摘要：聚合氯化鋁鐵（PAFC）是由鋁鹽和鐵鹽復(fù)合共聚而成的一種無機(jī)高分子混凝劑，近年來在給水處理中得到廣泛應(yīng)用。本文以秦嶺地表水為原水，通過燒杯攪拌試驗(yàn)，探討常規(guī)工藝中聚合氯化鋁鐵混凝效果影響因素，確定聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響規(guī)律，優(yōu)化條件，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮出良好的效果。

1、水處理工藝與混凝

（1）常規(guī)給水處理工藝

地表水處理的常規(guī)工藝為：混凝、沉淀、過濾、消毒，混凝是關(guān)鍵的先行工序，它所要處理的對象，主要是水中的膠體、懸浮物和微生物等。混凝效果對水處理的效果及成品自來水的水質(zhì)起決定性作用，對水處理中的后續(xù)諸工序產(chǎn)生重要影響。

圖1為常規(guī)地表水給水處理工藝流程圖。

（2）聚合氯化鋁鐵混凝機(jī)理

聚合氯化鋁鐵（PAFC）是由鋁鹽和鐵鹽共聚合而成的新型凈水劑，是一種新型無機(jī)高分子混凝劑。它兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特點(diǎn)，是高分子聚合度的異核多核配合物。高聚合度的異核多核配合物鋁鹽和鐵鹽在水處理過程中發(fā)生水解和聚合反應(yīng)過程，水中的膠體顆粒能強(qiáng)烈吸附水解和聚合反應(yīng)過程中出現(xiàn)的各種產(chǎn)物。被吸附的帶正電的多核羥基絡(luò)離子能夠壓縮雙電層，降低動(dòng)電位，同時(shí)進(jìn)行著架橋作用。聚合氯化鋁鐵的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它易溶于水，有較強(qiáng)的電性中和、架橋、吸附性能；在水解過程中，具有反應(yīng)速度快、形成絮體大、活性好、過濾性好等優(yōu)點(diǎn)。

2、混凝效果影響因素實(shí)驗(yàn)分析

秦嶺黑河水源系統(tǒng)是以金盆水庫、石頭河、石砭峪等為主要水源的多源供水系統(tǒng)，其各個(gè)水源水質(zhì)不盡相同，水溫常年變化在：5-25℃，pH值為：7.5-8.5，堿度為：40-85mg/L，濁度為1.5-100NTU，特殊情況下濁度超過1000NTU。由于原水水質(zhì)四季變化較明顯，混凝效果不盡相同，混凝效果的影響因素也比較復(fù)雜。根據(jù)水源水質(zhì)結(jié)合不同時(shí)期的優(yōu)化處理需求，尋找優(yōu)化混凝效果的規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)儀器：ZR-206六聯(lián)攪拌機(jī)、Hach2100N濁度儀、溫度計(jì)、冷藏柜。

實(shí)驗(yàn)材料和藥品：聚合氯化鋁鐵、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、氧化鈣。

實(shí)驗(yàn)方法：研究可變因素?cái)嚢鑿?qiáng)度和可調(diào)配水源因素水溫、堿度對聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響，確定優(yōu)化混凝效果的影響因素。

（1）混合強(qiáng)度對聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響

地表水中的懸浮物以及硅酸鹽膠體由于微粒的布朗運(yùn)動(dòng)和膠體的穩(wěn)定性，使水體存在一定的濁度。聚合氯化鋁鐵的加入在發(fā)生電性中和、雙電層壓縮脫穩(wěn)的同時(shí)只有有效的碰撞才能發(fā)揮其作用，此過程需要消耗部分動(dòng)能?；旌蠌?qiáng)度是該階段混凝效果影響的重要控制因素，其評(píng)價(jià)效果常用攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間。由于實(shí)際生產(chǎn)中攪拌時(shí)間的不可變性，所以攪拌強(qiáng)度通常成為優(yōu)化混凝效果的主要研究對象，混合強(qiáng)度用速度梯度G來表示。實(shí)驗(yàn)采用100-600轉(zhuǎn)/min攪拌轉(zhuǎn)速，G值在300-1000s^-1，攪拌時(shí)間t=30s。圖2為不同混合強(qiáng)度下聚合氯化鋁鐵混凝劑的形成序體時(shí)間。由圖可以看出混合強(qiáng)度越大，有利于混凝絮體的形成，混合強(qiáng)度大于400轉(zhuǎn)/min后，絮體形成時(shí)間變化趨于緩慢。

