崔福義¹ 張霄宇² 馮琦¹ 周波³ 周富濤³
(1．哈爾濱工業大學，哈爾濱150090；2．深圳自來水(集團)有限公司，深圳518031；
3．廣東省深圳校電合營有限公司，深圳518124)

　　摘 要：本文首先通過實驗證明了常規水處理混凝沉淀工藝能大幅度降低水體中鋁的含量，進而通過混凝劑種類、投藥量、pH值、溫度等因素對出水濁度及殘余鋁的影響分析，得出常規水處理中濁度與鋁的去除有較強相關性的結論，因此通過優化、強化常規水處理工藝使出水殘余鋁達到水質標準的要求是可行的。
　　關鍵詞：常規水處理：濁度：殘余鋁：相關性

The Studies of the Relativity between Turbidity and
Aluminium in General Water Treatment
CUI Fuyi¹ ZHANG Xiaoyu² FENG Qi¹ ZHOU Bo³ ZHOU Futao³
( 1-Harbin InStitute of Technology,Harbin 150090；2-Shenzhen Water Supply Company,Shenzhen 518031；
3-Shenzhen Nuclear Power Company,Shenzhen 518124)

　　Abstract: On the basis of the lab-scale researches, in this thesis we illustrate that aluminium in water can be largely removed during the course of coagulation and sedimentation of general water treatment. The factors effecting turbidity and residual aluminium in clarified water include coagulant‘s type and its dosage, pH, temperature etc. By analyzing the affecting factors,we find that the residual aluminium in water is connected with turbidity.So it is feasible that making residual aluminium according with the standard through optimizing and strengthening general water treatment processes.
　　Key words: general water treatment; turbidity; residual aluminium:, relativity

1 鋁的危害及來源

　　鋁是地殼中分布廣含量多的金屬元素之一。鋁由于其特殊的性質及豐富的含量在現代科學技術和工業中被廣泛應用，給我們帶來了方便。但是，隨著科技的進步，鋁對自然、對人類不利的一面也逐漸引起了人們的注意和研究，特別是鋁對人體健康的影響問題越來越引起人們的關注。近代醫學表明，過量攝入鋁會引起如下疾病：老年性癡呆癥，記憶力減退；使骨質變得疏松軟化：腎功能失調，腎衰竭及尿毒癥；使血液和心血管發生疾病；對體細胞及生殖細胞有致突變的作用。此外，鋁對動植物及工業等方面也存在不同程度的危害^[1]。
　　人體攝入鋁的主要途徑之一便是飲用水。飲用水中鋁的來源比較復雜，主要有以下幾個途徑：①．土壤中的鋁溶解進入天然水體；②．給水處理中鋁鹽混凝劑的使用是出水殘余鋁升高的直接原因；③．含鋁工業廢水不合理排放也會增加接納水體的含鋁量。
　　歐美許多發達國家制定了飲用水中鋁的限制指標。在我國衛生部即將頒發的《生活飲用水衛生標準》中也將鋁列為飲用水水質控制指標之一，并明確規定飲用水中鋁含量不得高于0.2mg/l。然而，飲用水中鋁濃度超標問題在我國十分嚴重。筆者曾進行過專門的調查，在全國范圍內的40個城市中，飲用水中鋁濃度超過0.2mg/l的占32.5％，在東北地區更高達76.9％^[2]。顯然研究降低飲用水中鋁濃度的問題十分迫切。針對我國水廠基本上以常規水處理工藝為主的現狀，研究常規水處理工藝的除鋁性能是有實際意義的。

2 常規水處理工藝除鋁的可能性

　　如果以物理存在形態劃分，水中的鋁以兩種狀態存在，即顆粒鋁(以固態存在的鋁)和溶解態鋁。鋁化合物的溶解度較小，據文獻介紹，在pH值為6～7時，溶液中溶解態總鋁量理論計算值僅為0.001-0.004mg/l^[3]。鋁在水中主要以顆粒鋁的形式存在，構成水中膠體成分的一部分。根據混凝的基本理論，在鋁鹽水解絮凝過程中，既有出現鋁鹽混凝劑的水解、產生大量氫氧化物的過程，同時也有實現膠體脫穩、“碰撞絮凝”的過程。在此過程中，通過絮凝體的形成及大顆粒對微細顆粒及鋁離子和其絡合離子的吸附，在去除水中的微細顆粒的同時，也大幅度地降低了水中殘余鋁。因此絕大部分的顆粒鋁有可能通過混凝、沉淀、過濾等常規處理工藝去除。
　　筆者對此也進行了專門的實驗。取原水濁度102NTU、含鋁量0.65mg/l的水進行混凝沉淀，沉后水含鋁量0.141mg/l-0.322mg/l。采用孔徑為0.451μm的混合纖維素膜對此沉后水進行過濾，考查濾后水的濁度與殘余鋁，如圖1。

　　由圖可見，經過0.45μm的濾膜過濾后，濾后水的濁度基本上都降低到0.5NTU以下、殘余鋁降低到0.09mg/l以下。一般認為，該尺寸的濾膜基本代表了常規水處理工藝的澄清處理能力。所以上述實驗證明了在常規的水處理工藝中可以通過去除濁度來達到降低水中余鋁的目的，通過優化水處理工藝，使出水余鋁達到水質標準的要求是可能的。

