飲用水水源突發(fā)性鉻污染應急處理實驗研究

謝興勇，祖 維，馬喜君，吳 劍

(淮陰工學院生命科學與化學工程學院，江蘇 淮安 223003)

近年來，我國重金屬突發(fā)性污染事件已呈逐年上升趨勢。如何保護水源地生態(tài)環(huán)境安全和城市供水系統(tǒng)安全，以及如何快速有效地處理突發(fā)性水污染事件已成為亟待解決的問題［1－2］。水環(huán)境中鉻污染物主要來源于采礦、制革、電鍍和印染等工業(yè)生產(chǎn)及燃料燃燒所產(chǎn)生的含鉻污染物的廢氣、廢水與廢渣，Cr(VI)被列為對人危害最大的物質之一，同時也是國際公認的三種致癌金屬物質之一［3－4］，《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749 －2006)中規(guī)定六價鉻的限值為0.05mg/L。

目前，水體六價鉻的去除方法主要有:吸附法、膜分離法、離子交換法、電解法以及傳統(tǒng)的化學法和研究熱門的生物法。本文以飲用水源地突發(fā)鉻污染為背景，分析水廠現(xiàn)行工藝對鉻的去除效果，研究凹凸棒土吸附法、硫酸亞鐵還原/混凝沉淀法的應急處理效果，研究結果可為突發(fā)性鉻污染事故的應急處理提供技術儲備及借鑒［5－6］。

1 材料和方法

1.1 試驗試劑

硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、二苯基碳酰二肼、高錳酸鉀、亞硝酸鈉、丙酮、尿素、硫酸、氫氧化鈉、磷酸、聚合氯化鋁(PAC)、凹凸棒土、水玻璃。

1.2 試驗儀器

可見分光光度計、六連同步電動攪拌器、電熱恒溫干燥箱、低速臺式大容量離心機。

1.3 試驗方法

(1)改性凹土的制備

將凹凸棒土在1.00mol/L的H2SO4中70℃下加熱攪拌2h，固液比為1:10，過濾去液，洗至中性，105℃干燥后研磨至100目以上。

(2)混凝實驗

實驗在六聯(lián)攪拌器上進行，取500ml水樣放入攪拌杯中，投加不同量的混凝劑，以500r/min快速混合1min，再以250r/min的轉速攪拌5min，然后150r/min攪拌5min，最后50r/min攪拌5min，靜置沉淀30min后取上清液過濾，取樣測定剩余鉻濃度。硫酸亞鐵還原/混凝沉淀實驗則是首先向原水中投加硫酸亞鐵，以110r/min的轉速攪拌10min后再加混凝劑。

(3)鉻離子檢測

實驗中六價鉻離子的檢測采用二苯碳酰二肼分光光度法，硫酸亞鐵還原實驗中，水樣中的絕大部分六價鉻被還原為三價鉻，采用高錳酸鉀氧化－二苯基碳酰二肼分光光度法檢測其濃度。

2 結果與討論

2.1 改性凹土吸附可行性試驗結果

取鉻離子濃度為0.25mg/L的水樣致250ml燒杯中，投加5mg改性凹凸棒土，緩慢攪拌120min后靜置，取上清液測其剩余濃度，結果如表1所示，由此可見改性凹凸棒土應用于六價鉻離子的吸附是可行的。

表1 凹凸棒土吸附法可行性試驗結果

2.2 改性凹土及水廠現(xiàn)行工藝對水中Cr(VI)的去除效果分析

水廠現(xiàn)采用混凝→沉淀→過濾→消毒的處理工藝，混凝劑為聚合氯化鋁。本文通過改變混凝劑和助凝劑的投加量，考察現(xiàn)行工藝對六價鉻的去除能力。原水中六價鉻濃度為0.25mg/L(即5倍標準限值)時，不同PAC投加量與剩余六價鉻濃度之間關系如圖1所示，其中水玻璃投加量均為15mg/L。此外，在不投加PAC的情況下，對上述水樣進行了改性凹土吸附實驗，凹土投加量分別為 10mg/L、20mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L，剩余六價鉻濃度如圖1所示。

由圖1可知，PAC投加量分別為 10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L，水樣剩余的六價鉻濃度分別為 0.22mg/L、0.19mg/L、0.17mg/L、0.16mg/L、0.12mg/L、0.11mg/L，六價鉻最大去除率為54.9%，出水無法滿足飲用水標準。根據(jù)水廠的實際運行經(jīng)驗，PAC投加量一般小于60mg/L，由此可知現(xiàn)行工藝對突發(fā)鉻污染的應急能力較弱。

