生活饮用水卫生标准的提升对水处理工艺的影响

卜倍

摘 要：1985年颁布并实施的《生活饮用水标准》（GB_5749-1985）对水中的镉含量要求为不高于0.01mg/L。面对日益严峻的饮用水安全形势，住房与城乡建设部于2006年颁布、2007年实施的新标准（GB_5749-2006）对多项指标的要求进行了提升，也增加了更多的检测指标，总监测指标达到前所未有的106项。其中对水中镉含量也提出了严格的要求，为不高于0.005mg/L。生活饮用水标准的提高，对旧的水处理工艺提出了挑战。该文从溶度积角度，针对常规的化学沉淀和混凝沉淀法，探讨了常规处理方法能否达到0.005mg/L的新国标要求以及传统工艺的改良措施。

关键词：饮用水；镉；沉淀；溶度积；新标准

中图分类号 R123.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）03-04-70-03

The Effect on Water Treatment Technology Caused by the Promotion of the Standard for Drinking Water Quality

——The Removal of Cd in Drinking Water

Bu Bei

（Municipal Engineering，Department of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing 21000，China）

Abstract：The standard published in 1985 named“Standard for Drinking Water Quality”（GB_5749-1985）stipulate that the concentration of cadmium in drinking water is no more than 0.01mg/L. Facing the challenge of the drinking water safety，Ministry of housing and urban rural construction published the new“Standard for Drinking Water Quality”（CB_5749-2006）in 2006 which was implemented in 2007. The new standard improved the requirement of indexes，also the amount of indexes should be tested in drinking water. The requirement of Cd was improved to no more than 0.005mg/L. The improvement of the new standard made challenge for the water treatment technology. On the perspective of solubility product，this article discuss the question that if the conventional chemical can reach 0.005mg/L based on conventional chemical precipitation and coagulation precipitation.

Key words：Drinking water；Cd；Sediment；Solubility product；New standard

水环境中的镉的主要来源包括：铅、锌、锡、铜等有色金属冶炼过程中的排污；电镀、电池、电子元件等的污染。当然水环境中也有一定量的天然本底，但含量一般很低。天然水体中的镉主要为地表风化侵蚀，由雨水径流带入水体，水体中的镉多以二价镉离子Cd2+形式存在。随着重金属矿产的开采和镉应用范围的扩展，大量的镉通过废水、废气和废渣排入环境，不仅造成了严重的污染，也日益威胁着人们的饮用水安全[1-3]。长期低剂量的镉会引起慢性镉中毒，造成肾脏损伤，影响对蛋白质的、糖和氨基酸的吸收，造成尿中蛋白含量增加，另外镉还会影响钙的代谢，产生骨质疏松等病症。日本曾发生过因长期食用含镉大米造成“痛痛病”的污染公害事件，而我国也多次发生因镉污染事件，对多个城市的饮用水安全造成威胁[4]。

为了保护人体健康，我国《生活饮用水卫生标准》（GB_5749-2006）和《地表水环境质量标准》（GB_3838-2002）均规定，水中镉含量不得超过0.005mg/L。相比于旧的《生活饮用水卫生标准》（GB_5749-1985）标准，新国标对镉的含量作出了严格的限定，从旧国标的0.01mg/L提升至0.005mg/L。对于镉的去除，有很多新的方法和工艺，比如离子交换法、树脂吸附法、膜法等。这些方法在国外都得到了很好的应用，对于水中除镉也特别有效，会逐步成为我国自来水厂的处理工艺，但目前工艺的改造和设备的更新仍需要一段时间，在这段时间内传统方法还是主流。而作为传统处理工艺的化学沉淀法和混凝沉淀法能否适应新的要求，本文将从溶度积的角度进行探讨。

1 化学沉淀法

化学沉淀法的除镉原理是向水体中投加阴离子药剂，使镉离子以沉淀的形式析出达到水中除镉的目的。相比于其他新兴的处理方法，化学沉淀法工艺比较成熟，应用较广，成本较低，而且在现在工艺的基础上改动较小，如果化学沉淀法能够达标，可以首先选择化学沉淀法。但由于化学法是往水体投加试剂，需要注意防止产生二次污染的问题，投加的试剂应该以无毒无害物质为好。

镉离子能与众多阴离子形成沉淀，常见的镉盐沉淀有碳酸镉（CdCO3，Ksp=1.6×10-13）、氢氧化镉（Cd（OH）2，Ksp=5.27×10-15）、硫化镉（CdS，Ksp=1.4×10-29）、磷酸镉（Cd3（PO4）2，Ksp=3.6×10-32）（按照溶度积从大到小的顺序排列）。

