铝是自然界中的丰量元素，在地壳中分布广泛，含量高达8.8％，仅次于氧和硅位居第三。铝在食物、饮用水和抗酸制剂中普遍存在，有研究表明铝和老年性痴呆有关。因此，供水厂出水铝超标问题已成为制水工艺中重点关注的焦点问题之一，也是高品质饮用水水质提升的重要突破点之一。我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）中规定铝的限值为0.20mg/L，《江苏省城市自来水厂关键水质指标控制标准》（DB 32/T 3701-2019）中规定铝的限值为0.15 mg/L。近年来，围绕水厂出厂控铝问题的相关研究较多，但具体转化到生产实践中，技术和经济性并重且具有普适性的工艺路线并不多，更多水厂仍处于在实践中不断探索的阶段。
铝是自然界中的丰量元素，在地壳中分布广泛，含量高达8.8％，仅次于氧和硅位居第三。铝在食物、饮用水和抗酸制剂中普遍存在，有研究表明铝和老年性痴呆有关。因此，供水厂出水铝超标问题已成为制水工艺中重点关注的焦点问题之一，也是高品质饮用水水质提升的重要突破点之一。我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）中规定铝的限值为0.20mg/L，《江苏省城市自来水厂关键水质指标控制标准》（DB 32/T 3701-2019）中规定铝的限值为0.15 mg/L。近年来，围绕水厂出厂控铝问题的相关研究较多，但具体转化到生产实践中，技术和经济性并重且具有普适性的工艺路线并不多，更多水厂仍处于在实践中不断探索的阶段。
在过去，常熟供水厂夏季出厂铝含量处于0.10～0.15mg/L范围内，不能满足内控限值要求。因此，亟需开展水厂降铝工艺研究，提出针对性的工艺方案，确保水厂铝内控合格率100%。常熟于2015年开始对水厂降铝工艺开展探索和实践，目前已形成了适合自身特点的水厂降铝控制关键技术，执行出水铝指标不超0.10mg/L的内控要求。2021年三个水厂出水铝内控合格率均为100%，其中年均值为0.062mg/L，夏季均值为0.064mg/L。主要措施如下：
降pH控铝工艺
当使用铝盐作为净水剂时，影响出水铝含量的因素主要有原水pH、水温、碱度等。在多年的实践中，发现影响出水铝含量最本质的因素是原水的pH，水温和碱度对铝的影响归根到底也是原水的pH。在对水温与铝含量的影响关联性分析中，发现不同水温条件下存在着不同的除铝最佳pH，在水厂弱碱性的水环境中，当水温升高，除铝最佳pH会降低，所以出现了出水铝随水温升高而上升的现象；在对碱度与铝含量的影响关联性分析中，发现在水处理混凝阶段，使用的净水剂中含有酸的成分，这部分酸首先需要用来中和水的碱度，碱度的高低也就决定了消耗净水剂中酸量的多少，碱度越高，用于中和碱度的酸越多，净水剂中剩余的用于降pH的酸也就越少，所以出现了原水碱度越高，降铝效果越不明显的现象。
基于上述分析，常熟从2015年开始实施了原水降pH控铝工艺的研究和实践。
1、盐酸投加工艺：2015年以来，常熟第二水厂使用该工艺，降铝效果明显。目前有水司采用二氧化碳投加工艺，与盐酸投加工艺同属一类。
（1）工艺特点：盐酸投加点为原水吸水井，根据原水加酸后的pH（控制值7.4-7.8）来实时调整盐酸投加量，在实践中通过pH在线仪表监控酸投加量是否合适，采用该工艺后，每吨水盐酸药剂成本约1分，见表1。
（2）工艺缺点：盐酸为危化品，其采购和使用等有严格的要求，较适用于10万吨/天的小型水厂使用。
表1 2021年6～9月降铝工艺运行数据
2、硫酸铝投加工艺：2018年，常熟三水厂和滨江水厂使用该工艺，降铝效果一般，在连续高温日的情况下，出厂铝勉强控制在0.10mg/L左右。
