聚合氯化鋁 (PAC) 全面指南 — 水處理混凝劑 | 祿天化工

1. PAC是什麼？定義、CAS、化學式

PAC是聚合氯化鋁的縮寫——一種聚合鋁鹽，CAS號1327-41-9，通式為[Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ。其中n代表取代鋁分子上氯離子（Cl⁻）的羥基（OH⁻）數量，m為聚合度——Al₂單元連線成長鏈的數量。與簡單鹽類明礬（Al₂(SO₄)₃）不同，PAC經過預處理形成具有更強混凝能力的聚合物鏈，即使在低劑量下也能有效發揮作用。最重要的技術規格參數是Al₂O₃含量：液體形式為10%，亮黃色粉末形式達到28.5%–31%。PAC的鹼化度（Basicity）範圍為45–85%，1%溶液pH值在3.5–5.0之間。由於其預聚合結構，PAC無需像明礬那樣需要長時間水解——投加到水中後立即產生混凝效果，顯著縮短水在反應池中的停留時間。PAC對水源pH影響小的特性幫助工廠節省pH調節化學品成本，同時與傳統明礬相比減少汙泥產生量。汙泥量平均減少25–35%，這意味著汙泥處理和運輸至填埋場的成本顯著降低——對於大產能工廠來說是一筆可觀節省。在大規模運營中，從明礬轉為PAC可減少20–30%的反應池和沉澱池容積（因停留時間縮短），或在無需擴建池體的前提下將處理能力提高1.3倍。

2. PAC的混凝機理——電荷中和與聚合物架橋

PAC的混凝機理透過兩個並行階段發揮作用。第一階段——電荷中和：帶高正電荷的多核鋁離子（Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺、Al₈(OH)₂₀⁴⁺）吸引水中帶負電荷的膠體顆粒（淤泥、粘土、有機物），使表面電荷失穩，破壞顆粒間的靜電排斥力。第二階段——聚合物架橋：長聚合物鏈[Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ在已中和的顆粒之間架橋，將其連線成尺寸0.5–3 mm的絮體。PAC絮體比明礬絮體更密實，由於緊湊的聚合物結構，在沉澱池中的沉降速度快2–3倍。水在沉澱池中的停留時間從90–120分鐘減少到45–60分鐘，使工廠能夠提高處理能力或在新設計時減小池體尺寸。在改造系統中，從明礬轉為PAC可將處理能力提高30–40%，而無需增建沉澱池。一個重要技術優勢：PAC對處理後水的pH影響較小。明礬每消耗1當量鋁需消耗6–7當量鹼度，而PAC僅消耗4–5當量。因此，工廠節省20–40%的pH調節化學品（石灰、NaOH）。這就是PAC在低鹼度水處理中備受青睞的原因。此外，PAC的分子結構使其在5°C至40°C的寬溫度範圍內有效工作，而明礬在水溫低於15°C時效率明顯下降——這對於越南北部冬季的水廠來說是一個特別優勢。達到相同混凝效果時，PAC用量僅為明礬用量的60–70%，減少了大批次運營中的化學品庫存和運輸體積。此外，PAC絮體的可壓縮性更高，有助於汙泥濃縮池中加速濃縮過程，將濃縮後汙泥含水率從98%降至95%，減少運往填埋場的汙泥質量。當在高溶解性有機物含量的水中（受腐殖質汙染的地表水、富營養化湖水）使用PAC時，PAC對DOC（溶解性有機碳）的處理效率比明礬高15–30%，有助於減少三滷甲烷（THM）前體物的形成。

3. PAC的常見形態——粉末、液體10%和液體17%

市場供應的PAC主要有三種形態，在活性成分含量、運輸成本和操作要求方面各有不同。選擇哪種取決於工廠與供應源的距離、月消耗量、現有基礎設施和初始投資預算。

PAC粉末31%（Al₂O₃含量28.5%–31%）： 亮黃色粉末，25 kg/袋裝，適用於長途運輸和出口。與相同活性成分的液體PAC相比，可節省60–70%的運輸成本。在密封袋和乾燥倉庫中保質期為12個月。使用前需配製5–10%溶液系統。

液體PAC 10%（Al₂O₃ 10%）： 透明至淺黃色溶液，pH 3.5–4.5，比重1.19–1.20 g/cm³。可直接從儲罐或圓桶泵送，無需配製。保質期6個月。適用於靠近供應源且消耗量穩定的工廠。

液體PAC 17%（Al₂O₃ 17%）： 濃度更高的溶液，比重約1.375 g/cm³，可直接泵送。是粉末和10%液體之間的中間選擇，適用於有儲罐但希望減少運輸量的工廠。與10%液體PAC相比，17%形態在相同Al₂O₃量下可減少30%的運輸體積。

詳細對比請參閱：粉末PAC與液體PAC對比——全面分析成本、優缺點及選擇方法。

4. PAC在各水處理領域的應用

PAC幾乎存在於所有工業和市政水處理工藝中。以下是五個主要應用領域：

飲用水處理： PAC是水廠中最受歡迎的混凝劑，因其能以低劑量去除濁度、有機物和微生物。用PAC替代明礬可減少30%的汙泥量和20–40%的pH調節化學品成本。產能10,000 m³/天的水廠從明礬轉為PAC後，每月可節省1,500–2,500萬越南盾。

工業廢水處理： 從紡織、造紙、食品到水產品加工廢水——PAC有效處理COD、TSS、色度和重金屬。投加量200–800 mg/L，取決於汙染負荷。在紡織廢水中，PAC結合助凝聚合物可實現90%以上的脫色效率。

游泳池水處理： 粉末PAC用於澄清游泳池水——形成絮體沉降到底部，用池底吸汙器抽吸。投加量5–15 g/m³水，優點是不產生泡沫且不顯著改變pH。10%液體PAC也用於配備自動投加系統的商業泳池。

紡織廢水處理： 紡織行業使用PAC混凝廢水中的活性染料和助劑，特別適用於處理頑固色度的廢水。高鹼化度PAC（70–85%）脫色效率高。在牛仔布染色廢水中，PAC結合陽離子聚合物可在一次混凝階段內將色度從1,200 Pt-Co降至100 Pt-Co以下。

造紙生產：步驟1——確定水源和處理要求： 高濁度地表水（100–500 NTU）需要鹼化度70–85%的PAC。紡織廢水需要低鐵（Fe）含量的PAC，以避免使織物顏色變深。飲用水要求PAC達到飲用水標準（重金屬如As、Pb、Hg、Cd、Cr⁶⁺含量在TCVN限值內）。水產品加工廢水通常需要高劑量PAC（400–800 mg/L）結合陰離子聚合物。造紙廢水色度和COD高，需要高鹼化度PAC結合FeCl₃以提高處理效率。

步驟2——進行燒杯試驗（Jar Test）： 這是唯一能精確確定最佳PAC劑量的方法。5步燒杯試驗流程：（1）配製1% PAC溶液，（2）向6個樣品杯遞增投加劑量，（3）快速攪拌200 rpm持續2分鐘，（4）慢速攪拌40 rpm持續15分鐘，（5）靜置沉澱30分鐘——比較澄清度。參考：標準燒杯試驗流程。

步驟3——閱讀COA（分析證書）：6個戰略性配送倉庫，分佈於巴地頭頓、同奈、平陽、峴港、芹苴和北寧——祿天化工確保24–48小時內送達全國所有工業區。

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