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1、第 30 卷第 6 期Vol.30NO 6重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol Business Univ.(Nat Sci Ed)2013 年 6 月Jun 2013文章编号:1672 058X(2013)06 0048 05饮用水源突发性铅污染应急工艺的研究胡静(重庆市设计院，重庆 400013)收稿日期:2012 01 15;修回日期:2012 03 07作者简介:胡静(1982-)，女，重庆市南岸区人，工程师，从事给排水工程设计摘要:对城市给水处理厂在不中断供水的情况下，运用现有的工艺流程，应对水源突发性铅污染进行了小试研究。试验结果显示:在所研究的混凝
2、剂投加量范围内，PFS 对 Pb 的去除效果明显优于 PAC;原水的pH 对于混凝除铅影响显著，而浑浊度对 Pb 的去除无明显影响;采用 Ca(OH)2作为 pH 调节剂强化除铅效果明显优于 NaOH，将原水的 pH 控制在9 左右，可确保混凝沉淀出水的 Pb 浓度小于10 g/L，但需加酸对出水的 pH 进行回调。关键词:应急处理;除铅;强化混凝中图分类号:O613 1文献标志码:A近年来，在我国各地饮用水水源突发性重金属污染事件时有发生，严重威胁到人民群众的饮水安全，给工农业生产造成无法挽回的巨大损失。突发性重金属污染事件呈现不可预见性、高峰值性以及短时效性的特点。故城市给水处理厂水源突发
3、性重金属污染应急的研究应针对以上特点展开。铅是一种典型的有毒重金属元素，广泛用于制造蓄电池、电线、焊条、颜料、涂料以及防护材料等。因此，以我国目前各大水厂均采用的常规净水工艺为处理流程，选用铅作为突发性目标污染物，对城市给水处理厂在不中断供水以及最大限度依靠原有处理构筑物的情况下水源突发性重金属污染应急进行了研究。1材料与方法1 1试验装置六联搅拌器:TA6 程控混凝试验搅拌仪(武汉恒岭科技有限公司)，其运行程序如表 1。表 1搅拌器运行程序第 1 阶段第 2 阶段第 3 阶段第 4 阶段第 5 阶段转速/(r/min)时间/min转速/(r/min)时间/min转速/(r/min)时间/mi
4、n转速/(r/min)时间/min转速/(r/min)时间/min混凝5000 4906459020吸附混凝300205000 49064590201 2主要实验试剂Pb 储备液由 Pb(NO3)2(分析纯)溶于去离子水中配制，并加入 1%的硝酸(优级纯)进行酸化，用时提前24 h 用江水进行稀释。混凝剂取自镇江市金西水厂实际生产所用的聚合硫酸铁(PFS，含铁量:176 g/L，比重 1 52)。聚合氯化铝为市售(PAC，Al2O3含量 27%28%，碱基度 60%)。其他所用试剂均为分析纯。硅藻土为 200 目(购自镇江)。粉末活性碳(国药集团)为 200 目。粉末沸石(产地镇江)为 200
5、 目。1 3原水水质根据试验需要，试验用原水分别采用长江镇江段原水加入一定量的 Pb 配制。具体水质如表 2。表 2试验水质浑浊度/NTU总碱度/(mgCaCO3/L)温度/pHCODMn/(mg/L)长江原水296 2784 10527 307 81 8 012 05 3 201 4实验方法烧杯试验在六联搅拌器上进行。取 1 L 含 Pb 的原水移至一系列搅拌桶中，加入一定量的混凝剂或吸附剂，搅拌程序见表 1。总 Pb 的测定方法为预先在待测水样中加入硝酸进行酸化，充分混合后，静置取上清液经孔径 0 45 m 的膜滤后进行检测，溶解态 Pb 的测定方法为预先将水样经孔径 0 45 m 的膜滤
6、后，再加入硝酸酸化而后进行检测。总 Pb 与溶解态 Pb 的浓度之差即规定为悬浮或颗粒态的 Pb 的浓度。1 5分析方法Pb 浓度采用石墨炉原子吸收光谱法测定。仪器条件:SOLAR M 石墨炉原子吸收光谱仪。灯电流0 15 Ma，波长 283 3 nm，通带宽度 0 5 nm，Ar 气流量 0 2 L/min。升温程序:表 3石墨炉升温程序(Pb)温度/时间/s升温速率/(/s)Ar 气流量/(L/min)干燥10030100 2灰化800201500 2原子化1 20030Off清除2 500300 22试验结果与讨论2 1铅在原水中的形态分布小试首先考察了 Pb 在原水中的形态分布状况。当
