鋁水解物種對腐植酸混凝行為之影響

Abstract

混凝劑中鋁水解物種受溶液pH之影響極大，且鋁水解物種型態分佈會影響混沉移除有機物之效能。本研究中以人工配製之腐植酸溶液進行混凝試驗，探討二種不同聚合鋁(Al13)含量為7%及96%之聚氯化鋁(PACl)混凝劑對腐植酸之混沉移除成效，並使用傅立葉轉換紅外線光譜(FTIR)及固態鋁核磁共振光譜(Solid-state 27Al NMR)分析混凝過程中形成之膠羽，了解腐植酸表面官能基與鋁物種間相互作用之特性，同時以溼式SEM (Wet SEM)觀察形成膠羽之構造型態。 研究結果顯示，在不控制pH條件下，PACl-Al13混凝移除腐植酸所需之加藥量較PACl-1少。在酸性條件下(pH 4~6)，混沉移除腐植酸之效能為最佳，此時腐植酸與單體鋁或聚合鋁進行錯合作用及電性中和反應；在中性偏酸性條件下(pH 6)，高聚合鋁含量之PACl混凝劑達到最佳混凝效能所需之加藥量較少，此時之混凝機制以電性中和為主，且參與反應之鋁物種主要是與腐植酸上之羧基(-COOH)反應，低聚合鋁含量之PACl其膠羽呈線狀，而高聚合鋁含量PACl之膠羽同樣成線狀但彎曲度較大；當在鹼性條件(pH 8)時，兩種PACl之混凝效能均低落，此時需增加高聚合鋁含量之PACl加藥量，才能增加腐植酸之移除，而此時腐植酸與鋁物種作用之官能基主要為酚基(-OH)，同時亦有少量羧基(-COOH)參與反應，此時因有強大的電性中和作用導致混凝之膠羽結構緊密近似球狀。此外，Solid-state 27Al NMR分析混凝後膠羽結果顯示，PACl-1及PACl-Al13中部份Al13會與腐植酸反應而被裂解成寡聚體鋁。