PAC燒杯試驗 — 執行工程師分步指南

TL;DR： 燒杯試驗是確定PAC最佳用量的標準方法（ASTM D2035）。6個步驟：取樣 → 配製PAC → 梯度投加 → 快攪200 rpm/60s → 慢攪40 rpm/20分鐘 → 靜沉30分鐘 → 讀取結果。常見錯誤：配液濃度錯誤、快攪時間不足、忽略pH、以最大絮體而非最低濁度選量。

燒杯試驗目的（針對PAC）

燒杯試驗在實驗室中以小體積（1 L/燒杯）模擬絮凝-沉澱工藝，可在同一原水水樣上比較多種PAC用量。燒杯試驗的結果是設定實際處理站執行用量的唯一依據，不可用理論計算或純經驗替代。

對於PAC，燒杯試驗幫助確定：

• 最佳用量 — 達到目標濁度的最低PAC濃度
• 電荷反轉點 — 濁度開始回升的用量
• pH和溫度對混凝效果的影響

PAC燒杯試驗6步驟 — 標準流程

步驟1 — 準備

器具：

• 六聯攪拌器（6位）— 可調節轉速rpm
• 6個1,000 mL玻璃燒杯（優先方形燒杯 — 更準確模擬實際混合區域）
• pH測試儀、濁度計（或手持式濁度檢測儀）
• 1–10 mL移液管、分析天平（± 0.01 g）
• 100 mL量筒、容量瓶

水樣：

• 在絮凝池進水口處取至少8 L原水
• 在中間深度取樣（非表面、非底部）
• 測量並記錄背景引數：pH、濁度（NTU）、溫度（°C）、鹼度（mg/L CaCO₃）
• 取樣後2小時內進行燒杯試驗 — 水樣放置過久會改變膠體性質

步驟2 — 配製PAC儲備液

1% w/v（10,000 mg/L）PAC儲備液配製公式：

稱取10.0 g PAC粉末（原樣，未經稀釋）
溶於≈ 800 mL蒸餾水中
攪拌至完全溶解
定容至1,000 mL

注意： PAC儲備液僅24小時內使用 — PAC在溶液中持續水解，久置的儲備液結果不一致。

從儲備液計算用量：

C₁V₁ = C₂V₂公式：

例如：需在1 L水樣中達到30 mg/L用量，使用10,000 mg/L儲備液：

• V₁ = (30 mg/L × 1,000 mL) ÷ 10,000 mg/L = 3.0 mL儲備液

步驟3 — 梯度投加

設定6個燒杯，等間距用量範圍覆蓋預計最佳區域。

PAC 30%（粉末）參考用量表 — 常用濃度：

對於PAC 10%（Al₂O₃ ~10%，常為液體或黃色PAC）： 用量 × 2.5（相對於上表）。 對於PAC 17%（Al₂O₃ ~17%，普通黃色PAC）： 用量 × 1.8（相對於PAC 30%表）。 對於PAC 31%（Al₂O₃ ≥ 31%，印度白色PAC）： 按上表標準用量。

