3.1.2　硫酸铝在水中的化学反应

硫酸铝是使用历史最久、目前应用仍较广泛的一种无机盐混凝剂。它的作用机理具有相当的代表性。故在阐述混凝机理以前，有必要将硫酸铝在水中的化学反应先介绍一下。

硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O溶于水后，立即离解出铝离子，且常以［Al（H2O）6］3＋的水合形态存在。在一定条件下，Al3＋（略去配位水分子）经过水解、聚合或配合反应可形成多种形态的配合物或聚合物以及氢氧化铝A1（OH）3。各种物质组分的含量多少以至存在与否，决定于铝离子水解时的条件，包括水温、pH值、铝盐投加量等。水解产物的结构形态主要决定于羟铝比（OH）/（Al）——每摩尔铝所结合的羟基摩尔数。根据近年来有关专家研究结果，铝离子水解、聚合反应有表3－1所列的几种（略去配位水分子）。

表3－1　铝离子水解平衡常数（25℃）

由反应式可知，铝离子通过水解产生的物质分成4类：未水解的水合铝离子；单核羟基配合物；多核羟基配合物或聚合物；氢氧化铝沉淀物。多核羟配合物可认为是由单核羟基配合物通过羟基桥连形成的，如两个单核羟基铝通过两个羟基（OH）桥形成双核羟基铝的反应式为

各种水解产物的相对含量与水的pH值和铝盐投加量有关，见图3－3。由图可知，当pH＜3时，水中的铝以［Al（H2O）6］3＋形态存在，即不发生水解反应。随着pH值的提高，羟基配合物及聚合物相继产生，但各种组分的相对含量与总的铝盐浓度有关。例如，当pH＝5时，在铝的总浓度为0.1mol/L［图3－3（a）］时，［Al13（OH）32］7＋为主要产物，而在铝总浓度为10－5mol/L时［图3－3（b）］，主要产物为Al3＋及［Al（OH）2］＋等。按照给水处理中一般铝盐投加量，在pH＝4～5时，水中将产生较多的多核羟基配合物，如［Al2（OH）2］4＋、［Al3（OH）4］5＋等。当pH在6.5～7.5的中性范围内，水解产物将以Al（OH）3沉淀物为主。在碱性条件下（pH＞8.5），水解产物将以负离子形态［Al（OH）4］－出现。

根据已有报道，铝离子水解产物除了表3－1中所列几种外，还可能存在其他形态。随着研究的不断深入，新的水解、聚合产物将不断被发现，并由此推动混凝理论和混凝技术的发展。

图3－3　不同pH值下铝离子水解产物［Alx（OH）y］（3x－y）＋的相对含量（曲线旁数字分别表示x和y）

（a）铝总浓度为0.1mol/L；（b）铝总浓度为10－5mol/L（水温25℃）