3 常規混凝沉淀工藝除濁與除鋁的相關性

　　通過優化常規水處理工藝條件，使得鋁能在除濁的同時也得到去除，達到水質標準的要求，是簡便易行的措施。為了研究在常規水處理的混凝沉淀工藝中除鋁與除濁的關系，進行了實驗室研究，分別考察了混凝劑的種類與投加量、pH值、水溫、濁度等參數的影響。
3．1混凝劑種類及投藥量
　　實驗選用5種混凝劑進行對比：不同廠家生產的聚合氯化鋁1和聚合氯化鋁2、硫酸鋁、聚合硅酸鋁、硫酸鐵。實驗主要考察各種混凝劑在不同商品投加量時的除濁及除鋁能力。實驗原水濁度301NTU，鋁含量2.3mg/l，實驗結果如圖2、圖3。

　　由圖2和圖3得到，使用不同混凝劑的除濁和除鋁效果是有差異的：1)硫酸鋁無論是除濁還是除鋁的效果都較差；2)聚合硅酸鋁、聚合鋁等高分子類混凝劑都具有較好的除濁和除鋁效果：3)硫酸鐵除濁效果較差，對除鋁而言，其效果要略優于鋁鹽，這主要是因為該混凝劑自身未向水中引入更多的鋁。分析上述結果，可以發現：1)對于原水中含有的鋁，使用鐵鹽也不能使之完全被去除，因此避免使用鋁鹽混凝劑并不是解決鋁問題的根本性辦法；2)使用同一種混凝劑除濁和除鋁所對應的最佳投藥量有共同范圍段，這既說明鋁主要是伴隨濁度的去除而去除的，同時也為選擇工藝條件時兼顧除濁與除鋁提供了可能；3)一般除濁對應的最佳投藥量范圍較寬，而除鋁對應的范圍則較窄，要兼顧二者的去除，就應更準確地控制投藥量，給棍凝投藥過程控制提出了更高的要求。
3．2 pH值
　　pH值直接影響到鋁在水中的溶解度，是重要的影響因素。為了考察PH值的影響，設計了一組混凝實驗，條件如表1，實驗結果如圖4。

表１pH值影響實驗條件
Table 1　the experimental condition in pH test 實驗條件 原水濁度
(NTU) 原水含鋁量
(mg/l) 混凝劑(聚合氯化鋁１)
投加量(mg/l) 水溫
(℃) 第一組 55 0.348 15 22.5 第二組 265 2.56 25

　　由實驗可以得到，1)隨著原水濁度的變化，最佳pH值的改變并不十分明顯；2)對于除濁，混凝的最佳pH值范圍較寬，大約在6～7.5之間：對于除鋁，該范圍較窄，大約在7.0～7.5之間。該結果同樣說明除濁與除鋁可以兼顧，但除鋁對pH值的要求更加嚴格。同時從圖中還能看到，對于鋁鹽混凝劑，當pH值小于6.0或大于8.0時，無論是除濁還是除鋁，其效果都比較差。
3．3 水溫
　　實驗時配制濁度為20．6NTU、含鋁量0．446mg／L的原水，改變水溫分別進行二組實驗：第一組水溫為6.3℃，第二組水溫為14.3℃，考察在相同投藥量(聚合氯化鋁1)的情況下，兩種不同溫度原水中濁度、鋁的去除效果。實驗結果如圖5。
　　由圖5得到，在水溫較高時，最佳投藥量小，沉后水濁度、余鋁都較低；而當水溫降低時，最佳投藥量大，對應于最佳投藥量的沉后水濁度和鋁的去除率都較低，特別是鋁的去除率僅為20～30％，在投藥量過大或過小時，甚至會出現沉后水中的含鋁量大于原水中的含鋁量。這種情況的出現是由于混凝狀況不好，鋁鹽的投入增加了水中鋁的濃度，盡管低溫時鋁的溶解度降低、溶解鋁占的比重較小，但是相當多的顆粒鋁伴隨較多的殘留濁度成分而留在了水中。而且低溫情況下最佳投藥量的范圍較窄，對投藥的準確性要求增加。所以對于含鋁量較高的低溫原水，對鋁的去除難度較高，很容易超標，應引起注意。

3．4 沉后水濁度與余鋁的關系
　　在圖6中，僅改變沉淀時間，保持其他韻實驗條件(混凝劑采用聚合氯化鋁1)均相同，得到一系列的沉后水，測定其濁度和殘余鋁，得到二者的對應關系。可見，沉后水殘余鋁在總體上的變化趨勢隨沉后水濁度的升高而增加，進一步說明鋁是伴隨濁度的去除而去除的。因此合理地降低沉后水濁度，一般也會減少出水中的殘余鋁量。

4 結 論

　　研究結果表明，水體中的鋁絕大多數以顆粒狀存在，利用常規水處理除濁工藝除鋁是可行的；混凝劑品種對減少余鋁有重要影響，應兼顧除濁與除鋁特性來選擇混凝劑；出水余鋁與出水濁度具有較強的正相關性，隨混凝劑、pH值、水溫等因素改變而變化的趨勢基本一致；但一般除鋁較除濁要求的工藝條件更嚴格，難度更大，更應強調對生產過程的有效監控調節。

參考文獻
　　[1]孔增榮、劉鳳貞，環境鋁暴露條件下慢性腎功能不全人體機體鋁負荷的研究[J]．環境與健康雜志，1994.(2)：2卜24
　　[2]崔福義等，我國部分城市飲用水中鋁濃度的調查研究[J]，中國給水排水，2001
　　[3]肖錦等，強化絮凝凈化法脫踩水中的殘留鋁[J]，工業水處理，1998.(7)：17-19

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崔福義(1958—)，男，漢族，黑龍江人，博士，教授，博士生導師，研究方向為水處理技術及水處理工藝自動化。