原則：Al₂O₃含量越低，用量越高。務必在燒杯試驗報告中註明PAC含量。

步驟4 — 快攪（Rapid mix — 混凝）

• 速度：200–250 rpm（對應G = 200–300 s⁻¹）
• 時間：60秒
• 操作：同時向各燒杯加入PAC儲備液（30秒內完成），立即開始攪拌

目的：將PAC均勻分散於整個水體積中，使多核鋁物種來得及水解並在區域性沉澱前中和膠體顆粒電荷。

冷水注意事項（< 8°C）： 快攪延長至90–100秒 — PAC在低溫下水解緩慢。

步驟5 — 慢攪（Slow mix — 絮凝）

• 速度：30–40 rpm（對應G = 20–40 s⁻¹）
• 時間：15–20分鐘

目的：為微絮體提供碰撞和粘合形成大絮體的條件。此階段不得提高攪拌速度 — 高剪下力會破壞新形成的絮體。

在20分鐘內，觀察並記錄：

• 首次出現絮體的時間（第幾分鐘）
• 階段結束時的絮體尺寸（mm）— 目測估算
• 絮體密度（稀疏/中等/密集）

步驟6 — 沉澱與讀取結果

• 完全停止攪拌
• 靜置沉澱30分鐘
• 不得移動或振動燒杯

沉澱後記錄（樣表）：

選擇最佳用量的方法：

• 最佳用量是濁度最低的燒杯 — 而不是絮體最大的燒杯
• 如果最低用量和較高用量的濁度都低，選擇較低用量以節省化學品
• 電荷反轉點（濁度突然升高）確定最大用量閾值 — 實際執行取低於此點的10–15%

從燒杯試驗計算實際執行PAC用量

從燒杯試驗到計量泵的轉換公式：

泵送量（L/h）= [燒杯試驗用量（mg/L）× 處理流量（m³/h）× 1,000] ÷ [PAC溶液濃度（mg/L）]

示例： 燒杯試驗最佳用量35 mg/L PAC，處理站200 m³/h，使用PAC液體10%（~100,000 mg/L）：

• 泵送量 = (35 × 200 × 1,000) ÷ 100,000 = 70 L/h

增加5–10%安全係數以應對實驗室與實際的差異（混合不理想、進水水質波動）。

PAC燒杯試驗常見4大錯誤

錯誤1 — PAC儲備液濃度配製錯誤或存放超過24小時

1%儲備液配製不準確導致整個試驗範圍的用量偏差。PAC儲備液超過24小時會繼續水解，有效濃度降低 — 燒杯試驗結果不可復現。

解決方案： 精確稱量 ± 0.01 g。每次燒杯試驗配製新鮮儲備液。在試驗記錄中註明儲備液濃度。

錯誤2 — 快攪時間或速度不足

快攪時間 < 30秒或速度 < 150 rpm導致PAC來不及分散，產生區域性高濃度區 — 絮體形成不均勻，絮體小2–3倍，沉降慢2–3倍。

解決方案： 始終維持快攪 ≥ 60秒，200–250 rpm。定期用轉速錶檢查實際rpm。

錯誤3 — 燒杯試驗前未測量和調節pH

如前所述，PAC在pH > 8.5時完全失效。若未在燒杯試驗前將pH調至7.0–7.5，整個用量範圍的濁度都同樣高 — 會錯誤得出”PAC質量差”的結論。

解決方案： 始終記錄背景pH和調節後pH。對於pH > 8.0的水，需額外執行一組不同pH值（6.5 / 7.0 / 7.5 / 8.0）配合約一PAC用量的燒杯試驗系列。

錯誤4 — 以最大絮體而非最低濁度選量

最大絮體通常出現在電荷反轉區 — 絮體看起來大且沉降快，但沉澱後水仍渾濁，因為細微顆粒重新穩定。這是新工程師常犯的錯誤。

解決方案： 始終用濁度計測量濁度（NTU），而非目測評估。只有濁度計確認後才選擇最佳用量。

常見問題

PAC燒杯試驗與明礬燒杯試驗有何不同？

PAC需要更窄的用量梯度（5–10 mg/L，而非10–20 mg/L），因為PAC效力高達3–5倍。PAC對pH也不那麼敏感，因此無需像明礬那樣調節鹼度。

多久重做一次燒杯試驗？

至少每個季節變換時（每年4次）。水源變化時立即進行（大雨後、洪水、異常排放）。

PAC粉末和液體需要分別做燒杯試驗嗎？

需要。液體PAC的Al₂O₃濃度（10–17%）通常不同於粉末PAC（≥ 30%）。務必根據COA上的實際Al₂O₃含量計算用量。

PAC燒杯試驗需要加PAM（助凝劑）嗎？

非必需。先單獨執行PAC燒杯試驗找到最佳絮凝用量，然後才執行PAC + PAM系列以最佳化組合（如需提高沉降速度）。

從實際絮凝池取的水樣與原水不同 — 有影響嗎？

取絮凝池進水口的水樣（原水），不要取混合池後的水。已經過化學品混合階段的水不代表需要評估的實際水源。

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