％的
乙酸钠溶液100mL ，10％的盐酸羟胺溶液〔其中含4
mL （1+1）的盐酸〕100mL 放入500mL 容量瓶中，定
容至500mL 。将配好的溶液在室温下静置4~5d 后放置冰箱内保存备用，最好在一个月内用完。
（３）制作标准曲线。以去离子水作空白，以（１）中配制的酸溶铝溶液为标准溶液，在紫外－可见分光光度计上选用370nm 波长进行测定。具体步骤为：取
NMR 法”和小角度X 射线衍射法的鉴定结果推断得出的〔7〕。利用Ferron 逐时络合比色法可以通过铝
离子和不同的铝离子聚合体之间反应时间的差距，将不同的聚合体种类大致分成三类。在1min 内可以与250mL 质量分数0.2％Ferron 和0.01％邻菲罗林的混合液反应的物质称为低聚物，从1min 到
50mL 容量瓶6只，按顺序每个容量瓶一次加入10mL 混合比色缓冲液，6只容量瓶中分别加入铝标
准溶液（0.001mol/L）0、1.0、2.0、3.0、4.0mL ，分别定容至50mL ，配制成50mL Al －Ferron 络合比色液，此时调pH ＝5.2左右，即恰好使得刚果试纸变红，然后依次测定其吸光度。以稀释后的铝浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，制作Al －Ferron 络合比色标准曲线。
（４）制作工作曲线。测量时将溶液中［Ａｌ］T （总铝）调整至分光光度计所能测得的浓度范围，计算出应向50mL 容量瓶中加入的聚合氯化铝溶液的体积。将该体积的聚合氯化铝溶液加入到50mL 容量瓶
120min 内可以反应的种类称为中聚物，在核磁共振图谱上这一区域内的物质相当于Al 13，120min
内没有发生反应的种类称为高聚物。很多研究者认为在混凝过程中Al 13发挥关键的作用〔8〕，但是也有些研究者提出了异议〔9〕。
笔者实验选取了3种商业化聚铝产品，对其进行了主要指标测定和形态分析。然后针对同济大学三好坞湖水用这3种聚铝进行混凝对比实验，探寻聚铝形态对混凝效果的主要影响因素。
41
试验研究
中，所加入的比色－缓冲溶液的量和步骤与制作标准曲线时完全一样。用分光光度计于370nm 波长处逐时测定配好的Al －Ferron 溶液的吸光度。以时间t 为横坐标，以吸光度A 为纵坐标，制作工作曲线。
（５）计算。Al a 是指聚合氯化铝在1min 内与Ferron 试剂反应的部分；Al b 是指聚合氯化铝在1min 到
工业水处理２００8－10，２8（10）
从表1可以看出，3种样品的氧化铝含量和盐基度都达到聚铝工业产品的国家标准。其中，就盐基度而言，河南样品最高，达到84.14%；其次是天津样品73.02%；上海样品最低，为64.39%。一般认为，在一定pH 和温度下处理同一水体，在氧化铝投加量保持一致的情况下，混凝效果主要与盐基度有关，而且是随着盐基度的提高，混凝效果提高。按照这个推断，河南样品的混凝效果将最好，其次是天津样品，上海样品的效果将最差。3种样品的铝形态分布见图1。
60.0050.00A l 质量分数/%40.0030.0020.0010.000.00
20
40
6080时间/min
上海1#河南2#天津3#
120min 之间与Ferron 试剂反应的部分；Al c 是指聚合氯化铝在120min 以后与Ferron 试剂反应或者不
发生反应的部分。
将工作曲线上1min 处对应的吸光度代入标准曲线计算即得Al a ；将工作曲线上120min 处对应的吸光度代入标准曲线计算即得（Al a ＋Al b ），将此值减去Al a 即得Al b ；用［Ａｌ］T 减去（Al a ＋Al b ），即得Al c 。并可由此计算出Al a 、Al b 、Al c 在［Ａｌ］T 中所占比率。
2.4混凝实验
混凝原水取自同济大学三好坞湖水，其主要指
标为：（1）pH 一般保持在7~8.5；（2）浊度一般变化范围在10~15NTU ，在极少的情况下可以到25NTU ；（3）高锰酸盐指数保持在10~12mg/L，在很少的情况下会超过13mg/L；（4）氨氮保持在1~2mg/L，在少数情况下会接近3mg/L。
混凝温度约20℃。在加药后先以350r/min快速搅拌30s ，再以50r/min慢速搅拌600s 。然后在液面下5cm 处取上清液测定浊度和zeta 电位。
100120140
图1聚铝的铝形态逐时分布
结合表1和图1，可以清楚地看出，3种样品的铝形态分布有较大差别。其中天津样品的Al b 质量分数最高，达到35.64%。其次是河南样品29.08%，上海样品的Al b 含量最低，只有18.77%。按照一些文献报道，Al b 或Al 13是体现混凝效果优劣的衡量指标，Al b 的含量越高，混凝效果越好。按照这个推断，天津样品的混凝效果最好，河南样品其次，而上海样品的混凝效果最差。结合上述两个推断，由于上海样品盐基度含量最低，Al b 含量最低，所以无论如何上海样品的混凝效果都将是最差的。
3结果与讨论
