饮用水源水无机金属污染的应急处理

饮用水源水无机金属污染的应急处理
摘要：随着人口的快速增长，目前人均水资源仅200 m3以上，其60%以上的
供水依赖地表水。

然而，由于地下水位的持续下降，未来对地表水的依赖程度将
会增加。

水库作为一个城市的主要地表水源，占全市供水量的50%。

保障水库供
水安全直接关系到人民群众身体健康和经济社会可持续发展，也是落实科学发展观、构建和谐社会的重要内容。

关键词：饮用水源水；无机金属污染；应急处理；
根据水库供水现状和突发性无机金属污染事件，采用聚合氯化铝辅助化学沉
淀法进行应急处理。

选择Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+四种金属离子作为目标污染物。

通过小规模实验确定了最佳混凝处理条件。

一、实验部分
1．主需要试剂和仪器。

实验试剂。

硝酸铜(Cu (NO3) 2 3H2O)、氯化亚铁(FeCl2 4H2O)、硝酸锌(Zn (NO3) 2 6H2O)、硝酸镉(Cd(NO3)2)、氢氧化钠和硫
酸均由北京化工厂提供。

工业级聚合氯化铝。

实验用水来自密云水库，pH值
7.76，浊度2.60，总溶解固体286 mg/L，溶解氧11.70 mg/L，钙110 mg/L，总
磷0.08 mg/L，硝态氮1.24 mg/L..实验仪器。

电子天平(YP20002，上海越平科
学仪器有限公司)、酸度计(梅特勒-托利多FE20，梅特勒-托利多仪器有限公司)、JTY-6凝血搅拌器和电感耦合等离子体光谱仪。

2.实验内容。

(1)小规模实验。

取一定浓度污染物的水样200 mL，通过滴加
氢氧化钠和硫酸溶液调节pH值，加入不同量的聚合氯化铝。

用JTY-6混凝搅拌
器进行混凝实验，以200 r/min搅拌3 min，然后以70 r/min缓慢搅拌15 min。

静置30 min后，取上清液，用OPTIMA2000电感耦合等离子体光谱仪测定水样中
金属离子污染物的浓度。

(2)中试。

在第九水厂进行了中试，操作装置由水厂根
据工艺要求设计组装。

水厂进水流量为11 t/h，由进水流量制备出四种无机污染
物要求浓度的水样。

根据不同污染物的浓度，采用聚合氯化铝辅助的化学沉淀法
添加所需浓度的氢氧化钠。

水厂中试运行30分钟后，测量沉淀池出水的酸碱度，每隔20分钟重新测量一次。

当pH值达到去除4种污染物的最佳pH值时，检测
沉淀池和煤过滤柱出水的残留污染物浓度。

二、结果与讨论
1.小规模研究。

(1)调节pH值对四种污染物的去除效果..加碱化学沉淀法快
速简单，适合应急处理。

技术要点是调节合适的pH值。

通常，氢氧化钠、石灰
或碳酸钠可用作调节酸碱度的碱性试剂，硫酸或盐酸可用作酸性试剂。

对于饮用
水水源的处理，必须使用饮用水处理级或食品级药剂。

上述碱性药剂中，石灰劳
动强度大，不方便自动控制，而纯碱价格昂贵，所以一般不使用这两种药剂；氢
氧化钠因其试剂液态、加药方便、控制准确、劳动强度低、价格适中等优点，适
用于急救。

与盐酸相比，硫酸有效浓度更高，价格更低，腐蚀性更低，是酸性药
剂的首选。

用1摩尔/升氢氧化钠和0.5摩尔/升硫酸溶液调节水样的pH值。

分
别选择了Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+的低浓度和高浓度。

通过调节pH值，考察了
4种污染物在不同pH值下的去除效果。

图1显示了低浓度污染物的处理效果。

图1 5倍国标浓度下不同pH对去除效果的影响
从图1可以看出，随着pH值的增加，四种污染物的浓度逐渐降低。

在pH值
为8.0左右时，Cu2+、Fe2+、Cd2+的残留浓度分别为0.96、0.27和0.0089 mg/L，在pH值为9.0时，Zn2+的残留浓度可达0.57 mg/L。