7、原水 pH=7 85 时，原水与 Pb(NO)3溶液接触 24 h后，在 Pb=300 400 g/L 范围内时，铅在原水中主要以颗粒形态存在，占 Pb 铅浓度的 94 96%。由Pb(OH)2的电离常数(pKb，1=3 02，pKb，2=7 52)可以推算出，在 pH=7 85 时，溶解态的 Pb 主要以Pb(OH)+以及其聚合态 Pb2(OH)2+2等形式存在，理论上约占总 Pb 浓度的4 27%，与上述结论差异极小，故可认为采用本试验的方法模拟受 Pb 污染的原水是可行的。在水处理中，悬浮颗粒和胶体颗粒较容易通过常规的混凝澄清工艺去除。因此“溶解态”Pb 的去除是出水水质能否达标的关键。
8、2 2混凝剂种类及投加量对 Pb()去除效果的影响试验选用聚铁和聚铝研究了在原水中 Pb 含量超标 10 倍和 40 倍的情况下混凝剂投加量对其去除效果94第 6 期胡静:饮用水源突发性铅污染应急工艺的研究的影响(分别见图 1(a)、(b)，为便于比较，试验中混凝剂的量统一按金属离子的质量计算)。结果显示，随着投加量的增加，两种不同种类混凝对 Pb 的去除效果呈两种不同的变化趋势。随 PFS 投加量的增加，Pb()的去除率并无明显的变化。而随着 PAC 投加量的增加，Pb()的去除率增加十分明显。这与张晓健等人1 在研究除镉效果时得到的去除率变化趋势相似。研究还表明，相同有效成份投加量的情况下
9、，PFS 对Pb()的去除效果明显优于 PAC。这主要是由于 PFS 和 PAC 不同的性质以及混凝机理决定的。铁盐()水解产生的无定形氢氧化物 FeO(OH)的表面离子配位不饱和，可与水形成配位结构，生成羟基化表面;其表面羟基会与水中的重金属离子或其水解产物发生因静电引力而引起的交换吸附。所以在溶解态 Pb(II)的去除上，铁系絮凝剂比铝系有更大的优越性。再者，由于二者水解特性不同，Fe(OH)3的溶度积 Ksp(3 2 1038)远小于 Al(OH)3的溶度积 Ksp(1 9 1033)，从而铁盐比铝盐具有更强的水解、聚合及沉淀能力2。而铝盐水解生成的絮体松散庞大，网捕卷扫作用显著。因此，
10、铝盐对 Pb()的去除则主要依靠网捕卷扫作用，故 Pb()的去除率随 PAC 增加而增加的趋势较为显著。而 PFS 对 Pb()的去除则主要依靠吸附和共沉淀作用，故当混凝剂投加量增加大一定程度后，再增大混凝剂的投加量虽然一方面提供了更多的吸附交换点位，两一方面也提高了絮体的正电荷的密度，不利于带正电的溶解态 Pb()的接近，因而对于 Pb()的去除率提高帮助不大。图 1混凝剂种类及投加量对 Pb 去除效果的影响2 3pH 对 Pb()去除效果的影响原水 pH 的变化直接影响了 Pb 的形态分布，对于混凝除铅的影响较大。因此，实验分别考察了 PFS=5 0 mg/L，PAC=7 5 mg/L 时
11、，pH 对 Pb 的去除效果的影响(图2 所示)。实验结果显示，随着 pH 的增大，无论采用 PFS 还是 PAC 作为混凝剂，Pb 的去除率都得到了明显提高。对于 PFS 而言，Pb 的去除率在 pH=6 9 的范围内增幅十分显著，而在 pH=9 11 的范围内增幅趋于缓慢，在 pH=9 时存在一个突变。这主要是由于随着 pH 的增大，溶解态的 Pb(OH)+以及其聚合态 Pb2(OH)2+2或 Pb4(OH)4+4逐渐向 Pb(OH)2(S)沉淀转变。与此同时，由于反应 FeO(OH)FeOO+H+(pKa=9 0)2 的存在，当 pH 9 时，絮体表面带负电，吸附作用增加显著。而对于 P
12、AC 而言，当 pH=8 时，也存在向 Al(OH)3向 Al(OH)4转变的情况。综上所述，调整 pH 值是强化混凝除 Pb 的一种非常有效的措施。2 4浑浊度对 Pb 去除效果的影响小试考察了在不同浑浊度条件下，浑浊度对 Pb 的去除效果的影响，原水分别取于雨天和晴天(图 3 所示)。结果显示，浑浊度对 Pb 的去除效果并无显著的影响。05重庆工商大学学报(自然科学版)第 30 卷图 2pH 对 Pb 去除效果的影响(Pb=366 g/L)图 3浑浊度对 Pb 去除效果的影响(Pb400 g/L)2 5不同 pH 调节剂对混凝去除 Pb 的强化效果实验进一步讨论了在与水厂实际生产投加相同量
13、聚合硫酸铁(约 2 5 mg/L)时，不同的 pH调节剂对强化混凝除 Pb 效果的影响(图 4 所示)。实验结果显示，采用 Ca(OH)2作为 pH 调节剂时 Pb 的去除效果明显优于 NaOH，当 pH=9时沉淀出水的 Pb 浓度能被严格控制在 10 g/L以下，达到生活饮用水卫生标准 GB 57492006 的要求。实验还同时考察了沉淀出水的浑浊度以及 pH 值的最终情况(图 5 所示)。结果表明，采用 Ca(OH)2作为 pH 调节剂时浑浊度的图 4不同 pH 调节剂对混凝除 Pb的强化效果(Pb=358 g/L)图 5使用不同 pH 调节剂沉淀出水的浑浊度以及 pH 的对比(Pb=35
