饮用水水源突发性铬污染应急处理实验研究

谢兴勇，祖 维，马喜君，吴 剑

(淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏 淮安 223003)

近年来，我国重金属突发性污染事件已呈逐年上升趋势。如何保护水源地生态环境安全和城市供水系统安全，以及如何快速有效地处理突发性水污染事件已成为亟待解决的问题［1－2］。水环境中铬污染物主要来源于采矿、制革、电镀和印染等工业生产及燃料燃烧所产生的含铬污染物的废气、废水与废渣，Cr(VI)被列为对人危害最大的物质之一，同时也是国际公认的三种致癌金属物质之一［3－4］，《生活饮用水卫生标准》(GB5749 －2006)中规定六价铬的限值为0.05mg/L。

目前，水体六价铬的去除方法主要有:吸附法、膜分离法、离子交换法、电解法以及传统的化学法和研究热门的生物法。本文以饮用水源地突发铬污染为背景，分析水厂现行工艺对铬的去除效果，研究凹凸棒土吸附法、硫酸亚铁还原/混凝沉淀法的应急处理效果，研究结果可为突发性铬污染事故的应急处理提供技术储备及借鉴［5－6］。

1 材料和方法

1.1 试验试剂

硫酸亚铁、重铬酸钾、二苯基碳酰二肼、高锰酸钾、亚硝酸钠、丙酮、尿素、硫酸、氢氧化钠、磷酸、聚合氯化铝(PAC)、凹凸棒土、水玻璃。

1.2 试验仪器

可见分光光度计、六连同步电动搅拌器、电热恒温干燥箱、低速台式大容量离心机。

1.3 试验方法

(1)改性凹土的制备

将凹凸棒土在1.00mol/L的H2SO4中70℃下加热搅拌2h，固液比为1:10，过滤去液，洗至中性，105℃干燥后研磨至100目以上。

(2)混凝实验

实验在六联搅拌器上进行，取500ml水样放入搅拌杯中，投加不同量的混凝剂，以500r/min快速混合1min，再以250r/min的转速搅拌5min，然后150r/min搅拌5min，最后50r/min搅拌5min，静置沉淀30min后取上清液过滤，取样测定剩余铬浓度。硫酸亚铁还原/混凝沉淀实验则是首先向原水中投加硫酸亚铁，以110r/min的转速搅拌10min后再加混凝剂。

(3)铬离子检测

实验中六价铬离子的检测采用二苯碳酰二肼分光光度法，硫酸亚铁还原实验中，水样中的绝大部分六价铬被还原为三价铬，采用高锰酸钾氧化－二苯基碳酰二肼分光光度法检测其浓度。

2 结果与讨论

2.1 改性凹土吸附可行性试验结果

取铬离子浓度为0.25mg/L的水样致250ml烧杯中，投加5mg改性凹凸棒土，缓慢搅拌120min后静置，取上清液测其剩余浓度，结果如表1所示，由此可见改性凹凸棒土应用于六价铬离子的吸附是可行的。

表1 凹凸棒土吸附法可行性试验结果

2.2 改性凹土及水厂现行工艺对水中Cr(VI)的去除效果分析

水厂现采用混凝→沉淀→过滤→消毒的处理工艺，混凝剂为聚合氯化铝。本文通过改变混凝剂和助凝剂的投加量，考察现行工艺对六价铬的去除能力。原水中六价铬浓度为0.25mg/L(即5倍标准限值)时，不同PAC投加量与剩余六价铬浓度之间关系如图1所示，其中水玻璃投加量均为15mg/L。此外，在不投加PAC的情况下，对上述水样进行了改性凹土吸附实验，凹土投加量分别为 10mg/L、20mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L，剩余六价铬浓度如图1所示。

由图1可知，PAC投加量分别为 10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L，水样剩余的六价铬浓度分别为 0.22mg/L、0.19mg/L、0.17mg/L、0.16mg/L、0.12mg/L、0.11mg/L，六价铬最大去除率为54.9%，出水无法满足饮用水标准。根据水厂的实际运行经验，PAC投加量一般小于60mg/L，由此可知现行工艺对突发铬污染的应急能力较弱。