从理论上来说磷酸镉和硫化镉要比氢氧化镉和碳酸镉要好，但是硫化镉和磷酸镉沉淀法会在水中残留硫化物（GB_5749-2006对硫化物的标准为不大于0.02mg/L）和磷酸盐造成饮用水的二次污染，故在饮用水处理中不常用，但在下文也略作讨论。一般可以在原水中投加碳酸钠或者调节pH值，使得溶解态的Cd2+转变为胶体级沉淀颗粒，再利用强化的混凝沉淀工艺将Cd2+有效去除，这一部分将在后面的混凝沉淀中具体分析。

下面以4种沉淀为例，比较国标提升后阴离子在溶液中量的变化：

由此可知，若分别以生成磷酸镉、硫化镉、氢氧化镉和碳酸镉沉淀来去除水中的镉离子，国标的提升使得处理后的水中的[PO3-4]、S2-、OH-、[CO2-3]的浓度均上升，国标中对磷酸盐的限定值没有指出，这里不作讨论。对于硫化物，GB_5749-1985未作规定，而在GB_5749-2006中，对硫化物的限值为0.02mg/L。若选用硫化钠为沉淀剂，要考虑S2-的水解作用：

黄晓东等[5]曾以硫化钠（Na2S）加聚铁来去除水中的镉离子，加入0.6～0.9mg/L的硫化钠（Na2S）（相当于硫离子浓度0.2～0.3mg/L），反应1min后，加入2mg/L聚铁，能够去除原水中的低浓度镉离子，且出水中的硫化物浓度低于限值0.02mg/L，其他物质的指标也能达到水质标准。S2-水解生成OH-，有助于后期的絮凝沉淀，而且硫化物的投加量最少，c（S2-）=3.15×10-22mol/L时即可保证水中的镉离子浓度达标。但是硫化物的嗅阈值低，容易产生臭鸡蛋气味，在水中极不稳定，容易被氧化，因而在实际工程应用中使用较少。

2 混凝沉淀法

混凝沉淀法是建立在常规水处理工艺基础上，便于工程实施，是水厂应对镉污染的基本措施。该方法主要是使水中的镉离子转化成胶体级颗粒沉淀，通过添加混凝剂和助凝剂，经混凝沉淀过滤工艺将水中的镉去除。

上文提到，在工程实际中一般使用投加碳酸钠和调节pH的方法，使得镉离子变成沉淀。如以调节pH来形成Cd（OH）2沉淀，在1985版的标准中，如果想要镉离子达标，c（OH-）≥2.43×10-4mol/L，相对应的pH≥10.4，而2006版的国标中，c（OH-）≥3.44×10-4mol/L，相应的pH≥10.5，所以从pH的角度来看，国标的提升对此法的影响较小。但在实际的运用中，pH的大小对混凝效果的影响较大。张玉政等[6]指出实际中当pH接近8.5时，镉的浓度就能达到GB_5749-2006中的要求。因此，除去镉离子的pH适宜范围为8.0～9.0。

碳酸根离子是一种弱酸根离子，当其被加入水中后会以[CO2-3]、[HCO-3]和H2CO33种形式存在。向含有Cd2+的原水中投加碳酸钠，其中一部分碳酸根离子与Cd2+离子结合生成碳酸镉胶体颗粒，另外一部分以游离态存在。

在1985的国标中，水中要保持c（[CO2-3]）≥1.80×10-6mol/L时，才能保证镉离子浓度达标，而在2006版的新国标当中，c（[CO2-3]）≥3.60×10-6mol/L，镉离子浓度才能达标，需要添加更多的药剂。

在实际的运用中，张晓健等研究指出，当pH≥8，水中碱度为1mmol/L时，有较好的处理效果。

3 结语

国标的提升对于目前水厂采用的混凝沉淀除镉法影响不大，原有的处理工艺和处理单元依旧可以继续使用。相比较而言，调节原水的pH应该作为水厂强化除镉的首选方案，投加碳酸钠和硫化钠也能够提高净水厂的除镉处理效果，但要注意防止二次污染出现的问题。生活饮用水标准的提高，必然带来后续处理工艺和处理单元的提升，但是工艺和处理单元的提升不是一朝一夕的事情，需要资金与时间，如何在这段时间升级改造原有技术就变得非常有实际价值。化学沉淀和混凝沉淀对某些重金属比如镉、砷的去除具有重要意义。

参考文献

[1]GB_5749-1985，生活饮用水卫生标准[S].

[2]GB_5749-2006，生活饮用水卫生标准[S].

[3]张晓健，陈超，等，饮用水应急除镉净水技术与广西龙江河突发环境事件应急处置[J].给水排水，2013，39（1）：24-32.

[4]杨磊三，水合二氧化锰除镉（Ⅱ）效能及机理的实验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[5]黄晓东，张金松，尤作亮.广东北江镉污染应急处理技术与工程实践[J].供水技术，2007，1（2）：25-27.

[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.

（责编：张宏民）