聚合硫酸铝的盐基度及其混凝性能

聚合硫酸铝的盐基度及其混凝性能

王丽燕李明玉*潘倩曹刚

（暨南大学环境工程系广州510630）

摘要采用硫酸铝为主要原料制备了高稳定性的聚合硫酸铝，并对其盐基度、铝的水解聚合形态分布、混凝性能及其影响因素进行了研究。结果表明，在室温条件下，聚合硫酸铝在对不同水样进行混凝处理后，水中余浊随盐基度的增加先降低后升高，其中盐基度为53.8%的聚合硫酸铝混凝效果最好，对流溪河水及高岭土水的除浊率均在90%以上。与硫酸铝及聚合氯化铝相比，聚合硫酸铝具有更宽广的温度和pH的适用范围及更快的水解絮凝速度。通过对聚合硫酸铝中铝的水解聚合形态分布和混凝性能的综合分析表明，Alb为混凝优势形态。

关键词聚合硫酸铝盐基度混凝剂混凝性能

Basicity of Polyaluminum Sulfate and its Coagulative Performance

Wang Liyan，Li Mingyu*，Pan Qian，Cao Gang

（Department of Environmental Engineering，Jinan University，Guangzhou510630）

Abstract The high stability polyaluminium sulfate（PAS）was made by using aluminium sulfate as main starting material.The effect of the basicity of PAS on alulminium speciation in diluted solutions and coagulative properties as well as impact factors was investigated.The results showed that turbidity removal performance varied according to the change of basicity of PAS，the residual turbidity in treated water decreases and then increases with the increase of basicity of PAS at room temperature，the optimum basicity of PAS is53.8%，at that point，the turbidity-removal rate was more than90%in treating raw water from Liuxi River and Kaolin pared with the coagulants polyaluminium chloride（PAC）and aluminum sulfate（AS），PAS exhibited broader range of temperature and initial pH because of faster rate of hydrolysis and flocculation.Moreover，a trade-off analysis of alulminium species and coagulation test showed that Alb is the advantage species in coagulation.

Keywords Polyaluminium sulfate，Basicity，Coagulant，Coagulative performance

聚合氯化铝（PAC）是在20世纪60年代末开发出来的一种混凝性能优良的净水剂，一般情况下，其混凝性能明显优于普通低分子铝盐净水剂，因而逐渐取代了硫酸铝而成为在水处理中应用最广泛的无机高分子混凝剂。但是，在处理低温和低pH原水时，PAC的混凝效果较差［1，2］。聚合硫酸铝（PAS）作为一种新型无机高分子铝盐类混凝剂，不但可以除浊、脱色、除臭，还有较好的去除废水中Pb2+和Cr3+等重金属离子、微生物、细菌、藻类等的效果［3］，也有较宽的温度和pH适用范围。PAS不仅具有比传统AS的混凝性能好及投加量小等优点，而且也具有比PAC更宽广的温度使用范围和对原水pH的适用范围［2］。盐基度作为PAS的重要技术质量标准之一，与PAS水溶液中铝的形态分布有密切的联系，直接影响到药剂的混凝性能、处理效果和使用成本。虽然研究者们对PAC的盐基度与混凝性能之间的关系，进行了较为透彻的研究［4 7］，也取得了较一致的实验结果和认识，但对于PAS的盐基度、铝水解聚合形态分布、混凝优势形态及其与混凝性能之间的关系等，仍鲜见报道。本文在合成具有高稳定性PAS 的基础上，研究了PAS的盐基度、形态分布及其对混凝性能的影响，以期对PAS的开发、生产和应用起到一定的指导或促进作用。

广东省重大专项（2006A36802001；2007A032400001）、广东省教育部产学研专项（2008A030202010）、中央高校基本科研业务专项基金和广东省高校水处理材料产学研基地项目资助

