聚合氯化鋁是近幾十年來發展較快的水處理劑之一，與傳統藥劑相比，具有用量少、成本低、凈化水質優、使用方便等一系列特點，甚至在某些情況下比聚合硫酸鐵，還具有更寬的水質適應范圍和混凝沉降效果，目前正迅速取代傳統鋁鹽水處理藥劑。因此，研究聚合氯化鋁性能已經成為水處理領域的一個熱點。作為聚合氯化鋁重要技術質量標準之一的鹽基度（鹽基度B=n(OH^-)/n(1/3Al³⁺)×100%），與聚合氯化鋁水溶液中鋁的形態分布有密切的聯系，它直接影響到藥劑的混凝性能、處理后的水質和水處理的成本。雖然研究者們對鹽基度與混凝性能之間的關系，已經取得了較一致的實驗結果和認識，但是就有關鋁鹽凈水劑中鋁的形態分布、鋁的優勢形態及其與混凝性能之間的關系等，尚未取得一致認識。為了進行不同聚合氯化鋁樣品鹽基度、鋁的形態與混凝性能關系的研究，制備了含鈣聚合氯化鋁（CaPAC）和純聚合氯化鋁（PAC）。研究考察了不同鹽基度的CaPAC、PAC混凝除濁性能，分析探討了鋁形態隨鹽基度的變化規律，旨在對聚合氯化鋁混凝劑的研究開發和生產應用提供參考和指導作用。

一、分析方法

水樣濁度的測定采用硫酸肼法，使用722型光柵分光光度計，在波長為680nm條件下測定吸光度，并根據標準曲線計算濁度。

各種聚合氯化鋁鹽基度的測定，根據聚合氯化鋁國家標準檢測方法進行測定；聚合氯化鋁溶液中鋁的形態分布Ala、Alb和Alc的分析測定，采用Ferron逐時絡合比色法，Ferron試劑采用Sigma公司分析純試劑，測定中所用的其他試劑也均為分析純。

二、結果與討論

1、不同鹽基度聚合氯化鋁中鋁的形態分布

采用Ferron逐時絡合比色法分析不同鹽基度的聚合氯化鋁水溶液中鋁的形態分布規律。Ferron比色法的基本原理，是依據Ferron試劑與PAC或CaPAC中羥基基團競爭鋁離子的配合動力學差異來分析其中鋁的形態分布。該方法將聚合氯化鋁中鋁的形態分為三類：Ala（絡合反應時間<1min），為瞬時反應的單體及低聚態；Alb（絡合反應時間在1-120min），為緩慢反應的低聚合態和中等聚合形態；Alc（反應時間>120min），為較慢的絡合反應，代表絡合反應的是高聚合態及氫氧化鋁沉淀。表1和表2為不同鹽基度的CaPAC和PAC用Ferron逐時絡合比色法測定的鋁的形態分布組成。

表1 不同鹽基度CaPAC中鋁的形態分布

表2 不同鹽基度PAC中鋁的形態分布

從表1可看出，隨著鹽基度從小到大的變化，對CaPAC而言，Ala含量相應由高逐漸降低、Alc含量則由小變大，兩者分別呈現好的正負相關性。其中能夠代表聚合態存在的Alb+Alc含量一直隨著鹽基度的增加而增加，這說明高堿度有利于鋁向中、高聚合態轉化；而Alb隨鹽基度變化規律性沒有Ala、Alc含量隨鹽基度變化的規律好，即Alb隨鹽基度增加而變化的相關性不明顯，但是Alc隨鹽基度的增加而升高明顯，表現出較好的相關性。

由表2可知，對于PAC而言，Ala、Alb+Alc變化規律與CaPAC中Ala、Alb+Alc變化規律相同；當鹽基度在35.34%-87.81%范圍內增加的時候, Alb含量不斷升高，呈現較好的正相關性；當鹽基度為69.69%時，Alc逐步增加到較大；當鹽基度為87.81%時, Alc含量又有所降低，這是因為在該高鹽基度樣品制備的過程中，堿量增加后溶液沉淀明顯增加。為了促進沉淀溶解，所以加熱濁液，使得高溫條件下以膠態存在的Alc有部分開始向中聚態的Alb轉化，即高溫（>90℃）加熱時，Alc→Alb。與表1中明顯不同的是，在表2中Alb隨著鹽基度的增加而不斷升高，Alc的變化則較平緩。上述有關CaPAC和PAC的鹽基度與鋁形態分布之間的變化關系，基本上與有關文獻報道相似。

由表1和表2鋁形態分布與鹽基度關系可知，當制備聚合氯化鋁混凝劑時，由于所采用的原料和工藝方法不同，當鹽基度逐漸升高時，并不是所有樣品中的Alc都一直升高，在PAC和CaPAC中，Alb和Alc隨鹽基度的變化規律并不是完全相同。

2、處理模擬水樣的混凝效果

在自來水中加入一定量的膨潤土配制具有一定濁度的水樣。本實驗中所配制的模擬水樣在680nm的吸光度為Ao=0.360，對應的濁度為165NTU，水樣pH為6.8-7.0。在混凝試驗過程中，當聚合氯化鋁混凝劑的投加質量濃度為10.0mg/L（以Al₂O₃計算，下同），聚合氯化鋁鹽基度與余濁的關系見圖1。