圖1 PAC及凹土投加量與剩余六價鉻濃度之間的關系

當凹凸棒土投加量為50mg/L時，水樣中六價鉻離子濃度為 0.0472mg/L，去除率達 81.1%，能夠達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749－2006)的要求。

2.3 硫酸亞鐵還原/混凝法去除水中Cr(VI)

硫酸亞鐵中的Fe2+有很強的還原性，可以將原水中PPM數(shù)量級的六價鉻還原為三價鉻。六價鉻不容易形成沉淀，而三價鉻則不同，容易與水中的氫氧根離子形成Cr(OH)3。Fe2+被氧化后變?yōu)镕e3+充當混凝劑，這樣可減少后續(xù)混凝劑的投量。本研究采用硫酸亞鐵還原的方法對原水中不同六價鉻污染濃度條件下鉻的去除進行了系統(tǒng)的實驗研究，向原水中投加不同量的硫酸亞鐵(投量根據(jù)原水中六價鉻濃度經(jīng)理論計算初步確定)，根據(jù)經(jīng)驗確定混凝劑的投量進行實驗，得出最佳硫酸亞鐵投量后，再具體確定混凝劑的投量，并經(jīng)過反復實驗得出了六價鉻不同超標倍數(shù)下處理達標所需的硫酸亞鐵適宜投量與去除效果，如表2所示。

表2 原水不同Cr(VI)濃度條件下硫酸亞鐵適宜投加量及去除效果

從表2中可以看出，當原水中六價鉻的濃度為0.50mg/L～2.00mg/L時，投加 8mg/L～17mg/L的硫酸亞鐵就可以使出水中總鉻含量在0.05mg/L以下，低于標準中要求的濃度。在使用該方法去除原水中的六價鉻時應注意，水廠的預氧化工藝要暫停使用。因為水廠的預氧化工藝能將前期硫酸亞鐵還原得來的三價鉻重新氧化為六價鉻，失去了硫酸亞鐵的還原作用，同時過量投加硫酸亞鐵會增加制水成本，濾后水中含有亞鐵離子不僅會耗費大量消毒劑，而且出水后二價鐵離子被氧化為三價鐵增加了水的色度。因此，硫酸亞鐵的投量應適量而不易過大。

3 結論

(1)當原水中六價鉻濃度達0.25mg/L時，水廠現(xiàn)行工藝的應急處理能力較差，增加混凝劑PAC的投加量，鉻離子的最大去除率只有54.9%，出水無法滿足飲用水標準。

(2)采用凹土強化混凝的方法可以增大六價鉻的去除效果，在不投加 PAC的情況下，投加50mg/L的改性凹土可使六價鉻濃度為0.25mg/L(5倍標準限值)的水樣出水水質達標，此時的去除率為81.1%。

(3)當原水中六價鉻濃度為0.50 mg/L～2.00 mg/L時，投加8 mg/L～17 mg/L的硫酸亞鐵就可以使出水中總鉻含量在0.05 mg/L以下，低于標準中要求的濃度。

(4)采用硫酸亞鐵還原法去除水中的六價鉻時，水廠原來的預氧化工藝須暫停使用。該方法具有投藥量小、費用少、操作簡便、產(chǎn)生污泥量少等優(yōu)點，基本可以滿足飲用水水源突發(fā)鉻污染應急處理的要求。

［1］陸曦，梅凱.突發(fā)性水污染事故的應急處理［J］.中國給水排水，2007，23(8):14－18.

［2］吳小剛，尹定軒，宋潔人，等.我國突發(fā)性水資源污染事故應急機制的若干問題評議［J］.水資源保護，2006，22(2):76－79.

［3］黃先飛，秦樊鑫，胡繼偉.重金屬污染與化學形態(tài)研究進展［J］.微量元素與健康研究，2008，25(1):48－51.

［4］柴立元，王云燕，鄧榮，等.水環(huán)境中鉻的存在形式及遷移轉化規(guī)律［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2006，32(8):1－3.

［5］顏家保，王朝霞，吳文升.還原沉淀法處理含鉻廢水的工藝研究［J］.武漢科技大學學報:自然科學版，2002(3):43－44

［6］張玉政.飲用水水源突發(fā)性重金屬污染應急處理實驗研究［D］.西安:西安建筑科技大學，2008.