2010-04-21收稿，2010-07-10接受

1

实验部分

1.1

主要仪器和试剂

恒温恒速自控反应装置（自制）；ZR4-

6型智能型混凝搅拌机（深圳中润公司）；STZ2A24浊度仪（无锡市光明浊度仪厂）；721分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）。

AS （工业级）；PAC （工业级，盐基度为89.5%）；PAS （自制）；Ferron 试剂；其它试剂均为分析纯。

1.2PAS 的制备

先将一定量的液体AS 加入反应器中，升温到指定温度，然后连续缓慢地加入碱化助聚剂，并以

60r /min 的搅拌速度恒温恒速搅拌聚合反应2h ，然后再熟化一定时间，得到Al 2O 3质量分数大于8%的稳定性能良好的液体PAS ，液体产品的贮存稳定性大于2y ，期间未出现沉淀和析晶现象。

1.3混凝实验方法

以高岭土配制的模拟水样和广州流溪河下游水源水（珠江北航道）为混凝处理对象。分别取

1000mL 水样加入到ZR 智能型六联电动混凝搅拌机的搅拌杯中，按300、100、60和30r /min 的转速，分别搅拌1.0、

2.0、

3.0和

4.0min 。在快速搅拌开始时，加入一定量的混凝剂。混凝搅拌结束后，静置10min ，然后取上层清液测定剩余浊度。

1.4分析方法

PAS 产品中Al 2O 3和盐基度的测定参照国际《水处理剂聚氯化铝》（GB15892-2003）中规定的测定

方法进行；水浊度由散射式STZ2A24浊度仪进行测定；PAS 溶液中铝的形态分布Ala 、

Alb 和Alc 采用Ferron 逐时络合比色法中的合加比色-缓冲溶液法［8］分析测定，所用Ferron 试剂为Sigma 公司分析纯试剂，测定中所用的其它试剂也均为分析纯。

2

结果与讨论

2.1

不同盐基度PAS 中铝的水解聚合形态分布

在聚合铝混凝剂中，铝的形态分布不仅与其盐基度密切相关，而且也影响着其水处理混凝性能。本

实验采用Ferron 逐时络合比色法［9］

分析不同盐基度的PAS 样品中铝的水解形态分布规律。该方法将

聚合铝中铝的形态分为3类：Ala （络合反应时间<1min ）为瞬时反应的单体及低聚态；Alb （络合反应时间在1 120min ）为缓慢反应的低聚合态和中等聚合形态；Alc （反应时间>120min ）为极慢的络合反应，代表络合反应的是高聚合态及氢氧化铝沉淀。图1为不同盐基度PAS 用Al-Ferron 逐时络合比色法测得的铝形态分布

。

图1不同盐基度PAS 中铝的形态分布

Fig.1

Species distribution of aluminium in PAS

从图1可看出，PAS 样品的Ala 与盐基度呈负相关关系；Alb 呈先升高后降低的变化趋势，即在盐基度从22.7%上升到53.8%的区间内Alb 曲线为上升段，盐基度从53.8%上升到67.6%区间为下降段；Alc 与盐基度则呈正相关关系。这是因为PAS 在低盐基度时，低聚合态Ala 为优势形态，铝主要应是以

单核铝离子Al 3+、羟基铝离子（Al （OH ）2+

和Al （OH ）2+）以及最初形成的二聚体［Al （OH ）2］4+

为主；

随着盐基度的提高，OH －离子增多，液体PAS 样品中Ala 结合OH －进一步生成多铝核羟基聚合体，导致Ala 含量逐步减少而Alb 含量逐渐增加。但是，当盐基度继续升高时，PAS 不稳定，倾向于生成无定形氢氧化铝沉淀，导致Alb 含量下降而Alc 含量继续增加。

2.2PAS 盐基度与混凝性能的关系

盐基度是无机高分子混凝剂的一个重要质量指

标，也是影响其混凝性能的重要因素，因此，PAS 盐基度的高低，直接影响到其水处理混凝效果。若PAS 盐