PAC烧杯试验 — 运行工程师分步指南

TL;DR： 烧杯试验是确定PAC最佳用量的标准方法（ASTM D2035）。6个步骤：取样 → 配制PAC → 梯度投加 → 快搅200 rpm/60s → 慢搅40 rpm/20分钟 → 静沉30分钟 → 读取结果。常见错误：配液浓度错误、快搅时间不足、忽略pH、以最大絮体而非最低浊度选量。

烧杯试验目的（针对PAC）

烧杯试验在实验室中以小体积（1 L/烧杯）模拟絮凝-沉淀工艺，可在同一原水水样上比较多种PAC用量。烧杯试验的结果是设定实际处理站运行用量的唯一依据，不可用理论计算或纯经验替代。

对于PAC，烧杯试验帮助确定：

• 最佳用量 — 达到目标浊度的最低PAC浓度
• 电荷反转点 — 浊度开始回升的用量
• pH和温度对絮凝效果的影响

PAC烧杯试验6步骤 — 标准流程

步骤1 — 准备

器具：

• 六联搅拌器（6位）— 可调节转速rpm
• 6个1,000 mL玻璃烧杯（优先方形烧杯 — 更准确模拟实际混合区域）
• pH测试仪、浊度计（或手持式浊度检测仪）
• 1–10 mL移液管、分析天平（± 0.01 g）
• 100 mL量筒、容量瓶

水样：

• 在絮凝池进水口处取至少8 L原水
• 在中间深度取样（非表面、非底部）
• 测量并记录背景参数：pH、浊度（NTU）、温度（°C）、碱度（mg/L CaCO₃）
• 取样后2小时内进行烧杯试验 — 水样放置过久会改变胶体性质

步骤2 — 配制PAC储备液

1% w/v（10,000 mg/L）PAC储备液配制公式：

称取10.0 g PAC粉末（原样，未经稀释）
溶于≈ 800 mL蒸馏水中
搅拌至完全溶解
定容至1,000 mL

注意： PAC储备液仅24小时内使用 — PAC在溶液中持续水解，久置的储备液结果不一致。

从储备液计算用量：

C₁V₁ = C₂V₂公式：

例如：需在1 L水样中达到30 mg/L用量，使用10,000 mg/L储备液：

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

步骤3 — 梯度投加

设置6个烧杯，等间距用量范围覆盖预计最佳区域。

PAC 30%（粉末）参考用量表 — 常用浓度：

对于PAC 10%（Al₂O₃ ~10%，常为液体或黄色PAC）： 用量 × 2.5（相对于上表）。 对于PAC 17%（Al₂O₃ ~17%，普通黄色PAC）： 用量 × 1.8（相对于PAC 30%表）。 对于PAC 31%（Al₂O₃ ≥ 31%，印度白色PAC）： 按上表标准用量。

原则：Al₂O₃含量越低，用量越高。务必在烧杯试验报告中注明PAC含量。

步骤4 — 快搅（Rapid mix — 混凝）

• 速度：200–250 rpm（对应G = 200–300 s⁻¹）
• 时间：60秒
• 操作：同时向各烧杯加入PAC储备液（30秒内完成），立即开始搅拌

目的：将PAC均匀分散于整个水体积中，使多核铝物种来得及水解并在局部沉淀前中和胶体颗粒电荷。

冷水注意事项（< 8°C）： 快搅延长至90–100秒 — PAC在低温下水解缓慢。

步骤5 — 慢搅（Slow mix — 絮凝）

• 速度：30–40 rpm（对应G = 20–40 s⁻¹）
• 时间：15–20分钟

目的：为微絮体提供碰撞和粘合形成大絮体的条件。此阶段不得提高搅拌速度 — 高剪切力会破坏新形成的絮体。

在20分钟内，观察并记录：

• 首次出现絮体的时间（第几分钟）
• 阶段结束时的絮体尺寸（mm）— 目测估算
• 絮体密度（稀疏/中等/密集）

步骤6 — 沉淀与读取结果

• 完全停止搅拌
• 静置沉淀30分钟
• 不得移动或振动烧杯

沉淀后记录（样表）：

选择最佳用量的方法：

• 最佳用量是浊度最低的烧杯 — 而不是絮体最大的烧杯
• 如果最低用量和较高用量的浊度都低，选择较低用量以节省化学品
• 电荷反转点（浊度突然升高）确定最大用量阈值 — 实际运行取低于此点的10–15%

从烧杯试验计算实际运行PAC用量

从烧杯试验到计量泵的转换公式：

泵送量（L/h）= [烧杯试验用量（mg/L）× 处理流量（m³/h）× 1,000] ÷ [PAC溶液浓度（mg/L）]

示例： 烧杯试验最佳用量35 mg/L PAC，处理站200 m³/h，使用PAC液体10%（~100,000 mg/L）：

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

增加5–10%安全系数以应对实验室与实际的差异（混合不理想、进水水质波动）。

PAC烧杯试验常见4大错误

错误1 — PAC储备液浓度配制错误或存放超过24小时

1%储备液配制不准确导致整个试验范围的用量偏差。PAC储备液超过24小时会继续水解，有效浓度降低 — 烧杯试验结果不可复现。

解决方案： 精确称量 ± 0.01 g。每次烧杯试验配制新鲜储备液。在试验记录中注明储备液浓度。

错误2 — 快搅时间或速度不足

快搅时间 < 30秒或速度 < 150 rpm导致PAC来不及分散，产生局部高浓度区 — 絮体形成不均匀，絮体小2–3倍，沉降慢2–3倍。

解决方案： 始终维持快搅 ≥ 60秒，200–250 rpm。定期用转速表检查实际rpm。

错误3 — 烧杯试验前未测量和调节pH

如前所述，PAC在pH > 8.5时完全失效。若未在烧杯试验前将pH调至7.0–7.5，整个用量范围的浊度都同样高 — 会错误得出”PAC质量差”的结论。

解决方案： 始终记录背景pH和调节后pH。对于pH > 8.0的水，需额外运行一组不同pH值（6.5 / 7.0 / 7.5 / 8.0）配合同一PAC用量的烧杯试验系列。

错误4 — 以最大絮体而非最低浊度选量

最大絮体通常出现在电荷反转区 — 絮体看起来大且沉降快，但沉淀后水仍浑浊，因为细微颗粒重新稳定。这是新工程师常犯的错误。

解决方案： 始终用浊度计测量浊度（NTU），而非目测评估。只有浊度计确认后才选择最佳用量。

常见问题

PAC烧杯试验与明矾烧杯试验有何不同？

PAC需要更窄的用量梯度（5–10 mg/L，而非10–20 mg/L），因为PAC效力高达3–5倍。PAC对pH也不那么敏感，因此无需像明矾那样调节碱度。

多久重做一次烧杯试验？

至少每个季节变换时（每年4次）。水源变化时立即进行（大雨后、洪水、异常排放）。

PAC粉末和液体需要分别做烧杯试验吗？

需要。液体PAC的Al₂O₃浓度（10–17%）通常不同于粉末PAC（≥ 30%）。务必根据COA上的实际Al₂O₃含量计算用量。

PAC烧杯试验需要加PAM（助凝剂）吗？

非必需。先单独运行PAC烧杯试验找到最佳絮凝用量，然后才运行PAC + PAM系列以优化组合（如需提高沉降速度）。

从实际絮凝池取的水样与原水不同 — 有影响吗？

取絮凝池进水口的水样（原水），不要取混合池后的水。已经过化学品混合阶段的水不代表需要评估的实际水源。

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