摘 要：飲用水中鋁對人體健康構成危害。該文在中試試驗的基礎上進行了飲用水中殘余鋁問題的分析探討。結果表明：影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序為：PAC投加量﹥pH值﹥濾速﹥活化硅酸投加量；控制余鋁的最佳條件是：PAC投加量2.0mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8.0m/h。此試驗結果對于降低飲用水中殘余鋁具有重要的參考價值。

關鍵詞：飲用水；殘余鋁；混凝劑

 

0 前言

鋁是人類生活中最為常見的金屬之一，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�。粚�體細胞及生殖細胞有致突變的作用^[1]。而人體攝入的鋁，很大部分是通過飲用水進入人體的。因此，控制人體攝入鋁量，應從降低飲用水中殘余鋁含量入手。我國衛生部在2001年頒布的《生活飲用水衛生規范》中將鋁作為生活飲用水水質常規檢測項目（其限值為0.2mg/L）^[2]。然而，我國飲用水中鋁濃度超標的現象時有發生，針對我國水廠基本上以常規水處理工藝為主的現狀，研究如何降低常規水處理工藝中的鋁濃度是有實際意義的。

1 試驗方法與裝置

1.1 試驗方法

鋁濃度測定方法根據2001年《生活飲用水衛生規范》中的生活飲用水檢驗規范采用鉻天青S分光光度法。

鋁形態分離步驟^[3]見圖1

1.2 中試試驗裝置

中試試驗設計規模為3.0~3.5m³/h，試驗過程中處理規模為2.0m³/h，原水從某水廠的進水管道引入，混合池通過管道的壓力供水。工藝部分的相關尺寸和技術參數如下：

A、混合池

快速混合池為鋼制結構，平面尺寸為200mm×500mm，機械攪拌采用JB90－D型強力電動攪拌機，轉速為200r/min，混合時間很短，大約6.5s。

B、穿孔板式旋流反應池

鋼制結構，平面尺寸為500mm×1500mm，分為六格，單格平面尺寸為500mm×500mm，高度為1.5m，有效水深分別為1.00m、0.85m、0.75m、0.70m、0.70m、0.70m，反應時間約為23min。

C、斜管沉淀池

鋼制結構，斜管部分平面尺寸為500mm×1200mm，斜管內切圓直徑25mm，斜管長1.00m，斜角60°。斜管內上升流速為5.76m/h，沉淀池清水區上升流速為5m/h。停留時間約為30min。采用斗形底排泥。

D、濾池

濾池采用透明有機玻璃制成，濾柱高2米，濾柱直徑150mm，過濾中濾速的調節通過濾柱上部進水閥門，過濾時采用變水頭等速過濾。

 

待測水樣

用硝酸調pH=1，靜置2h

0.22µm的濾膜過濾

用硝酸調pH=1，靜置2h

CAS分光光度法測定

總鋁A

溶解態鋁B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A－B懸浮態鋁

圖1鋁形態分離流程圖

2 試驗結果與分析

 

2.1正交試驗

影響出水余鋁的因素有很多，本試驗要解決的是在挑選的因素中，哪些因素的影響大些，各因素影響鋁濃度的主次關系如何，另外，在各因素的水平搭配中，哪個使試驗效果最好，從而找出最佳控制措施。根據資料及小試試驗結果選定四因素三水平正交試驗表，見表1。

表1 影響因素水平表

試驗時原水濁度16.9NTU，pH值7.05，鋁濃度0.4498mg/L。采取L₉（3⁴）正交試驗列表，中試試驗結果及數據整理結果見表2~表3。

表2 沉后水鋁濃度正交試驗結果

 

表3 濾后水鋁濃度正交試驗結果

從表2~表3可知，影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序為：PAC投加量﹥pH值﹥濾速﹥活化硅酸投加量。

對沉后水及濾后水鋁濃度而言，混凝劑投加量的影響都是最大的，實際生產中要根據原水性質進行試驗確定最適合的混凝劑投加量以減少水中余鋁；pH值對鋁濃度的影響較大，因此水廠在調節pH值時不能只看其沉后水的濁度情況，而應該同時考察其沉后水余鋁情況；相對于混凝劑量及pH值而言，助凝劑投加量對鋁濃度的影響比較小，水廠可在保證了混凝劑最佳劑量及最佳pH值的情況下通過投加助凝劑改善出水鋁濃度；過濾階段對鋁濃度的影響相對混凝階段要小一些，因為混凝沉淀后余下的顆粒態鋁基本都能被濾層截留，而對于溶解態鋁，濾層的去除效果有限。但是濾速太大時有些細小礬花可能穿透濾層，且濾層吸附溶解態鋁的作用也會下降，因此水廠實際運行時應盡量采用低濾速。