3.13种聚铝样品的主要指标及铝形态测定
3种聚铝样品的主要指标见表1。
表1
样品来源氧化铝盐基度
3种聚铝样品的主要指标
上海
河南
天津
Al a Al b Al c
10.8564.3924.6118.7756.6231.1184.1424.3029.0840.7230.6873.0219.6835.6444.68
3.2混凝实验
使用3种聚铝样品对三好坞的湖水进行混凝，剩余浊度与药剂投加量的关系见表2。
从表2可以看出，混凝效果最好的是上海样品，
河南样品
天津样品
去除率%
浊度/NTU
去除率/%
表2
聚铝投加质量浓度（以Al 2O 3计）/（mg ·L -1）
上海样品
浊度/NTU
3种聚铝的混凝效果对比
浊度/NTU
去除率/%
2468101212.307.653.252.171.981.251.32037.8073.5882.3683.9090.0089.2712.308.396.033.212.351.631.61031.7950.9873.9080.8986.7586.9112.307.373.872.182.021.651.59040.0868.5382.2883.5886.5987.07
在Al 2O 3投加量为4mg/L时，混凝后水体的剩余浊度从原水的12.30NTU 降到了3.25NTU ，去除率
长趋缓，最终可以稳定在90%左右。天津样品的混凝效果次之，在Al 2O 3投加量为4mg/L时，水体剩余浊度降到了3.87NTU ，去除率为68.53%。随着投加
73.58%。随着投加量的继续增大，浊度的去除率增
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工业水处理２００8－10，２8（10）
量增大，它对浊度的去除率增长也趋缓，最终达到
李风亭，等：聚合氯化铝混凝性能的影响因素研究对混凝效果有十分重要的影响。
87%。而河南样品的混凝效果最差，在投加量为4mg/L时，剩余浊度为6.03NTU ，浊度去除率只有50.98%，在投加量为6mg/L时去除率才达到73.90%，也就相当于上海样品在4mg/L投加量下的
去除率。
混凝实验结果与前面的推断完全相反，理应混凝效果最差的上海样品的混凝效果反而最好。这就说明，其影响聚铝混凝效果的主导因素并非是盐基度和Al b 含量。因为如果是Al b 起主导作用，则应该天津样品最好；如果是盐基度起主导作用，则应该是河南样品最好。
混凝时药剂投加量对Zeta 电位的影响见图2。
-18.0-16.0-14.0-12.0-8.0-6.0-4.0-2.00.0Z e t a 电位/m V
上海1河南2#天津3#
#
5结束语
PAC 的制备方法很多，但只有酸解法和碱化法
实现了工业化生产。尽管酸法普遍存在原料利用率低、酸雾大等缺点，但工艺简单，投资少，仍然是将来一种主要的生产方法。当前我国PAC 溶液的生产方法基本上都属于酸法。目前最主要的是提高聚合氯化铝品质，降低重金属含量，降低成本。虽然我国已经成为全球最大的聚合氯化铝生产国，年产量已经超过100万t （以液体计算），但是在满足国内需求的同时，仍然有非常广阔的国际市场空间。
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从图2可以发现，随着聚铝的投加量增加，水体的Zeta 电位在由负值向零靠拢。三条曲线的趋势基本一致，尤其是在投加量为4mg/L时三者的Zeta 电位基本相等。表明三种聚铝的电中和能力相当，混凝效果的差异并非由电中和导致。一般认为，电中和能力主要取决于聚铝中的Al a 形态。所以，基本可以肯定Al a 也不是影响混凝效果的主导因素。
重新审视表1，在几个指标中上海样品超越其他两种混凝剂的指标就是Al c 含量。上海样品的Al c 质量分数高达56.62%，远高于天津样品的44.68%，而河南样品的Al c 质量分数最低，只有40.72%。Al c 含量的排列顺序正好与混凝效果的排列顺序保持一致。这说明，在混凝处理同济大学三好坞废水时，Al c 含量是影响聚铝混凝效果的主要因素。
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4结论
通过分析3种商品化聚铝的基本指标和铝形态
分布，结合混凝处理同济大学三好坞湖水的实验，发现Al b 或Al 13并不是对聚铝混凝效果起决定性作用的影响因素。盐基度的高低也并不代表混凝能力的强弱。聚铝中的Al c 形态在处理三好坞湖水实验中
［作者简介］李风亭（1963—），1997年毕业于南京大学化学化工学
院，博士，教授。电话：021-65983302，传真：021-
65983121，E -mail ：[email protected]。
［收稿日期］２００８－０6－２0（修改稿）
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