改进铬天青S法测定饮用水中铝含量

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在卫生部颁布的《生活饮用水卫生规范》（2001）中，铝含量的测定可以用铬天青S法，一般水厂化验室也基本使用这种方法。当生活饮用水水处理工艺中使用的混凝剂为硫酸铝时，该法能准确的测定出饮用水的铝含量。但当使用的混凝剂为聚合氯化铝时，是否也能用该法进行测定呢，因为聚合氯化铝为一种无机高分子物质，在其中铝的形态同硫酸铝有着本质的差别，在水处理工艺中因为聚合氯化铝在诸多方面的性能优于硫酸铝，聚合氯化铝的使用范围越来越大，有取代硫酸铝的趋势。因而对铬天青S法在测定使用聚合氯化铝净水剂的饮用水中铝含量时进行研究是十分重要而必要的，通过大量实验证明，铬天青S法用来测定聚合氯化铝为混凝剂时饮用水中的铝含量存在较大偏差，必须对样品进行一定的前处理后再行测定才能得到准确的结果。

　　1 实验方法与测定结果

　　1.1  搅拌实验

　　准确称取聚合氯化铝（Al2O3的含量为10.02%）和硫酸铝（Al2O3的含量为4.99%）各1.000克，放入到100毫升容量瓶中，稀释到刻度。

　　取宁波市自来水总公司江东水厂使用的河水原水和水库水原水各两份（均为1000ml），分别加入如上配制好的聚合氯化铝混凝剂和硫酸铝混凝剂进行搅拌实验，搅拌设置为：300转/分，1分钟；90转/分，10分钟，沉淀20分钟。加入量如表1所示。

　　将沉淀后的1000ml水样搅拌均匀，取样，按表中数据稀释后，用铬天青S法进行测定。数据如表2所示。

表1  混凝剂的加入量  

水源水 河水 水库水 加入量（Kg/KT） 硫酸铝 120（12.00毫升混凝剂） 60（6.00毫升混凝剂） 聚合氯化铝 60（6.00毫升混凝剂） 30（3.00毫升混凝剂）

表2  混凝后的水中含铝量的测定 

水样种类 测定值 真实值 含铝量（河水原水） mg/l 0.027 — 含铝量（水库水原水）mg/l 0.006 — 含铝量（河水+硫酸铝）mg/l          稀释20倍 0.160 0.159 含铝量（河水+聚合氯化铝）mg/l      稀释20倍 0.068 0.159 含铝量（水库水+硫酸铝）mg/l        稀释10倍 0.161 0.159 含铝量（水库水+聚合氯化铝）mg/l    稀释10倍 0.070 0.159

　　1.2  硫酸铝混凝剂、聚合氯化铝混凝剂稀释后铝含量的测定

　　准确称取聚合氯化铝（Al2O3的含量为10.02%）和硫酸铝（Al2O3的含量为4.99%）各1.000克，放入到100毫升容量瓶中，稀释到刻度。再把这两种溶液各稀释4000倍、2000倍，测定稀释后溶液中的铝含量，所得结果如表3。 

 表3  混凝剂稀释后的铝含量

凝剂种类 稀释倍数 铝含量（mg/l） 测定值 真实值 硫酸铝 2000 0.131 0.132 聚合氯化铝 4000 0.102 0.132

　　1.3  改进铬天青S法（一）实验

　　实验方法和顺序同1.1，只是先将样品倒入一干净烧杯中，将pH调节到3左右，再用碱液（10%氢氧化钠溶液）将pH调节到7左右，或者先用碱液（10%氢氧化钠溶液）将pH调节到11左右，再用酸液（1+1盐酸）将pH调节到7左右，调节时的pH测定用pH试纸即可。然后取样，再按照铬天青S法进行测定。混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝，加入量分别为30Kg/KT、60Kg/KT，测定数据如表3.水库原水含铝量：0.014 mg/L。 

表4  对水样先进行处理后再测定的结果一　 

水样处理方式 测定值 真实值 含铝量（先酸后碱水库水）mg/L，聚铝混凝剂   稀释10倍 0.066 0.159 含铝量（先碱后酸水库水）mg/L，聚铝混凝剂   稀释10倍 0.115 0.159 含铝量（先酸后碱水库水）mg/L，硫酸铝混凝剂 稀释10倍 0.160 0.159 含铝量（先碱后酸水库水）mg/L，硫酸铝混凝剂 稀释10倍 0.161 0.159

