摘要：通过实验表明了液体聚合氯化铝使用中条件（稀释、投加量、沉降时间）变化对混凝沉淀效果的影响，初步得出其较佳的使用条件范围。
混凝沉淀是地面水净化处理工艺的主要单元，在原水理化指标、药剂品种、净化构筑物性能确定的条件下，混凝剂的正确使用是保证高净化水质、高产水量、低净化成本的关键因素。这一因素的研究很少见诸文献。就目前来看，某自来水公司各水厂在使用本公司的液体聚合氯化铝方法上，有不同的投加量、不同的稀释倍数和不同的沉降时间。我们对此进行了专门研究，希望这一研究结果能对使用聚合氯化铝的水厂运行、技改挖潜、新厂设计起到一定参考作用。
1、实验条件
实验用原水取自笔架山水厂东湖水库输水管出口，水温约20℃，原水浊度约5NTU。
实验用原液为本厂生产的液体聚合氯化铝，其Al2O3含量为10.88%，盐基度78.2。为了与本公司各水厂使用条件相对应，将其稀释至Al2O3含量8.05%、密度1.180。
实验用10倍稀释液是取10mL 8.05%的液体聚合氯化铝，在100mL容量瓶中定容稀释，即配即用。
实验用100倍稀释液是取10mL 8.05%的液体聚合氯化铝，在1000mL容量瓶中定容稀释，即配即用。
混凝搅拌实验方法：在6个大烧杯中各装入1000mL原水，分别加入一定量的混凝剂，保证同一时刻加入，立即以150rpm的转速搅拌2min，接着以50rpm的转速搅拌5min，静置沉降，比较其余浊。
实验用主要仪器：湖北潜江通用仪器厂SYW-881六联搅拌器；美国HACH-2100N型浊度仪。
2、混凝剂投加量对混凝沉淀效果的影响
在相同原水、相同搅拌条件下，加入不同量的混凝剂，比较其相同时刻的余浊，可以看出投加量变化对混凝沉淀效果的影响。
在6个大烧杯的原水中分别加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL的100倍稀释液进行混凝搅拌实验，比较静置20min、60min时的余浊，结果见表1。
表1 混凝剂投加量对混凝沉淀效果的影响
| 投加量/mL | CA/mg·L-1 | 静置20min后余浊/NTU | 去浊率/% | 静置60min后余浊/NTU | 去浊率/% |
| 0.5 | 0.475 | 4.20 | 0 | 3.70 | 11.9 |
| 1.0 | 0.950 | 3.22 | 23.3 | 1.95 | 53.6 |
| 1.5 | 1.425 | 1.04 | 75.2 | 0.76 | 81.9 |
| 2.0 | 1.900 | 0.71 | 83.1 | 0.35 | 91.7 |
| 2.5 | 2.375 | 0.62 | 85.2 | 0.24 | 94.3 |
| 3.0 | 2.850 | 0.52 | 87.6 | 0.16 | 96.2 |
注：CA为水中加入混凝剂的Al2O3折实浓度，以下相同；原水浊度4.20NTU。
从表1可看出，投加量增加对混凝沉淀效果的影响有一定规律，可将其分为三个区：
1）CA＜1.425mg/L，在这区间聚合氯化铝投加量低，余浊较高，增加投加量能有效地提高去浊率。
2）1.425mg/L≤CA＜1.900mg/L，这区间中，随投加量增加，去浊率仍然有所提高，但提高幅度变小，说明投加量已经足够。在这区间，去浊率高，余浊低，聚合氯化铝耗用量小，是投加的较佳区域。
3）CA≥1.900mg/L，在这区间，随投加量增加，去浊率提高很少，CA从1.900mg/L增加到2.850mg/L，增加了50%，而20min、60min去浊率均仅提高4.5%，说明CA大于1.900mg/L以上所增加的投加量已接近无效投加，造成浪费。
取聚合氯化铝原液或10倍稀释液重复本实验，均得出同样结论。
3、沉降时间对混凝沉淀效果的影响
在1000mL原水中加入聚合氯化铝原液，进行混凝搅拌实验，趁未沉降时迅速取样于浊度仪的测样管中，让水样在测样管中沉降，结果见表2。
表2 沉降时间对混凝沉淀效果的影响
| 静置时间/min | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 余浊/NTU | 2.17 | 1.82 | 1.55 | 1.47 | 0.96 | 0.96 | 0.89 | 1.01 |
| 去浊率/% | 58.0 | 64.8 | 70.0 | 71.6 | 81.4 | 81.4 | 82.8 | 80.5 |
注：CA=1.187mg/L，原水浊度5.17NTU。
以10倍稀释液和100倍稀释液在CA=1.187mg/L时重复以上步骤，得到相同结果。
