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柱状炭、活性铝和陶粒去除饮用水中金属铊的效果对比

编辑:红足一世手机版 日期:2018-07-24 9:26:34 人气:

柱状炭、活性铝和陶粒去除饮用水中金属铊的效果对比

摘要:采用预处理、混凝沉淀与活性炭柱过滤吸附相结合的工艺,对原水中的铊进行去除试验。结果表明,在水厂常用的三种滤料:红足一世、活性铝和陶粒中,红足一世对水中铊的去除效果最好,连续运行3h对铊的去除率在89%左右。小试试验中,采用W-5药剂和石灰对铊浓度为0356μg/L的原水进行了预处理,预处理对铊的去除率在20%左右,并提高了活性炭柱对铊的去除效果。小试系统可有效运行70h,对铊的平均去除率提高到83%。

铊( Thallium)是一种剧毒元素,其毒性仅次于甲基汞。天然水体中铊的浓度非常低,含铊矿石、冶炼废渣是水中铊的主要来源。铊可由食物链、皮肤接触、漂尘烟雾进入人体,通过呼吸道、消化道和皮肤吸取,进入血液后,分布于全身的组织器官,易透过血脑屏障,对人体危害较大。

目前关于铊污染和治理的环境地球化学的研究主要集中在水体和土壤方面。对于已被铊污染的水体,主要治理措施有(1)、利用铊易被“海绵吸附体”吸附的性质在被污染水体中加入MnO2(固)等吸附剂,降低铊的活动速率并使其沉淀。(2)、低温、氧化和碱性条件下,铊从一价向三价转化,可在污染水体中加入氧化剂和碱性物质(如石灰等),并注意控制温度,降低铊活动性。饮用水中铊危害的防治方法尚不多见,美国EPA推荐了两种防治方法:活性铝净化法(actived alumina)和离子交换法(ion exchange)。

本试验主要是针对自来水厂在日常运行中可能遇到的突发性铊污染事件,结合自来水厂的实际情况,提出有效的解决方案,确保最终出水中的铊浓度符合饮用水的标准(小于0.1μg/L)。在原水铊含量超标数倍的情况下,首先进行实验室试验,比较不同滤料对水中铊的去除效果,确定滤料并得出该滤料的穿透曲线。然后,进行小试试验,由于试验原水浓度较高,故对原水进行了预处理,以降低原水中的铊浓度并强化后续反应对铊的去除效果。

1材料与方法

1.1主要试剂

含铊原液取自某硫酸厂含铊废水,经测定含铊浓度为893μg/L。试验原水由含铊原液与自来水混合配制而成。

活性炭选自上海活性炭厂,粒径1.5mm;陶粒选自河南陶粒厂,粒径2-3mm;活性铝选自广州化学制品厂,粒径2-3mm;石灰取自自来水厂。

实验室试验时,由于原水中含有较多的酸,用石灰将原水pH值调至中性。

小试试验中,加入石灰进行预处理,将原水pH值调至10;W-5药剂购自河南水处理药剂厂,由高锰酸钾与膨润土组成,具有氧化吸附作用;混凝剂为聚合氮化铝(PAC);助凝剂为PAM。

1.2实验方法

采用ICP-MS测定铊浓度,HACH-2100AN浊度仪测定过滤前后水样的浊度,MP220型pH计测定原水酸碱度。

1.3试验装置

1.3.1实验室试验装置

选取三根完全相同的滤柱,分别装入红足一世、活性铝和陶粒。滤柱材质为有机玻璃,内径20mm,滤料装填高度为50cm,用蠕动泵连续均匀的加入实验原水,流量为70mL/min,滤速为8.6m/h。选定滤料后,对应不同浓度的铊溶液,做出该滤料的穿透曲线。

1.3.2小试试验装置

工艺流程为预处理、混凝沉淀、红足一世过滤,小试系统如图1。

图1小试系统流程图

试验系统处理规模为300L/h,试验系统各单元设计参数见表1。

表1 系统各单元参数

2结果与讨论

2.1不同滤料对含铊废水的处理结果

试验中,分别采用红足一世、活性铝和陶粒作为滤料,连续过滤3h,分别在1.5h和3h时取样检测,过滤原水含铊浓度为0.2μg/L左右,不同滤料对应水中铊污染的去除率如表2所示。