　　1.4  改进铬天青S法（二）实验

　　实验方法和顺序同1.1，但样品先进行前处理，方法为：取一定量的试样，用盐酸溶液将pH调整到1以下，将试样加热近沸，用氢氧化钠溶液将试样pH调整到7左右，再按照铬天青S法进行测定。测定数据如表5，实验中所用原水为水库水，所用混凝剂为聚合氯化铝，加入量为30 Kg/KT。

表5  对水样先进行处理后再测定的结果二 

水样处理方式 测定值 真实值 含铝量  mg/L （不加酸、碱，直接稀释10倍，测定） 0.070 0.159 含铝量  mg/L  （加酸到pH＜1，加碱调整到7左右，稀释10倍，测定） 0.075 0.159 含铝量  mg/L  （加酸到pH＜1，加热近沸，加碱调整到7左右，稀释10倍，测定） 0.157 0.159

　　1.5  用铬天青S法和改进铬天青S法对水厂滤后水的测定结果

　　在使用硫酸铝混凝剂和聚合氯化铝混凝剂的水厂各取滤后水水样一个，在不加酸不加碱、先加酸（到pH为3）后加碱（到pH为7）、先加碱（到pH为11）后加酸（到pH为7）、先加酸（到pH＜1＝后加热近沸再加碱（到pH为7）的前处理条件下测定水样中的铝含量，测定数据如表6所示。

表6  水厂滤后水用铬天青S法和改进铬天青S法的测定结果 

水种类 使用净水剂 铝含量（mg/L） 不加酸碱 先加酸后加碱 先加碱后加酸 先加酸后加热近沸再加碱 江东水厂 硫酸铝 0.112 0.114 0.115 0.118 慈城水厂 聚合氯化铝 0.091 0.111 0.113 0.149

　　2  讨论

　　2.1  从表2可知，河水和水库水中的铝含量均比较低，在稀释后，对实验结果不会带来影响，因而在本文章所有实验中，原水中的铝含量可忽略不计，不予考虑。

　　2.2  从表2可得，当使用聚合氯化铝作为混凝剂时，用铬天青S法不能准确测定出饮用水中的铝含量，测定结果总是小于实际水中的铝含量，因而，该国家标准不适合聚合氯化铝作混凝剂时的饮用水中铝含量的测定。在使用硫酸铝做混凝剂时，用铬天青S法能较好地测定出饮用水中的铝含量，这说明在聚铝混凝剂在发生混凝作用后，其中有一部分铝元素是无法用铬天青S法进行测定的。

　　2.3  从表3可得，即使没有进行混凝过程，聚合氯化铝被稀释后其中的铝含量仍然无法被完全测出，这说明聚合氯化铝中铝的存在形态的多样性，且其中一部分形态是无法用铬天青S法进行测定的。

　　2.4  从表4、5、6可得，无论是烧杯实验还是实际生产，当使用的混凝剂是聚合氯化铝时，为了准确地测定出其中的铝含量，必须对样品进行前处理，处理方法为：用盐酸溶液（1+4）将样品调节为pH＜1，加热近沸，再用氢氧化钠溶液（20%）将样品调节为pH7左右，再按照铬天青S法的余下步骤进行下去，才能准确地测定出饮用水中的铝含量。

　　2.5  人们一般把硫酸铝和聚合氯化铝的水解物种分为：聚合物种、单体和固体物种，在不同的pH条件下，水解物种的相对数量是不同的。硫酸铝在pH5~8时，单体物种和固体物种在全部物种中所占份额很大，而聚合物种所占比例较小；聚合氯化铝在pH7左右时，聚合物种在全部的水解物种中所占的比例较大，随着pH的降低，大聚合物的比例减小，其他物种比例增大，当pH降低到一定程度时，聚合物种完全被破坏，当pH降低到一定程度后，又加碱使其上升时，水解物种比例的变化并不可逆，大聚合物的比例不会再增加。

　　在烧杯实验中，当用硫酸铝做混凝剂时，其含铝量能够被完全测定出，但当用聚合氯化铝作混凝剂时，其含铝量是无法准确测定出来的，只有一部分能够被测定出，这是因为硫酸铝水解物种中所有的铝均能与铬天青S络合，从而被定量测定。聚合氯化铝的水解物种中一些大聚合物中的铝比较稳定，不能与铬天青S形成络合物，从而不能被定量测定。

　　通过加酸、加热、加碱的调节溶液pH方法，可以破坏饮用水中大聚合物水解铝的形态，转化成能与铬天青S络合的铝的形态，加热使得大聚合物解聚的过程更迅速、更彻底，从而能准确地测定出饮用水中的铝含量。