饮用水中Cu2+、Fe2+、
Zn2+和Cd2+的浓度限值分别为1.00、0.30、1.00和0.01毫克/升。

上述污染物
的残留浓度均低于饮用水标准规定的4种污染物的残留浓度。

其在水中的残留浓
度对酸碱度的依赖性可以用溶度积原理来解释。

Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+的浓度
与OH-成反比。

随着氢氧化钠用量的增加，水中OH-离子浓度增加，与金属离子
发生化学沉淀，使其从水中分离去除。

随着OH-离子浓度的增加，碳酸氢盐转化
为碳酸盐，与金属离子形成溶解度较低的碳酸盐，从而大大降低了水中金属离子的浓度。

图2 10倍国标浓度下不同pH对去除效果的影响
图2显示了高浓度金属离子污染物的处理效果。

从图中可以看出，当污染物浓度为饮用水标准的10倍时，加碱仍能有效去除，且残留浓度的变化随着加碱量的增加而减小，与图1的结论一致。

实践证明，在较大浓度范围内，用碱进行化学沉淀可以快速有效地去除污染物。

(2)聚合氯化铝投加量对四种污染物去除的影响。

考虑到水厂应急处理需要快速有效地去除污染物，要求产生的沉积物在最短的时间内沉降。

因此，实验选用聚合氯化铝作为絮凝剂，以增加明矾花的体积，提高沉降速度。

由于聚合氯化铝的最适pH值在5 ~ 9范围内，满足上述实验对pH值的要求，因此本实验选择聚合氯化铝作为混凝剂，并考察其对污染物的影响。

聚合氯化铝对污染物去除效率的影响，初始浓度为国家标准的5倍(实验固定pH值约为8.5)。

聚合氯化铝用量的变化对铜和铁的去除效率没有明显影响，只有化学沉淀法才能实现其有效去除。

随着聚合氯化铝的增加，水中锌的残留浓度先降低后升高。

聚合氯化铝的投加量约为10 mg/L，水中锌的残留浓度最低，为0.39 mg/L..对于镉，随着聚合氯化铝用量的增加，有助于提高其去除效率。

但当聚合氯化铝的用量大于8 mg/L时，去除效率不会明显增加，基本保持不变。

总体来看，经过快速处理后，所有污染物的残留浓度均低于国家饮用水安全标准。

聚合氯化铝对污染物去除效率的影响，初始浓度为国家标准的10倍(实验固定pH值约为8.5)。

结果表明，聚合氯化铝的用量对铜和铁没有明显影响，随着聚合氯化铝用量的增加，锌的残留浓度先降低后升高。

聚合氯化铝用量为30毫克/升时，残留浓度最低，为0.45毫克/升随着聚合氯化铝用量的增加，镉的残留浓度逐渐降低。

当聚合氯化铝的用量大于30 mg/L时，镉的残留浓度基本不
变。

上述实验规则与国家标准5倍污染物实验结果基本一致。

所有污染物的残留浓度也低于国家饮用水安全标准。

1.
在中试实验的实际应急处理中，由于水中各种离子共存和混凝反应，过程极其复杂，可能包括化学沉淀、分步沉淀、共沉淀、表面吸附等过程，因此应急处理必须通过现场实验进行验证。

水厂进行了4种污染物的中试试验，主要由三级混凝池(包括混凝池、加药池和熟化池)、斜管沉淀池和滤煤柱组成。

中试运行过程中，进水流量为11 t/h，混凝池、加药池和熟化池停留时间分别为2.2、2.2和6.1 min，沉淀池上升流量为28.60 m/h，煤滤柱滤料高度为1.50 m，聚合氯化铝投加量为15 mg/L..根据水厂的进水流量，制备出符合要求污染物浓度的水样，通过调节加碱泵速来调节pH值，从而实现对4种污染物的达标去除。

图3(a)和(b)显示了国家饮用水标准的污染物处理效果，污染物的初始浓度分别为5倍和10倍。

图3中试实验4种污染物去除效果
结果表明，五倍国标的Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+浓度可分别降至0.4413、0.2062、0.1306和0.0076 mg/L。

国家标准10倍的Cu2+、Fe2+、Zn2+、Cd2+初始浓度分别降至0.4264 mg/L、0.1523 mg/L、0.9905 mg/L和0.0057 mg/L，均符合国家饮用水安全标准。

因此，通过小试实验证实，中试实验中聚合氯化铝加碱辅助化学沉淀法是一种快速有效的应急处理方法。

总之，聚合氯化铝(PAC)作为碱化学沉淀法的混凝剂，其用量对Cu2+和Fe2+的去除效果没有明显影响。

对于Zn2+和Cd2+，PAC的投加量有一个去除污染物的最佳值，当投加量为国家标准浓度的5倍时，投加量分别为10 mg/L和8 mg/L。

在国家标准浓度的10倍下，它们都是30毫克/升..采用小型实验建立的聚合氯
化铝辅助碱性化学沉淀法，在水厂进行了Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+污染物的中试去除实验。

结果表明，该方法是一种快速、有效、简便的四种污染物应急处理方法。

参考文献：
［1］张晓超，城镇供水水质预警及应急处理浅谈.2019.
［2］刘传利．关于饮用水源水无机金属污染的应急处理.2020.。