Как тип коагулянта, каковы основные характеристики полихлорида полиалюминия?

Полиалюминийхлорид, также известный как базовый хлорид алюминия или полиоксигидроксид хлорида алюминия, является неорганическим полимерным полиэлектролитным флокулянтом. Он подразделяется на две основные категории: полиоксигидроксид хлорида алюминия и полиоксигидроксид сульфата алюминия. Полиоксигидроксид хлорида алюминия представляет собой продукт гидролитической полимеризации, промежуточный между трихлоридом алюминия и гидрохлоридом алюминия; его обычно называют базовым хлоридом алюминия и на английском языке он известен как PAC.

Цвет полихлорида алюминия зависит от его основности. Основность, также известная как щелочность, определяется как отношение концентрации [OH] к 3[Al], что отражает молярное (эквивалентное) соотношение гидроксильных групп к алюминию в полихлориде алюминия. Когда основность находится в диапазоне от 40% до 60%, полихлорид алюминия имеет бледно-жёлтый прозрачный цвет; при превышении 60% он постепенно становится бесцветным и прозрачным, приобретая кисловатый и вяжущий вкус. Физическая форма твёрдого полихлорида алюминия также меняется в зависимости от его основности: при содержании ниже 30% он представлен в виде кристаллических частиц; в интервале от 30% до 60% он принимает коллоидную форму; а при содержании выше 60% постепенно переходит в смолоподобную структуру. При содержании ниже 70% он легко поглощает влагу и может перейти в жидкое состояние; при содержании выше 70% он устойчив к слеживанию. Полихлорид алюминия подвергается деполимеризации при взаимодействии с кислотами, в результате чего снижаются как степень полимеризации, так и основность, образуя простые соли алюминия и уменьшая эффективность флокуляции. Напротив, при взаимодействии с основаниями степень полимеризации и основность увеличиваются, что приводит к дальнейшему образованию осадков гидроксида алюминия и алюминатов. Если смешать полихлорид алюминия с сульфатом алюминия или другими многоосновными кислотными солями, он имеет тенденцию к совместному выпадению осадка, что значительно снижает или даже полностью исключает его флокулирующую способность. При нагревании выше 110°C полихлорид алюминия начинает разлагаться, последовательно выделяя хлористый водород и в конечном итоге распадаясь на оксид алюминия. Содержание оксида алюминия служит важным показателем эффективного состава полихлорида алюминия.

В общем, чем выше относительная плотность, тем выше содержание оксида алюминия. Основность является ещё одним важным показателем качества полиалюминиевого хлорида; она определяет структурную морфологию продукта, степень полимеризации, способность к флокуляции, стабильность при хранении и значение рН. При этом, несмотря на высокое содержание оксида алюминия, полиалюминиевый хлорид обладает более низкой вязкостью по сравнению с сульфатом алюминия, что облегчает его транспортировку и применение. Температура замерзания: температура выпадения осадка у полиалюминиевого хлорида ниже, чем у сульфата алюминия, что делает его более подходящим для использования и хранения в регионах с низкими температурами. Значение рН: по сравнению с другими коагулянтами, полиалюминиевый хлорид при одинаковой концентрации имеет самое высокое значение рН. В результате этого он обладает наименьшей коррозионной активностью. Фильтрационные характеристики: при очистке воды степень мутности сточной воды после обработки полиалюминиевым хлоридом ниже, чем после обработки сульфатом алюминия, а образующиеся флокулы крупнее. В результате при фильтрации эти флокулы чаще остаются на поверхности фильтрующего материала, что сокращает время обратной промывки и облегчает их удаление. Полиалюминиевый хлорид не только демонстрирует отличные флокуляционные свойства, но и требует меньшего увеличения дозировки по сравнению с хлоридом железа при повышении мутности исходной воды — эта разница становится особенно выраженной по мере роста уровня мутности. По сравнению с сульфатом алюминия, полиалюминиевый хлорид всегда требует меньшей дозировки, независимо от начального уровня мутности. Полиалюминиевый хлорид эффективно применяется для очистки сильно мутных вод реки Хуанхэ. В определённых пределах, чем выше мутность исходной воды и шире диапазон колебаний мутности, тем ярче проявляются его превосходные эксплуатационные характеристики.

После добавления в воду полихлорид алюминия немедленно подвергается реакциям гидролиза и полимеризации, образуя серию гидролизных полимеров солей алюминия. Затем эти полимеры удаляются путём флокуляции, осаждения и фильтрации — аналогично механизму, используемому флокулянтами сульфата алюминия и хлорида железа. Токсикологические испытания показали, что полихлорид алюминия не токсичен, не накапливается в организмах животных в значительной степени и не обладает тератогенным или мутагенным действием. Он также не представляет канцерогенного риска. Питьевая вода, очищенная с использованием полихлорида алюминия, соответствует нормам, установленным для питьевой воды. Флокулянты на основе полихлорида алюминия обладают рядом преимуществ, включая быстрое образование хлопьев, крупные размеры частиц хлопьев, хорошую механическую прочность и высокую скорость осаждения. Они обеспечивают отличную эффективность флокуляции при работе с сильно мутной водой, водой с низкой температурой и низкой мутностью, окрашенной водой и загрязнённой водой. Кроме того, эти флокулянты демонстрируют высокую адаптивность к изменениям pH, температуры, мутности, щёлочности и органической нагрузки исходной воды. При совместном применении с органическими полимерными флокулянтами для очистки сильно мутной воды эффект обработки становится ещё более выраженным.

Благодаря высокому содержанию активного ингредиента (Al2O3), низким требованиям к дозировке, а также удобству транспортировки, хранения и применения, при условиях, обеспечивающих тот же эффект флокуляции, если рассчитывать на основе содержания Al2O3, дозировка, необходимая для обработки воды с низкой мутностью, составляет всего 50–75% от дозировки, требуемой для сульфата алюминия; для воды с высокой мутностью дозировка составляет примерно 30–40% от дозировки, необходимой для сульфата алюминия. Благодаря своим преимуществам — низкой дозировке и снижению затрат на водоподготовку — полиалюминийхлорид занял важное место в развитии технологий водоподготовки.