图1 PAC及凹土投加量与剩余六价铬浓度之间的关系

当凹凸棒土投加量为50mg/L时，水样中六价铬离子浓度为 0.0472mg/L，去除率达 81.1%，能够达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)的要求。

2.3 硫酸亚铁还原/混凝法去除水中Cr(VI)

硫酸亚铁中的Fe2+有很强的还原性，可以将原水中PPM数量级的六价铬还原为三价铬。六价铬不容易形成沉淀，而三价铬则不同，容易与水中的氢氧根离子形成Cr(OH)3。Fe2+被氧化后变为Fe3+充当混凝剂，这样可减少后续混凝剂的投量。本研究采用硫酸亚铁还原的方法对原水中不同六价铬污染浓度条件下铬的去除进行了系统的实验研究，向原水中投加不同量的硫酸亚铁(投量根据原水中六价铬浓度经理论计算初步确定)，根据经验确定混凝剂的投量进行实验，得出最佳硫酸亚铁投量后，再具体确定混凝剂的投量，并经过反复实验得出了六价铬不同超标倍数下处理达标所需的硫酸亚铁适宜投量与去除效果，如表2所示。

表2 原水不同Cr(VI)浓度条件下硫酸亚铁适宜投加量及去除效果

从表2中可以看出，当原水中六价铬的浓度为0.50mg/L～2.00mg/L时，投加 8mg/L～17mg/L的硫酸亚铁就可以使出水中总铬含量在0.05mg/L以下，低于标准中要求的浓度。在使用该方法去除原水中的六价铬时应注意，水厂的预氧化工艺要暂停使用。因为水厂的预氧化工艺能将前期硫酸亚铁还原得来的三价铬重新氧化为六价铬，失去了硫酸亚铁的还原作用，同时过量投加硫酸亚铁会增加制水成本，滤后水中含有亚铁离子不仅会耗费大量消毒剂，而且出水后二价铁离子被氧化为三价铁增加了水的色度。因此，硫酸亚铁的投量应适量而不易过大。

3 结论

(1)当原水中六价铬浓度达0.25mg/L时，水厂现行工艺的应急处理能力较差，增加混凝剂PAC的投加量，铬离子的最大去除率只有54.9%，出水无法满足饮用水标准。

(2)采用凹土强化混凝的方法可以增大六价铬的去除效果，在不投加 PAC的情况下，投加50mg/L的改性凹土可使六价铬浓度为0.25mg/L(5倍标准限值)的水样出水水质达标，此时的去除率为81.1%。

(3)当原水中六价铬浓度为0.50 mg/L～2.00 mg/L时，投加8 mg/L～17 mg/L的硫酸亚铁就可以使出水中总铬含量在0.05 mg/L以下，低于标准中要求的浓度。

(4)采用硫酸亚铁还原法去除水中的六价铬时，水厂原来的预氧化工艺须暂停使用。该方法具有投药量小、费用少、操作简便、产生污泥量少等优点，基本可以满足饮用水水源突发铬污染应急处理的要求。

［1］陆曦，梅凯.突发性水污染事故的应急处理［J］.中国给水排水，2007，23(8):14－18.

［2］吴小刚，尹定轩，宋洁人，等.我国突发性水资源污染事故应急机制的若干问题评议［J］.水资源保护，2006，22(2):76－79.

［3］黄先飞，秦樊鑫，胡继伟.重金属污染与化学形态研究进展［J］.微量元素与健康研究，2008，25(1):48－51.

［4］柴立元，王云燕，邓荣，等.水环境中铬的存在形式及迁移转化规律［J］.工业安全与环保，2006，32(8):1－3.

［5］颜家保，王朝霞，吴文升.还原沉淀法处理含铬废水的工艺研究［J］.武汉科技大学学报:自然科学版，2002(3):43－44

［6］张玉政.饮用水水源突发性重金属污染应急处理实验研究［D］.西安:西安建筑科技大学，2008.