（1）工艺特点：将原先的聚铝改为硫酸铝，原投加设施及工艺保持不变。
（2）工艺缺点：要实现出厂铝低于0.10mg/L的要求，硫酸铝投加量比常规聚铝要多1倍，每吨水硫酸铝药剂成本约4分，较常规聚铝增加120%，见表2。
表2 2018年6～9月硫酸铝工艺运行数据
3、酸化聚氯化铝投加工艺：通过人为降低聚氯化铝pH，在水厂投加该净水剂时，间接实现了降原水pH的目的。
（1）工艺特点：将原先常规聚铝改为酸化聚铝，原投加设施及工艺保持不变。
（2）工艺缺点：由于该聚铝在生产环节额外增加了盐酸量，其pH不满足《生活饮用水用聚氯化铝》（GB15892-2020）的要求。
改善絮凝控铝工艺
近年来，常熟供水厂在降铝科研实践中，发现高盐基度聚氯化铝和铁盐助凝也存在降铝的效果，并开展了一系列小试、中试和推广应用工作。
1、高盐基度聚铝工艺：2019年，常熟三水厂和滨江水厂使用该工艺。
（1）工艺原理：聚铝在发生水解反应中，其铝离子有三种水解形态，分别为Ala（单核形态）、Alb（中等聚合形态）、Alc (惰性态的聚合大分子或溶胶聚合物），其中Alc占比与聚铝的盐基度呈正相关，高盐度聚铝水解后以Alc为主，而Ala占比很少，有利于提高混凝效果，从而使得水中溶解性铝降低。
（2）工艺特点：将原先的聚铝（盐基度在60-70%）改为高盐基度聚铝（盐基度在80%以上），原投加设施、工艺及投加量基本保持不变。采用该工艺后，在达到控铝效果的前提下，每吨水高盐基度聚铝药剂成本约1.5分，较投加硫酸铝相比下降60%，见表3。
（3）工艺缺点：随着《生活饮用水用聚氯化铝》（GB15892-2020）的实施，聚铝供应商需要增加相关工艺才能提供较高盐基度的聚铝产品。
表3 2019年6～9月高盐基度（78-87%）聚铝工艺运行数据
2、铁盐助凝投加工艺：2020年，常熟三水厂试用该工艺。2021年常熟三水厂和滨江水厂正式使用该工艺。
（1）工艺原理：利用铁盐与水中残余铝在一定的水力条件下再次发生凝聚吸附作用，进而利用后续滤池过滤效能实现水中铝含量下降的目的。同时研究还发现：二次投加三氯化铁和聚硫酸铁对降铝均有效果，相同投加量的情况下，聚硫酸铁的降铝效果约为三氯化铁的一半。
（2）工艺特点：原聚铝投加方式和投加量不变，增加水厂沉淀池末端的集水槽出口聚硫酸铁投加点，投加量控制在3-5kg/km3，利用沉淀至滤池出水渠跌水堰的作用实现充分混合的目的，并通过砂滤池截留效果，能稳定实现降铝30-50%的效果，见图1，每吨水增加铁盐药剂成本约0.3分，见表4。
表4 2021年6～9月二次投加聚硫酸铁工艺运行数据
图1 2022年6月3日开始铁盐投加量与出水铝变化趋势图
（3）工艺缺点：由于在原有基础上新增了新的净水剂投加工艺，因此水厂需要增加必要的药剂储存设施、投加管道和投加系统。由于该工艺一般在夏季高温使用，从节省投资的角度出发，水厂也可在沉淀池末端通过布置临时投加设施的方式进行。
结论
经过近八年的降铝工艺探索和实践，常熟供水厂已形成了适宜自身原水特征和工艺特点的降铝工艺技术。
1、常熟第二水厂原水（尚湖）夏季pH在8-8.5范围内，水厂供水规模7.5万m 3 /d，选择采用盐酸投加工艺，将原水的pH控制在7.4-7.8，不仅改善絮凝效果，而且能保证出厂铝稳定在0.060mg/L以内。
2、常熟第三水厂和滨江水厂供水规模均为40万m 3 /d，供水量大，如采用盐酸、高盐基度聚铝、硫酸铝、酸化聚氯化铝等投加工艺，会带来使用不便和成本高等问题，因此选择采用铁盐助凝投加工艺，既能保证出厂铝稳定在0.060mg/L以内，又能控制药剂成本。
