混凝过程中铝与聚合铝水解形态的动力学转化及其稳定性

第一作者简介:男,46岁,副研究员3国家自然科学基金(29477280)资助混凝过程中铝与聚合铝水解形态的动力学转化及其稳定性3栾兆坤　汤鸿霄　于忱非(中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085)摘要　采用Ferron逐时络合比色法,并结合电泳测定研究了混凝过程中氯化铝(AC)和聚合氯化铝(PAC)的水解形态动力学转化及稳定性.结果表明,AC在混凝过程中所形成的水解形态完全不同于PAC的预制水解聚合形态,其电荷及分子量均明显低于聚合铝且不稳定.AC随混凝条件如投加浓度、pH和混合时间而变,而PAC225水解聚合形态不随混凝条件变化,始终保持稳定状态.AC水解沉淀规律与理论计算相符并形成无定形Al(OH)3絮体颗粒,而PAC则与理论计算相悖,延迟沉淀并形成与铝盐不同沉淀特性的网状絮体沉淀.同时也证实了优势Al13形态只有在特定预制条件下才能形成,在混凝过程中似乎不可能形成.关键词　铝;聚合物;混凝过程;水解动力学;形态转化;稳定性.1　前言已往研究表明[1—3],投加的铝盐在混凝过程中形成的水解形态,尤其是水解聚合形态对负电荷胶体颗粒表面的专属吸附/电中和脱稳作用是导致水体胶体颗粒相互聚集成粗大的絮体颗粒而迅速沉降的重要先决条件.凝聚絮凝效率很大程度上取决于混凝过程中絮凝剂的水解形态分布特征.因此,了解水处理混凝过程中铝盐与聚合铝的水解形态分布特征及其动力学稳定性,对于提高混凝效率,阐明凝聚机理,建立定量的凝聚模式都具有重要而实际的意义.铝的水解反应及其形态转化不仅取决于溶液铝浓度,而且对混合条件,如温度、pH、配位体浓度及种类以及反应时间都十分敏感,因此其水解生成物复杂多变.尽管对此已有大量的研究与讨论[4,5],但由于已往的研究结果多是依据铝的化学平衡反应及其热力学数据而加以推测,因而至今仍存在许多不同的见解和疑问,尤其是在水处理混凝过程中铝盐的水解动力学反应及其形态转化,水解形态的稳定性,更缺乏较深入而系统的研究.水解与凝聚动力学研究表明[6,7],在混凝过程中,铝水解反应与其电中和/吸附脱稳作用大致是同步进行的,即在微秒或几秒的快速混合阶段内完成.因此,表征发生在此瞬间所发生的铝水解反应及其形态分布特征将是十分困难的,问题的关键在于发展一种能够适用于表征在此瞬间所形成的各种水解形态的动力学分析方法.Al2Ferron逐时络合比色法已