以上現(xiàn)象說明，隨著混合強(qiáng)度增加，聚合氯化鋁鐵擴(kuò)散速度加快，有利于壓縮雙電層和電中和，降低了硅酸鹽ξ電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。此時(shí)壓縮雙電層和降低膠體ξ電位是混和強(qiáng)度影響的主要因素，主要表現(xiàn)為影響混凝過程中的凝聚。通過生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，增加混和強(qiáng)度對于低溫低濁水的混凝效果影響尤為明顯。

（2）水溫對聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響

由于無機(jī)鹽類混凝劑在水解時(shí)是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)，水解十分困難，低溫時(shí)混凝效果差，混凝過程緩慢。同時(shí)，低溫的水粘度大，膠體水化作用增強(qiáng)，水中雜質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)減慢，彼此之間接觸碰撞的機(jī)會(huì)減少不利于相互凝聚。在水溫較高時(shí)，分子之間的擴(kuò)散速度加快，有利于凝聚反應(yīng)進(jìn)行。如圖3所示，原水水溫低于10℃時(shí)，混凝效果顯著變差。近年研究表明，水廠出水余鋁與出水濁度具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。圖4為實(shí)驗(yàn)室混凝劑投加量和殘余鋁的變化關(guān)系。

（3）堿度對聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響

堿度是指水中吸收質(zhì)子的能力，水中堿度的形成主要是由于重碳酸鹽、碳酸鹽及氫氧化物的存在，硼酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽也會(huì)產(chǎn)生一些堿度。聚合氯化鋁鐵水解會(huì)生成H⁺，阻礙了水解過程的進(jìn)行，不利于混凝進(jìn)行，水中堿度可對產(chǎn)生的H⁺起緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰，因此水中的堿度對混凝效果至關(guān)重要，要靠它來中和因水解而產(chǎn)生的酸度。針對黑河原水系統(tǒng)堿度在：40-85mg/L范圍內(nèi)變化的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)堿度，進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。堿度對聚合氯化鋁鐵混凝效果的影響如圖5。

堿度小于60mg/L時(shí)，聚合氯化鋁鐵除濁效果隨著堿度的降低效果明顯下降，堿度越低實(shí)驗(yàn)沉后水的殘余濁度越高，混凝效果越差；當(dāng)堿度大于70時(shí)，聚合氯化鋁鐵形成絮體變大，除濁效果逐漸增強(qiáng)。

3、結(jié)語

針對多源供水系統(tǒng)原水水質(zhì)特點(diǎn)和混凝池的變頻工藝特點(diǎn)，聚合氯化鋁鐵在常規(guī)水處理工藝中具有以下可優(yōu)化特點(diǎn)。

（1）聚合氯化鋁鐵在水處理工藝中形成絮體時(shí)間和機(jī)械混和強(qiáng)度存在相關(guān)性，增加混和強(qiáng)度混凝形成絮體時(shí)間越短。

（2）隨著水溫的降低，聚合氯化鋁鐵混凝效果變差，濁度和余鋁具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。

（3）低堿度不利于聚合氯化鋁鐵混凝，濁度去除率低，針對黑河水源堿度大于70mg/L時(shí)，聚合氯化鋁鐵混凝效果良好。

水處理是一個(gè)系統(tǒng)工程，適時(shí)進(jìn)行工藝調(diào)整和原水調(diào)配，在聚合氯化鋁鐵混凝效果及降低水處理成本方面均具有重要意義。