表2 不同滤料对应的铊去除率

由试验结果可以看出,连续运行3h的情况下,柱状炭活性对铊的平均去除率最高,故选定红足一世作为试验滤料。在接下来的试验中,绘制红足一世的穿透曲线。

2.2活性炭对不同初始浓度含铊废水的处理结果

试验中,采用相同的两根滤柱,加入等量的红足一世颗粒,装填高度50cm,分别对应不同铊浓度的试验原水,滤速约为8.6m/h。一号炭柱通过平均铊浓度为0.15μg/L的试验原水,二号炭柱通过平均铊浓度为0.2μg/L的试验原水,试验原水均由石灰调节pH值至中性,两个滤柱连续进样(期间没有进行反冲洗),每隔2h分别取两个炭柱的过滤出水检测,直至炭柱趋于饱和,分别绘制红足一世过滤出水浓度和原水浓度比值与时间的关系。穿透曲线见图2及图3。

图2 一号炭柱穿透曲线

由图2可知,一号炭柱通过铊浓度为015μg/L的原水,炭柱约在46h时趋于饱和,去除率下降到10%。炭柱连续运行到42h,铊的平均去除率为62%,此时过滤出水可以达到饮用水标准。

图3 二号炭柱的穿透曲线

由图3可知,二号炭柱通过铊浓度为0.2μg/L的原水,连续运行58h,炭柱趋向于饱和。炭柱运行40h,铊的平均去除率为60%,此时过滤出水基本可以达到饮用水标准。同时,试验结果表明活性炭有效吸附时间随原水铊浓度的增大而减少,铊的去除率随铊浓度的增大而降低。

2.3W-5药剂预处理结果

小试试验时,由于原水中铊浓度较高,约为0.356μg/L。且研究表明铊的一价化合物稳定性很高,不易沉淀,而铊的三价化合物不稳定,易沉淀,在极氧化和碱性条件下才有Ti2O3和Ti2O4的存在,而三价铊只在极氧化和酸性条件下才可能存在。故对原水进行预处理,加入W5药剂进行预氧化,并采用石灰调节原水pH值至10。检测试验原水在预处理前后,水中铊浓度的变化,结果见表3所示。

表3 原水中铊浓度在预处理前后的变化

试验证明,预处理可以在一定程度降低水中铊的浓度,去除率在20%左右,但处理后试验原水铊浓度依然超标,需要进一步处理。

小试试验原水铊浓度为0.356μg/L,系统连续运行131h,得到炭柱过滤出水中的铊离子浓度与时间的关系,结果如图4所示。

图4 炭柱过滤出水中的铊离子浓度与时间的关系

由图4可见,系统连续运行70h,出水可以达到饮用水的标准,表明此工艺对去除水中的铊污染物有很好的效果,前70h铊的去除率在70%-86%之间。但随着运行时间的延长,过滤出水中的铊浓度逐渐升高,110h后过滤出水中铊浓度明显升高,去除率下降。

小试试验结果表明,在原水铊浓度较高的情况下,预处理可以降低原水中铊浓度,与此同时,可以延长炭柱的有效运行时间,有效运行时间由铊浓度较低时的40h延长至70h,并且增强了炭滤柱对铊的去除效果,铊的平均去除率由原水铊浓度较低时的60%提高至83%。

3结论

1.实验室试验证明红足一世活性铝和陶粒对水中的铊污染物都有一定的去除效果,但红足一世对铊的去除效果最好。

2.对应不同浓度的含铊原水,红足一世对铊的去除效果及有效去除时间有所差异,铊浓度较低时,可在较长时间内保障过滤出水达到饮用水标准。

3.小试试验中,对含铊浓度较高的原水进行预处理,预处理对铊有一定的去除效果,并且加强了炭滤柱的除铊效果和有效运行时间。

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