深度除氟：为什么“老将”硫酸铝的效果可能优于“新星”PAC？

深度除氟：为什么“老将”硫酸铝的效果可能优于“新星”PAC？

硫酸铝（Al?(SO?)?）和聚合氯化铝（PAC，如[Al?(OH)?Cl???]?）都是常用的铝盐混凝剂，用于除氟主要通过铝盐水解产物的吸附、络合和共沉淀作用。文档中多处信息表明，在特定条件下，硫酸铝的除氟效果可能优于聚合氯化铝，主要原因可归纳如下：

一、 主要原理：铝盐水解形态与除氟机制

铝盐除氟的核心在于其在水解过程中生成的一系列带正电的羟基铝络合物（如Al(OH)??、Al(OH)??、Al?(OH)?????等）以及最终的Al(OH)?胶体。这些产物通过以下方式去除氟离子（F?）：

1. 静电吸附与离子交换：带正电的铝水解产物吸附带负电的F?。

2. 络合沉淀：Al??与F?直接形成AlF???????等络合物，进而被Al(OH)?絮体网捕共沉淀。

3. 吸附共沉淀：生成的Al(OH)?絮体具有巨大的比表面积，能物理吸附F?。

文档指出，除氟效果与铝盐的水解形态、聚合度、电荷特性等密切相关，而这些受铝盐种类和水质条件（特别是pH）影响很大。

二、 硫酸铝除氟效果可能更好的主要原因

综合文档信息，硫酸铝在除氟应用中可能表现更优，主要基于以下几点：

1.水解产物形态与选择性吸附

（1）硫酸铝：投入水中后，从Al??开始逐步水解，生成一系列单核、低聚到多核的羟基铝离子，最终形成Al(OH)?沉淀。这个动态过程在偏酸性至中性条件（pH 5.5-7.5） 下，可能更易于生成对F?具有高亲和力和强吸附能力的特定中间水解形态（如AlF?、AlOHF??等）。

（2）聚合氯化铝（PAC）：是预制的水解-聚合产物，投入水中前已部分聚合，能快速提供高价聚合离子。其形态分布相对固定，碱化度（B值）是关键参数。虽然PAC适应pH范围更宽（5-9），但其预聚合形态可能不如硫酸铝在特定pH下现场水解生成的形态对F?的吸附专属性强。

2.pH条件的优化与控制

（1）《发电厂水处理及水质控制》提到，电絮凝（铝阳极溶解）除氟在pH 6.5左右效果最强。

（2）《工业废水中氟离子去除研究进展》指出，改性聚铁除氟时，pH较高会减少对F?的静电吸引和吸附。

（3）《水处理工程师手册》和《饮用水除氟设计规程》规定，采用硫酸调节pH至6.0-6.5时，活性氧化铝的周期吸附容量（4-5 g(F)/kg(Al?O?)）高于用CO?调节至pH 6.5-7.0时（3-4 g(F)/kg(Al?O?)），说明偏酸环境更利于除氟。

（4）文档多次强调，铝盐除氟的最佳pH范围通常在5.5-7.5（偏酸性）。例如：

*硫酸铝在水解过程中会释放H?，降低体系pH，更容易创造和维持利于除氟的微酸性环境。

*PAC的碱化度较高，水解过程中消耗水中碱度较少，对pH的降低作用不如硫酸铝明显，可能不利于创造最优的除氟pH窗口。

3.竞争离子影响

（1）水中存在的SO???、Cl?、HCO??等阴离子会与F?竞争铝水解产物的吸附位点。

（2）文档《水处理电化学原理与技术》提到，SO???等交换顺序靠前的阴离子浓度过高时，会与F?产生明显竞争吸附。

*硫酸铝本身引入SO???，可能在一定程度上预先“占据”了部分吸附位点或通过同离子效应影响平衡，但更重要的是，其水解过程产生的H?有助于抑制HCO??等弱酸根离子的浓度（转化为CO?），减少了OH?与F?的竞争，可能间接增强了除氟选择性。

4.实际应用与药剂投加

1.在“石灰-铝盐法”工艺中（先加石灰调高pH沉淀大部分氟，再加铝盐深度处理），常明确使用硫酸铝或聚合氯化铝。文档《工业废水处理及再生利用技术指南》等指出，此方法可将出水氟含量降至5 mg/L以下。

硫酸铝作为最传统、应用最广的铝盐混凝剂，其除氟的工艺条件（pH、投加量、搅拌时间等）研究更充分，经验更成熟。在针对除氟的优化工艺中，更容易通过控制硫酸铝的投加和pH调节来达到最佳效果。

三、 对比总结

特性	硫酸铝 (Al?(SO?)?)	聚合氯化铝 (PAC)	对除氟效果的潜在影响
水解过程	在水中逐步水解，形态动态变化。	预聚合产物，直接提供聚合离子。	硫酸铝在特定pH下可能生成对F?吸附更强的中间形态。
pH影响	水解产酸，易于创造和维持偏酸性（pH 5.5-7.5） 最佳除氟环境。	对pH缓冲能力强，出水pH降低较少。	硫酸铝更易将体系pH控制在除氟最优区间。
碱度消耗	消耗水中碱度较多。	消耗碱度较少。	硫酸铝更能有效降低水中OH?浓度，减少与F?的竞争。
适用性	传统药剂，除氟工艺条件成熟。适应水温范围较窄（20-40℃）。	适应水温、pH范围更宽，絮体形成快、密实。	在专门优化的除氟工艺中，硫酸铝可能因条件控制精准而效果更佳；PAC在宽泛条件下综合性能好。
文献依据	多处提及用于“石灰-铝盐法”深度除氟，及在特定pH下除氟效果良好。	被广泛提及为常用混凝剂，但未特别突出其除氟优势。	硫酸铝在除氟应用中的针对性描述更具体。

结论： 硫酸铝在除氟效果上可能优于聚合氯化铝，主要归因于其水解特性更易于在除氟最优的偏酸性pH范围内，形成对氟离子吸附选择性更强或吸附容量更高的铝水解形态。而聚合氯化铝因其预聚合性质，对pH变化的缓冲能力强，在创造和维持这一特定有利环境方面可能不如硫酸铝直接有效。因此，在针对除氟进行深度处理或对出水氟含量有严格要求的工艺中，选用硫酸铝并精确控制pH，往往是更可靠的选择。当然，具体效果还需根据原水水质（氟浓度、pH、碱度、共存离子等）通过试验确定。