镉污染源水的应急处理技术研究

高中方1

, 周克梅2

, 陈志平2

, 陈 卫1

, 林 涛1

, 王 旭

1

(1.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京210098; 2.南京市自来水总公司,江苏

南京210002)

摘 要: 分析了发生突发性镉污染时镉在水体中的存在形式,考察了常规混凝、化学沉淀以及两者联用对镉污染源水的处理效果。结果表明:发生突发性镉污染时,镉在水体中主要以溶解态形式存在,所占比例>60%;常规混凝沉淀可有效去除吸附态镉,但对溶解态镉的去除效果有限;化学沉淀法对镉有良好的去除效果,但会增加滤后水的浊度;化学沉淀与混凝联用技术可大大提高对镉的去除效果,在预调p H 值至10、P AC 的投加量为20m g /L 时,对镉的去除率>97.7%,最大可处理浓度提高至0.220~0.2m g /L 。

关键词: 突发性镉污染; 应急处理; 混凝沉淀; 化学沉淀; 联用

中图分类号:TU991 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2009)11-0086-03

Study on Em ergency T reat m ent Technol ogy of SourceW ater Poll uted

by Cad m i u m

GAO Zhong fang 1, Z HOU Ke me i 2, CHEN Zhi p i n g 2, C HEN W e i 1, L IN Tao 1

,

WANG Xu

1

(1.C ollege of Environ m ental S cience and E ng ineering,H ohai Universit y ,N anjing 210098,

China;2N anjing Tap Water G eneral Co mpany,N anjing 210002,China ) Abst ract : The ex isting for m s o f cadm i u m (Cd)in w ater polluted acc i d enta ll y by Cd w ere ana

l y zed ,and the re m oval effects of Cd by conventional coagu lation sedi m en tation ,che m ical precipitation and the co m b i n ed process w ere investiga ted .The resu lts sho w that the dissolved Cd accounts for above 60%o f the total Cd under acc i d enta l Cd po ll u ti o n .The adsorbed Cd can be re m oved effic iently by the conventional coagulati o n sedi m entati o n,wh ile the re m oval effic i e ncy of the disso lved Cd is poor .The che m ical prec i p itati o n process has good re m ova l effect of Cd ,w hich w ou l d bring the increase of the tur b i d ity .The co mb i n ed process of conventi o na l coagu lation sed i m entation and t h e che m ica l precipitation can f u rther i m prove the re m oval effects .W hen presetti n g the p H va l u e to 10and adding 20m g /L PAC ,the Cd re m oval rate is above 97.7%,and the m ax i m u m concentration that can be treated is 0.220m g /L to 0.2mg /L .

K ey w ords : acc i d enta l cad m i u m po ll u tion; e m er gency treat m en;t coagu lation sed i m entation ;che m ical prec i p itati o n ;co m bined process 基金项目:江苏省社会发展基金资助项目(BS2006014); 江苏省建设科技计划项目(JS2006ZB02)

镉是南京市水源地潜在的突发性污染物之

一

[1]

,含镉的水被饮用后,会在肝、肾和骨骼中产生

第25卷 第11期2009年6月 中国给水排水CH I NA W ATER &WA STE WAT ER

V o.l 25No.11

Jun .2009

目前,饮用水除镉净化技术主要有化学沉淀法、溶气气浮法、电解气浮法、离子交换法和吸附法等,其中化学沉淀法具有除镉范围广、药剂来源广泛、不产生二次污染等优点,已成功地用于广州北江的镉污染突发事件[2、3]。笔者针对南京江水源存在镉污染潜在威胁这一现状,结合南京市自来水厂的净化工艺状况,并借鉴已有研究成果[4],以 平战结合,有效应急 为原则,重点进行了化学沉淀与混凝联用技术应对突发性水体镉污染的研究。

1 试验材料与方法

采用长江南京段水源水与硫酸镉混合配制模拟镉污染源水(由于长江源水中未检测出镉,故配制模拟源水时不考虑镉的本底浓度)。取相同体积的模拟源水放入4个锥形瓶中,在恒温振荡器上振荡(120r/m in)10m i n后分别静置0、6、12和24h,同时用蒸馏水配制镉浓度与模拟源水相同的对照水样。水样用双层滤纸过滤后再测定镉的浓度,用以研究发生突发性镉污染时镉在源水中的存在形式。