14、8 g/L)去除效果也更优，故可以认为 Ca(OH)2除了能调节原水的 pH 外，还能起到微絮凝和提供混凝凝聚核心的作用，这也是其对混凝除 Pb 强化效15第 6 期胡静:饮用水源突发性铅污染应急工艺的研究果更优的重要原因。但值得注意的是当原水的 pH 值大于 9 时，沉淀出水的 pH 值均大于 8 不满足生活饮用水卫生标准，需要加酸进行回调。建议优选 Ca(OH)2作为 pH 调节剂。3结论(1)在所研究的混凝剂投加量范围内，PFS 对 Pb 的去除效果明显优于 PAC。随着投加量的增加，两种不同种类混凝对 Pb 的去除效果呈两种不同的变化趋势。随 PFS 投加量的增加，Pb 的去除率并无明
15、显的变化。而随着 PAC 投加量的增加，Pb 的去除率增加十分明显。PFS 对 Pb 的去除效果明显优于 PAC。(2)原水的 pH 对于混凝除铅影响显著，而浑浊度对 Pb 的去除无明显影响。(3)采用 Ca(OH)2作为 pH 调节剂强化除铅效果明显优于 NaOH，将原水的 pH 控制在 9 左右，可确保混凝沉淀出水的 Pb 浓度严格小于 10 g/L，但需加酸对出水的 pH 进行略微的回调。参考文献:1张晓健 松花江和北江水污染事件中的城市供水应急处理技术 J 给水排水，2006，32(6):6-12 2常青 水处理絮凝学 M 北京:化学工业出版社，2003 3LUIS C Arupk S
16、engupta Arsenic Removal Using Polymer-Supported Hydrated Iron(III)Oxide Nanoparticles:Role of DonnanMembrane Effect J Environ Sci Technol，2005，39，6508-6515 4马军，余敏伟，刘伟 高锰酸钾预处理去除饮用水中微量铅效能研究 J 哈尔滨建筑大学学报，2000，33(3):35-38 5ENHANCED C Enhanced Precipitative Softening Guidance Manual M United States:Enviro
17、nmental Protection Agency，1999 6姚娟娟，高乃云，尚亚波，等，饮用水源砷污染的应急处理工艺研究 J 中国给水排水，2007，23(21):15-19 7江澜，王小兰 铬的生物作用及污染治理 J 重庆工商大学学报:自然科学版，2004，21(4):325-328Study on Emergent Treatment for Lead Pollution in Water SourceHU Jing(Chongqing Architectural Design Institute，Chongqing 400013，China)Abstract:The bench sc
18、ale testings are performed to investigate emergent treatment for lead pollution in watersource by using the existing process in drinking water treatment plant under the situation not breaking off watersupply The results show that，in the range of studied coagulant dosage，Pb removal efficiency by PFS
19、is significantlybetter than that by PAC The effect of pH on lead removal by coagulation is significant，but the turbidity is notUsing Ca(OH)2as a pH regulator to enhance the Pb removal is better than NaOH As a result，adjusting pH of theraw water around 9 by adding Ca(OH)2can ensure the concentrations of Pb in effluent below 10 g/L，but acid isneeded to make the finished water at neutral pHKey words:emergent treatment;lead removal;enhanced coagulation责任编辑:田静25重庆工商大学学报(自然科学版)第 30 卷