一等奖一种同时去除原水中镉和铊的方法承担单位

发明创造奖一等奖

一种同时去除原水中镉和铊的方法

承担单位：集团技术部

镉污染是最常见的重金属污染，在我国发生了多次重大污染事件，一般由于冶炼厂的泄露或非法排放所致。铊污染首次在2010年北江污染事件中关注。由于在自然界中存在镉和铊共生的现象，在水源发生镉污染的同时，往往会伴随铊污染的出现。我国饮用水标准中镉的限值为5μg/L，我国饮用水标准中铊的限制为0.1μg/L。由于这两种重金属污染毒性高，发生频繁，研究建立简便、高效的水厂应急处理方法迫在眉睫。

在前些年发生的镉污染事件的应急处理中，主要采用在受污染水源地投加大量的碱和絮凝剂进行去除，然后再在水厂采取一些常规的控制措施。目前对于同时去除原水中的铊和镉污染未见报道，关于分别去除镉和铊的技术有一些研究报道。文献中镉的去除主要采用氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。铊去除的报道比较多，包括高锰酸钾氧化碱性沉淀法；高锰酸钾+次氯酸钠+臭氧氧化法；三氯化铁氧化，聚合氯化铝混凝沉淀，以及关于吸附去除铊的材料研究等。这些报道的去除方法主要出于实验室阶段，我们在北江铊污染应急处理过程中，研究过应用过程中发现，在水厂实际应用中对铊的去除效果并不理想，水厂出水中铊含量不能达到水质标准的要求，这也是引发我们研发新的镉、铊去除技术的主要原因。

1、技术原理

利用镉离子在弱碱性条件下与OH-形成氢氧化镉沉淀，自然界中二价铊离子在高锰酸价和次氯酸钠等氧化剂作用下转化为三价铊离子，在弱碱性条件性转化为氢氧化铊沉淀，与高锰酸钾形成的新生态二氧化锰通过吸附共沉淀作用而被去除，从而达到在从取水口到出厂水的短暂停留时间内镉和铊被同时去除的目标。

2、关键技术及创新点：

本技术面临的难点有三个：一是铊离子的水质标准值非常低，为0.1μ

g/L，利用常规的沉淀原理和方法无法达到这样的处理浓度；二是原水中镉离子含量远高于铊离子含量，采用单纯的碱性沉淀无法达到控制目标，且在镉离子

存在的情况下，由于竞争作用，铊的去除效果很差。三是发生污染事件是受影响的水厂工艺条件较差，对污染冲击的那首能力很弱，因此本技术所要解决的问题是提供一种工艺简单，能在一般常规处理工艺水厂，甚至不完善常规工艺水厂直接应用的去除原水中镉和铊的方法。

本技术的关键点有三个：一是pH控制：pH要控制在既能使目标重金属离子镉和铊形成氢氧化物倍有效去除，又能使出厂水的pH值达到生活饮用水卫生标准中的6.5-8.5的限值范围，同时在水厂处理过程中不需要投加酸进行pH 调控；二是药剂选择：选择的药剂能够在饮用水处理中应用，且具有涉水产品许可。采用高锰酸钾作为氧化剂时，由于其自身有明显的颜色，且饮用水对猛含量有严格要求，采用高锰酸钾和次氯酸钠作为联用氧化剂时本技术的关键点和创新点。此外，水厂絮凝剂的选择也需要根据此项技术的要求进行调整。三是药剂投加的顺序：常规处理工艺水厂的主要工艺过程为：混合—絮凝—沉淀—消毒。处理过程中的多种药剂分别在哪个步骤投加的效果更好，是本技术的第三个关键点。

技术创新点包括四个方面：（1）根据镉和铊共存的特点，在水厂处理工艺中一次性去除镉和铊的污染，且不需要改变水厂的构筑物和主要设备实施，这种工艺在国内属首创；（2）该技术两次加碱，且利用强碱氢氧化钠和弱碱氢氧化钙的不同物理化学性质，既能保障镉和铊形成氢氧化物沉淀得到有效去除，且氢氧化钙碱性不强，还具有助凝作用，既能达到调节pH值的目的，同时免除了水厂后加酸调节pH值的麻烦，即节约了成本，有保障了水厂水质的安全稳定，是本技术的第二个创新点；（3）本技术采用了高锰酸钾与次氯酸钠协同氧化二价铊，采用的高锰酸钾浓度较低，高锰酸钾不过量，不会对水质的色度产生影响，同时高锰酸钾被还原产生的新生态二氧化锰与氢氧化铊产生吸附共沉淀作用，对于去除痕量重金属铊起到了关键作用；采用次氯酸钠补充氧化，既起到了进一步氧化二价铊的作用，还减少了后续工艺消毒剂的投加量，降低了处理成本，这是本技术的第三个创新点；（4）对于镉好铊污染较严重的水厂，采用聚合铁盐替代聚合氯化铝作为絮凝剂，克服了采用聚合氯化铝做絮凝剂时由于pH较高带来的铝超标问题，同时，由于聚合硫酸铁的酸性很强，对高pH值具有很强的中和作用，不需要后加酸调节pH值，简化了工艺。按照溶度积计算，使镉离子达标所需的pH值应在10以上，由于聚合硫酸铁对氢氧化

物的絮凝作用优于聚合氯化铝以及石灰及形成的二氧化锰与氢氧化镉的共沉淀作用，使沉淀的pH值大大降低。

这项技术的优势在于，对于单纯铊污染的去除也有非常好的去除效果，已成功在北江、龙江、贺江等重大原水污染应急处置事件中应用，在原水超标的情况下，在近10个水厂的应急处理中，水厂出水中铊和镉的浓度基本稳定控制在检测方法的检测限以下，有效保障了当地饮用水安全，得到各级政府的嘉奖。本应用技术成功填补了我国原水污染去除的镉、铊去除技术的空白，为提高我国饮用水安全水平做出了积极贡献

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