4、混凝剂稀释倍数对混凝沉淀效果的影响
以相同的原水，相同Al2O3折实浓度下的混凝搅拌实验来比较原液、10倍稀释液、100倍稀释液的混凝沉淀效果，可以得到混凝剂稀释倍数对于混凝沉淀效果的影响。
混凝剂投加量为CA=1.425mg/L，并做一平行实验，得到去浊率平均值，结果见表3。
表3 混凝剂投加量CA=1.425mg/L去浊率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | |
| 原液15μL | 1.39 | 73.1 | 0.57 | 89.1 | 0.49 | 89.6 | 0.36 | 93.0 |
| 原液15μL | 1.35 | 0.54 | 0.57 | 0.35 | ||||
| 10倍稀释液0.15mL | 1.59 | 70.7 | 0.56 | 87.0 | 0.43 | 91.1 | 0.36 | 92.8 |
| 10倍稀释液0.15mL | 1.40 | 0.77 | 0.48 | 0.37 | ||||
| 100倍稀释液1.5mL | 1.40 | 73.3 | 0.53 | 88.9 | 0.48 | 91.1 | 0.37 | 93.5 |
| 100倍稀释液1.5mL | 1.32 | 0.60 | 0.43 | 0.29 | ||||
注：原水浊度5.10NTU。
改变混凝剂投加量为CA=1.900mg/L，结果见表4。
表4 混凝剂投加量CA=1.900mg/L去浊率平均值
| 投加量 | 20min | 40min | 60min | 80min | ||||
| 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | 余浊/NTU | 去浊率/% | |
| 原液20μL | 0.60 | 85.2 | 0.45 | 89.8 | 0.35 | 92.2 | 0.32 | 92.7 |
| 原液20μL | 0.78 | 0.50 | 0.38 | 0.36 | ||||
| 10倍稀释液0.2mL | 0.96 | 80.6 | 0.56 | 88.9 | 0.41 | 91.7 | 0.39 | 92.3 |
| 10倍稀释液0.2mL | 0.85 | 0.47 | 0.36 | 0.33 | ||||
| 100倍稀释液2mL | 0.98 | 82.1 | 0.51 | 91.0 | 0.46 | 91.4 | 0.38 | 92.6 |
| 100倍稀释液2mL | 0.69 | 0.33 | 0.34 | 0.31 | ||||
注：原水浊度5.10NTU。
从以上两组数据来看，在相同浓度的CA下，原液直接投加，10倍稀释液投加或100倍稀释液投加的混凝沉淀效果并没有明显区别。所以，在保证液体聚合氯化铝投加时能迅速搅拌均匀的前提下，水厂可采用原液直接投加或不同稀释倍数投加。如果生产实际中搅拌混合条件欠佳，建议采用稀释投加方式。
5、结论
混凝沉淀过程受到一系列可变因素的影响，这些因素包括：原水中胶体杂质的理化性质、pH值范围、水温、水中共存离子的种类以及混凝剂的品种、性能、浓度、投加方式、搅拌条件等。在原水理化指标、药剂品种、搅拌过程确定的条件下，混凝沉淀过程主要由三个因素所决定：混凝剂稀释倍数、投加量及沉降时间。
1）从混凝搅拌实验来看，由于搅拌混合均匀，所以稀释对于混凝沉淀效果并无明显影响。但考虑到生产实际中搅拌混合不均匀的问题，建议采用稀释后投加，稀释倍数以能尽量达到搅拌混合均匀的目的来确定。
2）在稀释倍数和沉降时间确定时，投加量决定了余浊大小，但余浊并不是随投加量的不断增加而不断降低的，过量的投加将造成浪费。根据实验结果，投加浓度CA为1.425-1.900mg/L。
3）在稀释倍数和投加量确定时，水厂的沉降时间决定了出厂水的浊度。沉降时间低于50min时，余浊随沉降时间延长而降低，沉降时间高于50min时，余浊已经稳定，不再降低。
4）增加投加量和延长沉降时间均可提高混凝沉淀的效果。对水厂来说，在沉淀池要求出水浊度一定的前提下，适当增加投加量可以缩短沉降时间，提高产水量；而延长沉降时间可以有效降低投加量，从而降低生产成本。所以，水厂可以根据自身的条件，选择合适投加量和沉降时间，达到较优化目的。
5）各水厂的沉降时间不同，各种混凝剂在不同投加量、不同投加方式下的沉淀速度也不同，因此，当以混凝搅拌实验来衡量一种混凝剂的混凝沉淀效果时，应根据自己的工艺特点和混凝剂的沉降曲线来确定混凝搅拌实验时间，才能评选出较适合水厂生产要求的混凝剂和符合浊度要求的较佳投加量。
