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，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，是一種新型無機高分子混凝劑。它兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特點，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，降低動電位，同時進行著架橋作用。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。

2、混凝效果影響因素實驗分析

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)合不同時期的優(yōu)化處理需求，尋找優(yōu)化混凝效果的規(guī)律。

實驗儀器：ZR-206六聯(lián)攪拌機、Hach2100N濁度儀、溫度計、冷藏柜。

實驗材料和藥品：聚合氯化鋁鐵、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、氧化鈣。

實驗方法：研究可變因素攪拌強度和可調(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動和膠體的穩(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能。混合強度是該階段混凝效果影響的重要控制因素，其評價效果常用攪拌強度和攪拌時間。由于實際生產(chǎn)中攪拌時間的不可變性，所以攪拌強度通常成為優(yōu)化混凝效果的主要研究對象，混合強度用速度梯度G來表示。實驗采用100-600轉(zhuǎn)/min攪拌轉(zhuǎn)速，G值在300-1000s^-1，攪拌時間t=30s。圖2為不同混合強度下聚合氯化鋁鐵混凝劑的形成序體時間。由圖可以看出混合強度越大，有利于混凝絮體的形成，混合強度大于400轉(zhuǎn)/min后，絮體形成時間變化趨于緩慢。

以上現(xiàn)象說明，隨著混合強度增加，聚合氯化鋁鐵擴散速度加快，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。此時壓縮雙電層和降低膠體ξ電位是混和強度影響的主要因素，主要表現(xiàn)為影響混凝過程中的凝聚。通過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，增加混和強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

由于無機鹽類混凝劑在水解時是吸熱反應(yīng)，水溫低時，水解十分困難，低溫時混凝效果差，混凝過程緩慢。同時，低溫的水粘度大，膠體水化作用增強，水中雜質(zhì)的熱運動減慢，彼此之間接觸碰撞的機會減少不利于相互凝聚。在水溫較高時，分子之間的擴散速度加快，有利于凝聚反應(yīng)進行。如圖3所示，原水水溫低于10℃時，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的正相關(guān)性。圖4為實驗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產(chǎn)生一些堿度。聚合氯化鋁鐵水解會生成H⁺，阻礙了水解過程的進行，不利于混凝進行，水中堿度可對產(chǎn)生的H⁺起緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時需要投加石灰，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，實驗室調(diào)節(jié)堿度，進行混凝實驗。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，聚合氯化鋁鐵除濁效果隨著堿度的降低效果明顯下降，堿度越低實驗沉后水的殘余濁度越高，混凝效果越差；當(dāng)堿度大于70時，聚合氯化鋁鐵形成絮體變大，除濁效果逐漸增強。

3、結(jié)語

針對多源供水系統(tǒng)原水水質(zhì)特點和混凝池的變頻工藝特點，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。

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

（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，聚合氯化鋁鐵混凝效果良好。

水處理是一個系統(tǒng)工程，適時進行工藝調(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。