化學性質

PACl的化學性質主要受不同的生產原料及組成的鹽基比(γ)影響。γ 即為PACl當中的氫氧根與三價鋁的比值：[OH^–] / [ Al³⁺]，分別代表製 造過程中所添加鹼的種類和濃度，以及總鋁濃度；γ 值高低代表PACl 的水解聚合度，數值低表示其水解聚合度較差。

當γ < 1時，其鋁型態大多以單體鋁如Al³⁺存在；1.25 < γ < 2.5時，

PACl成分當中大多形成Al137+聚合物，它的混凝機制為電性中和，尤 其γ值介於2.2~2.4時，PACl會水解出最多的Al137+生成量，而γ > 2.5時 會形成過多的固體鋁。

PACl 的鋁型態受 pH 影響，其中以 Ala為最；Ala在低pH 值時維持 單體鋁的型態，隨著 pH 值升高會轉化為 Alb或Alc，而在中性pH 範 圍時PACl 以 Alb為主要成份，且其性質穩定，即使pH 值持續升高，

也僅有少量轉化為Alc，顯示Alb是較不受pH 影響的水解鋁物種^(Wang

et al., 2004)

。

跟其他種類的混凝劑比起來，PACl 本身的 γ 值比較高，所以投藥 後消耗的鹼度較少；比較其中的鋁物種，Ala 會消耗鹼度，但 Alb 不 會。PACl 的適溫性好，絮凝效果不會受水溫影響，相當適用於處理 低溫水，只是水溫超過40℃時會呈現不穩定狀態。

另外，PACl 在儲存狀態時，溶液中的單體 Al137+會產生自行聚集的

現象，其聚集程度與γ 值有關，聚集體的大小、外型及表面電性則受 pH 值的影響^{(杭， 2002)}。

由於投藥後Al137+與其聚合體在一定時間內仍能保有原始型態並快速 地被吸附於顆粒表面，且其分子量較大，電荷值也較高，因此Al137+

的吸附-電性中和及架橋作用能力較強， 所以PACl當中的Alb成分含 量越高，對顆粒的電性中和能力就越強，能提升顆粒之間的碰撞效 率，故去除濁度的能力較好(Hu et al., 2005; Gao et al., 2005) 。

Wanget al. (2004)指出 PACl 投藥後的水解鋁物種變化及穩定性，結 果顯示 PACl 之中的 Ala在酸性條件下較穩定，但隨著 pH 值增加，

Ala會快速減少並轉化為 Alb，在接近中性時Ala降至最低，但隨著 pH 值持續增加到達鹼性條件時，Ala又會快速增加回復；至於 Alb物種，

它在酸性時便已存在，接近中性pH 時含量最高；而 Alc的分佈與Alb

類似，但變化範圍較小。PACl 的 γ 值能左右其他水質因素對水解鋁 物種的影響，γ 值越低，影響越大，反之若 γ 值越高則 PACl 的鋁物 種越穩定，較不易再水解轉化成其他的物種；另外，γ 值增加則 Ala

減少地越快，也就是說Ala轉化成 Alb的速度越快，最終再轉化成Alc。 Gaoet al. (2005)提出以三種混凝劑，包括 AlCl3、PACl 及因純化過 而 Al137+含 量 較 高 的 PACl(或稱 PACl-Al13)之試驗得結果，顯示

PACl-Al13 對於濁度、色度及腐植酸的去除效果均優於其他二種混凝 劑，且在聚合鋁物種當中，Al137+帶有較多的正電荷，所以能發揮最 佳的吸附-電性中和能力。

陳 (2005)指出，以一般的 PACl 及高純度 PACl 對天然原水及人工 原水進行試驗，結果顯示 PACl 純度越高，即當中的 Alb成分越多，

其最適操作條件為接近鹼性範圍；同時證實在處理高濁水時，若混凝 劑中的Alb含量越高，則僅需少量加藥即有良好效果，此時的混凝機 制以電性中和為主，但低濁度時因水中顆粒數量少，在相同混凝狀況 下，顆粒雖然被電性中和而去穩定，但卻無法產生有效碰撞，聚集成 更大的顆粒沉降，所以此時的電性中和機制效果反而不彰。

Wang & Tang (2006)研究指出，以 PACl 做為混凝劑，探討在不同 γ 值、劑量及水體的 pH 之下，混凝劑的水解鋁物種及其機制對混凝效 果的影響。其實驗結果為，PACl 的 γ 值越高，電性中和的能力就越 強；在混凝劑量少，鋁含量低時，γ 值越高的 PACl 能造成越低的殘 餘濁度值(residual turbidity, RT)。

Yanet al. (2007)指出，使用 AlCl3及多種不同鹽基比的PACl 為混凝 劑，對天然水體進行試驗，其結果則是顯示，在低劑量時的濁度去除 機制以電性中和為主，所以 PACl 當中的 Alb含量越高其濁度去除效 率越好，但隨著劑量增加，Alb 吸附顆粒形成膠羽後，顆粒之間有可

能形成再穩定狀態；雖然 Alb本身擁有強大的正電荷，對顆粒去穩定 的效果以電性中和最為顯著，但是 Alb吸附顆粒所聚集而成的膠羽大 小卻不如Alc所形成的，影響了膠羽在沉降過程中的效率，又因高劑 量時的濁度去除機制以沉澱掃除最為有效，所以在膠羽形成後，此時 以 Alc所形成的沉澱掃除為最佳機制；而投藥後立即形成的 Alb也會 在短時間內轉化為 Alc，因此這種型態的 Alb也對濁度的去除效率有 顯著影響。

Wuet al. (2009)將混凝的條件控制在 pH 為 6.5，並以 Al³⁺及3 種不 同γ 值的 PACl 為混凝劑，對含矽的人工原水進行試驗。剛開始 4 種 藥劑都是以電性中和為主要混凝機制，之後隨著混凝劑的水解鋁物種 陸續產生，Al³⁺的機制會轉變為以其與顆粒作用結合之沉澱物進行沉 澱掃除，而PACl 則是產生了 polycation patch 和架橋作用；且其結果 顯示，Alb含量最多之PACl 的電性中和能力最強，所以其相對應的 ζ 最高，藥劑增加時其ζ 值上升的趨勢也最明顯；在低混凝劑量(AlT=10^-6 mol/L)時，促使膠羽生長速度最快之 PACl 為 Alc含量最高的，但劑 量上升到AlT=10^-5 mol/L 時，膠羽生長速度最快的物種卻是 Al³⁺。這 現象同時也反映到殘餘濁度，在劑量均為AlT=10^-5 mol/L 時，以 Al³⁺

為混凝劑所對照的 RT 值最低，不過整個實驗結果所出現的最低 RT 值，是劑量約為 AlT=10^-5.55 mol/L 時，由 Alc含量最高之PACl 所形成

的；推測當下的混凝機制，除了 PACl 當中的 Alb產生電性中和及沉 澱掃除外，Alb和 Alc也出現了 polycation patch 和架橋作用，才會產 生最佳的濁度去除效果。

總結以上研究，PACl 之中對於顆粒的去穩定最為有效的成份仍為 Al137+，然而此物質會因製備方法及製程的差異，反應在 PACl 當中的 鹽基比，進而決定 Al137+在 PACl 當中所占有的比例；加上使用 PACl 當混凝劑時，各種不同的水解條件下會產生不同的鋁物種，而這些物 種亦會隨混凝進行時的物理化學條件而發生轉變，影響混凝作用，產 生不同的機制，因此需探討PACl 在不同物化條件之下所生成的水解 鋁物種及混凝機制。