一种制备高纯聚氯化铝的制备工艺及混凝效能研究

刘永++张民权++刘飞鹏

摘 要：以盐酸、氢氧化铝和铝酸钙为原料，在常压下加热合成高盐基度的无色透明的高纯聚氯化铝，并对饮用水原水为处理对象进行了混凝沉淀试验。结果表明，新工艺制备的高纯聚合氯化铝混凝效能优于现行的聚氯化铝，出厂水残余铝比现用聚氯化铝更低。

关键词：聚氯化铝；新工艺；高纯；高盐基度；残余铝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.008

聚氯化铝是目前普遍使用的饮用水净水药剂，而聚氯化铝生产工艺采用了天然铝土矿烧制而成的铝酸钙粉。由于天然铝土矿中重金属和砷等有害物质具有不确定性，导致聚氯化铝产品中重金属不稳定，存在超标的风险。李润生[1]在《中国给水排水》中介绍了高盐基度（≥85%）的聚氯化铝能够有效地降低饮用水中的残留铝含量。因此，研制高纯高盐基度的聚氯化铝，对于提高饮用水药剂安全具有非常重要的意义。现有市场上的高纯聚氯化铝生产工艺[2]大多数要通过加压一步反应完成，存在条件苛刻、设备腐蚀严重、产品盐基度不高等问题，一般只能用于造纸等行业，难以在饮用水处理得到广泛应用。本研究是采用纯工业原材料，在常压下采用二步法完成聚氯化铝生产，产品无色透明，高纯高盐基度，应用于饮用水处理，效果好，安全性高。

1 主要原材料仪器和方法

（1）试验用主要原料：氢氧化铝（氧化铝含量60%）、铝酸钙粉（氧化铝含量60%）、盐酸（食品级，含量31%）。

（2）试验用仪器：可调温电热炉、 电动搅拌机、 三口烧瓶、六联搅拌机、浊度计、紫外可见分光光度计。

（3）合成方法。1）半成品合成。常压下由水、盐酸和氢氧化铝在按照一定配比和一定温度条件下合成半成品；2）调节盐基度。常压下在一定温度下将一定量的高纯铝酸钙粉缓慢加入到上述半成品，直至产品盐基度符合要求；3）熟化。反应结束后，保持一定温度继续搅拌一定时间，使产品熟化；4）过滤。将熟化产品过滤，去除少量未反应的固体物质即得无色透明液体产品，即高纯聚氯化铝。

（4）产品结果。高纯聚氯化铝与普通聚氯化铝的检验结果对比情况如表1。

从表1可以明显看出，高纯聚氯化铝比普通聚氯化铝铁含量要低很多，更重要的是其重金属元素铅镉六价铬等含量要明显低于普通聚氯化铝，说明其比普通聚氯化铝在处理水时更加安全可靠。

2 混凝沉淀试验

取深圳市某水厂原水进行混凝沉淀试验，并将高纯聚氯化铝与常规聚氯化铝进行比较。

（1）取样及搅拌程序。1）原水取自南山水厂，浊度8.6NTU，pH值7.5，水温25℃；2）六联搅拌机搅拌条件：第一段：加药；第二段：絮凝搅拌 500转/分搅拌10秒；第三段：絮凝搅拌 200转/分，搅拌60秒；第四段：絮凝搅拌 50转/分，搅拌30秒；第五段：沉淀。

（2）处理后水的余浊比较。为了验证高纯聚氯化铝与普通聚氯化铝的净水絮凝效果，我们做了前期药剂效果实验，结果得出在投加量为20ppm时，絮凝效果最好。以这个投加量为基础，对沉淀时间分别为5min、10min、20min、40min和100min的处理水进行了余浊做了比较试验，实验结果如图1所示。

可以看出来，在相同条件下，高纯聚氯化铝处理后的余浊效果整体都要好于普通聚氯化铝处理后的余浊效果，说明高纯聚氯化铝在饮用水处理絮凝效果方面好于普通聚氯化铝。

（3）不同PH值原水的余浊比较。为了验证原水pH值对净水余浊的影响，对原水pH值分别调节为7、7.5、8.0、8.5，设定投加量均为15ppm，所对应的高纯聚氯化铝和普通聚氯化铝混凝沉淀效果的余浊比较如图2所示。

明显可以看出，在PH为7-8之间时，高纯聚氯化铝的处理后余浊明显要好于普通聚氯化铝处理效果，PH当达到8时，其余浊相差不大。这说明了高纯聚氯化铝比普通聚氯化铝对处理水方面对原水PH的适应性更广，效果更好，余浊更低。

（4）处理后水中残留铝离子浓度比较。为了验证高纯聚氯化铝与普通聚氯化铝处理后对水中残留铝的影响，按照投加量均为20ppm， 沉淀时间分别为

5min、10min、20min、40min和100min所对应的处理水，其对应的各自残留铝离子浓度结果见图3所示。

由图3可以看出，试验所处理的水样中，残留铝离子浓度经高纯聚氯化铝处理结果在1mg/L-2.6mg/L之间，而普通聚氯化铝处理结果在2.8mg/L-5.6 mg/L之间，总体要降低53%-64%的残留铝。因此，用高纯聚氯化铝替代常规聚氯化铝，不仅混凝效果有提高，而且可以明显降低处理水残留铝离子浓度，降低铝离子超标的风险，提高饮用水的水质安全性。

（5）不同PH值原水的残留铝离子浓度比较。为了验证原水pH值对处理后残留铝的影响，对原水pH值进行了调节，调节原水pH值分别为7、7.5、8.0、8.5、9，设定投加量均为15ppm，沉淀时间均为40min，对应的处理水残留铝试验结果见图4所示。

由图4可以看出，无论原水pH值如何变化，经高纯聚氯化铝处理的水样残留铝都要明显低于常规聚氯化铝的残余铝，降低效果可达到35%-64%，且随着原水pH值的升高，高纯聚氯化铝的残余铝增加趋势要小于普通聚氯化铝。这又从另外一面说明高纯聚氯化铝的适用范围优于普通聚氯化铝，原水的PH影响对其处理后残留铝的含量影响较小。

3 结论

（1）本工艺用氢氧化铝和高纯铝酸钙作原料，最大优点是原材料重金属的可控性，从源头上杜绝了产品的重金属超标风险。

（2）生产工艺较为简单，无需加压，质量稳定可控，产品无色透明，高纯高盐基度。

（3）高纯聚氯化铝用于实际饮用水处理方面效果明显优于普通聚氯化铝，具有用量少，使用范围（PH值）更为广泛等优点。

（4）高纯聚氯化铝的使用，可有效地解决国内出厂水残留铝偏高的难题，可避免大量铝离子摄入而对人体的风险。

参考文献：

[1]李润生，金立新，李凯等.高盐基度PAC降低饮用水中残留铝的研究[J].中国给水排水，2013，29（07）：52-55.

[2]晏永祥，陈夫山，栾兆坤等.高纯聚合氯化铝的制备及其影响因素[J].工业水处理，2007，2，27（02）：57-59.

作者简介：刘永（1985-），男，本科，主要从事水处理药剂方面的工作。