從圖1可知，模擬水樣加藥混凝凈化處理時，剩余濁度隨著CaPAC、PAC鹽基度的增加而降低。當鹽基度在30%-60%范圍增加時，CaPAC處理后水的余濁降幅較大；在60%-90%，降幅趨于緩和，凈化水余濁基本接近。而對于PAC，當鹽基度在30%-50%范圍增加時，凈化水余濁降幅更加明顯；在50%-90%，凈化水余濁基本接近，余濁變化不大。

比較兩者在不同鹽基度時的混凝效果可知，在整個鹽基度由小到大的變化范圍內，CaPAC的混凝性能均優于PAC，這一差別在低鹽基度范圍內更大，而在高鹽基度范圍內變化時，二者之間的差別縮小。總的來說，CaPAC除濁效果好于PAC。其原因應是由于在CaPAC中多核羥基鋁形態與帶正電Ca²⁺形成了鋁鈣異核水合物，這種異核水合物的帶電量要高于一般的不含鈣的鋁形態，因而使得Zeta電位升高，在混凝過程中該類混凝劑表現出較高的電中和能力和較好的除濁效果。可見，采用不同原料和不同的制備方法所得到的聚合氯化鋁混凝劑，鹽基度在30%-90%內變化時，雖其產品中氧化鋁含量相同，但因原料和工藝條件的差異，使得產品的混凝性能也有差異。

由表1和表2可知，在較高鹽基度（>60%）條件下，CaPAC中占優勢的鋁的形態為Alc，而PAC占優勢的鋁的形態卻為Alb，但從圖1得知，在整個鹽基度的變化范圍內，CaPAC的混凝性能均優于PAC。可見，一般認為的Alb是聚合氯化鋁類混凝劑中主要有效成分和Alc含量高將不利于混凝的結論，并不能對上述結果進行合理的解釋。因此，對有關聚合氯化鋁類混凝劑中究竟哪些鋁的形態分布是使混凝性能提高的主要優勢形態，仍需進行更加深入的研究。

3、處理地表水的混凝效果

本實驗采用的地表水實際水樣取自廣東西江水，水樣的初始濁度為19.4NTU，pH6.79。采用具有不同鹽基度的CaPAC和PAC對該地表水進行混凝處理試驗，混凝處理的試驗方法同前。

圖2和圖3顯示了不同鹽基度聚合鋁的加藥量與余濁之間的關系。

從圖2、圖3可以看出，經過混凝處理的地表水水樣，其剩余濁度隨著混凝藥劑投加量的增加迅速降低，而后期濁度的變化趨于平緩。同時可以發現，對于同一類型的混凝劑CaPAC或PAC而言，在相同投藥量條件下，鹽基度高的比鹽基度稍低的產品的混凝性能好，處理后水樣的剩余濁度低，這一實驗結果與處理模擬水樣的試驗結果基本相似。

另外，比較圖2和圖3還可知，對于CaPAC和PAC而言，在相同鹽基度和相同投藥量情況下，CaPAC的混凝效果稍好于PAC。這一結果可以從圖4的試驗結果更加明確的看出，當CaPAC和PAC加藥質量濃度為3.0mg/L或5.0mg/L時，在相同加藥量時，CaPAC混凝除濁效果明顯優于PAC，處理后水樣剩余濁度隨著鹽基度的增加而減少，余濁和鹽基度具有較好的相關性。總之，與PAC相比，CaPAC表現出相對較好的混凝除濁性能。該結論同CaPAC和PAC處理模擬水樣的結論相似（見圖4）。

三、結論

1、制備的CaPAC系列液體混凝劑的Ala含量隨樣品鹽基度增加具有較好的負相關性，Alc含量隨樣品鹽基度增加具有較好的正相關性，而Alb含量的變化卻于鹽基度無明顯的對應關系。對于PAC而言，Ala與鹽基度也具有較好的負相關性，Alb含量卻與鹽基度呈現正的相關性，Alc與隨鹽基度增加未表現出明顯的對應關系。

2、在混凝除濁方面，兩種系列的聚合氯化鋁混凝劑隨著鹽基度的增加，其混凝除濁性能明顯得到增強；CaPAC較PAC有更好的混凝除濁效果。CaPAC與PAC之間的混凝性能差異，一方面與其中鋁的形態分布不同有關，另一方面也應當與CaPAC中的鋁-鈣復合異核絡合物形成有關。

3、鑒于CaPAC與PAC中Alb、Alc隨鹽基度變化所表現出的不同趨勢，以及該兩類混凝劑所具有的混凝性能的差異，目前尚不能用混凝劑中Alb或Alc含量的多少作為統一標準，來衡量某混凝劑混凝效果的好壞。但是，無論是CaPAC還是PAC，其混凝性能均隨鹽基度的增加而升高。因此，無論是從混凝劑的生產出發，還是考慮到在水處理中的實際應用效果，生產和應用具有較高鹽基度的混凝劑是節能增效的有效途徑。