       從表中也可得到控制余鋁濃度的最佳條件：PAC投加量2mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8m/h。

由于混凝劑投加量對余鋁的影響最大，為此，進行了進一步的試驗研究，分析其對水中鋁形態分布的影響。

2.2 混凝劑投加量對鋁濃度的影響

混凝劑投加量對沉后水鋁濃度及鋁形態分布有重要影響。目前在國內, 聚合氯化鋁仍是應用最廣泛的一種混凝劑，故本試驗中的混凝劑使用聚合氯化鋁。試驗時原水鋁濃度0.3246mg/L，改變聚合氯化鋁混凝劑的投加量，考察其對沉后水和濾后水鋁濃度及其形態分布的影響，試驗結果見圖2、圖3及表4。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖2 混凝劑投加量對沉后水鋁濃度的影響

從圖2和圖3中可以看到，隨著混凝劑投加量的增加，余鋁先減少，到一最低值后又逐漸增加，投藥量的改變對總鋁的影響非常大。投藥量較大時溶解態鋁的增加很明顯，這是由于加入的混凝劑沒有得到有效利用，投藥量大于4mg/L時濾后水中鋁濃度將超過0.2mg/L。

從表4中可以看到沉后水中的溶解態鋁與濾后水中溶解態鋁含量相差不大，但是顆粒態鋁明顯減少，可見過濾工藝對溶解態鋁的去除效果不理想，對顆粒態鋁有很好的去除效果。若原水中溶解態鋁離子含量大時應強化混凝效果，使鋁離子在混凝階段形成沉淀而去除。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖3 混凝劑投加量對濾后水鋁濃度的影響

表4 混凝劑投加量對鋁濃度的影響

投加量（mg/L）		1	1.5	2	2.5	3	4	6	8
沉后水	總鋁	0.5885	0.3654	0.2498	0.4711	0.5068	0.5979	0.8358	1.1639
	溶解態鋁	0.1495	0.1232	0.1016	0.1491	0.1574	0.1702	0.3654	0.4827
	顆粒態鋁	0.4390	0.2422	0.1482	0.3220	0.3494	0.4277	0.4704	0.6812
濾后水	總鋁	0.1885	0.1107	0.0931	0.1386	0.1747	0.1926	0.2879	0.3149
	溶解態鋁	0.1026	0.0870	0.0792	0.0995	0.1203	0.1528	0.2614	0.2896
	顆粒態鋁	0.0859	0.0237	0.0139	0.0391	0.0544	0.0398	0.0265	0.0253

3 結論

（1）正交試驗表明，影響水中余鋁濃度的四因素的主次順序為：PAC投加量﹥pH值﹥濾速﹥活化硅酸投加量；本試驗中控制余鋁濃度的最佳條件：PAC投加量2mg/L，pH值7.5，活化硅酸投加量1.0mg/L，濾速8m/h。

（2）混凝劑投加量是影響出水鋁濃度的最主要影響因素，試驗所得聚合氯化鋁的最佳投加量在2.0mg/L左右，生產上確定最佳投藥量時應同時考慮除濁和除鋁。

（3）pH值對出水鋁濃度有較大影響，試驗所得的混凝最佳pH值在7.5左右。pH值主要是對絮凝階段的影響較大，沉后水的pH值對濾后水鋁離子含量影響不太明顯，可以不予調節。

（4）相對于混凝劑量及pH值而言，助凝劑投加量對鋁濃度的影響比較小，水廠可在保證了混凝劑最佳劑量及最佳pH值的情況下通過投加助凝劑改善出水鋁濃度。

（5）過濾階段對鋁濃度的影響相對混凝階段要小一些，建議水廠實際運行時應盡量采用低濾速。

 

參考文獻：

[1] 祁嘉義. 臨床元素化學[M ].北京：化學工業出版社，2000: 158-176

[2] 胡克武，曾錦明，馮兆敏. 聚合氯化鋁鐵去除水中的鋁離子[J].中國給水排水，2002，18(12): 75-76

[3] 趙華章, 楊宏偉, 蔣展鵬等. 混凝沉淀過程中鋁系混凝劑的形態轉化規律[J].中國環境科學, 2005, 25(2): 183-187

[4] 張霄宇. 飲用水中殘余鋁的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2000