采用烧杯搅拌试验模拟混凝沉淀过程(在六联搅拌机上进行)。混凝条件:先快速(500r/m i n)搅拌1m i n,再依次以250、150和50r/m i n分别搅拌5 m in,静置30m i n后取上清液用双层滤纸过滤,然后对滤后水进行分析,研究常规混凝沉淀、化学沉淀以及联用技术对镉的去除效果及影响因素。

浊度、p H和镉浓度分别采用HAC H2100P便携式浊度仪、MP220/225p H仪及原子吸收分光光度法测定,并以 生活饮用水卫生标准 (GB5749 2006)为出水水质评价标准。

2 结果与讨论

2 1 发生突发性镉污染时镉的存在形式

发生突发性镉污染时,镉在水体中的存在形式比较复杂。通过测定不同静置时间下的镉浓度来分析镉的存在形态,结果见表1。

由于蒸馏水中不含悬浮物,故对照水样中的镉全部以溶解态形式存在;而模拟源水中由于存在悬浮物,故镉以吸附态和溶解态两种形式存在。由于吸附在悬浮物胶体上的镉可以通过过滤去除,故模拟源水和对照水样的滤除率之差即为吸附态镉所占的比例。由表1可知,试验初期源水中含有较多的溶解态镉,吸附态镉仅占11.4%,随静置时间的延长,吸附态镉所占比例迅速增加,静置6h时达到29.5%,静置12h以上时吸附开始趋于平衡,此时吸附态镉所占比例为36.4%~38.6%,仍小于溶解态镉所占比例(>60%)。这说明发生突发性镉污染时,镉主要以溶解态形式存在,即采取应急处理时应主要去除溶解态镉。

表1 不同静置时间下镉的滤除率

T ab.1 R emova l rate of cad m i u m by filtra ti on at different

holdi ng ti m es

项 目模拟源水对照水样静置时间/h061224

滤后水中Cd/

(m g L-1)

0.0350.0270.0240.0230.040

滤除率/%20.538.5.547.79.1吸附态比例/%11.429.536.438.6

注: 模拟源水的温度为26 、浊度为107NTU、p H值为8.1、镉浓度为0.044m g/L。

2 2 常规混凝沉淀对镉的去除效果

混凝沉淀对镉的去除主要体现在两个方面:一是随浊度的去除则水中悬浮物胶体上的吸附态镉也被去除;二是絮体表面的大量羟基( OH)可吸附溶解态镉离子,并通过共沉淀作用将其去除。

试验结果表明:常规混凝沉淀对镉有一定的去除效果,但去除率随源水中镉浓度的增加而下降,在较高的镉浓度(>0.022m g/L)下,常规混凝沉淀法难以保证滤后水水质。由于滤后水的浊度均在0.3 NTU以下,滤后水几乎不含吸附态镉,镉主要以溶解态形式存在,这说明常规混凝沉淀对吸附态镉具有良好的去除效果,但对溶解态镉的去除效果有限,因而对溶解态镉的去除成为影响常规混凝沉淀工艺出水水质的关键。

试验结果还表明,当源水的镉浓度为0.044 m g/L时,随PAC投加量的增加(PAC投加量依次为10、20、30、40、50m g/L),对镉的去除率呈先上升后下降的趋势,PAC的最佳投量为20m g/L,此时对镉的去除率达到84.1%。

2 3 化学沉淀对镉的去除效果

化学沉淀法除镉是指向水中投加药剂使镉离子形成难溶性固体物质,通过固液分离将其去除,其中氢氧化物沉淀法是目前最常用的一种。氢氧化镉的溶度积为2.2 10-14,由此可计算出理论上保证镉含量<0.005m g/L时纯水溶液的p H值为10.8,但实际源水中由于含有其他共存物质会对化学沉淀效

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果产生干扰。

取一定浓度的含镉水样,加N a OH 分别调节pH

值至9、10、11,沉淀后用双层滤纸过滤,取滤后水测定镉浓度和浊度。结果表明:化学沉淀法对镉具有良好的去除效果,滤后水的镉浓度随pH 值的升高而迅速降低,调节p H 值至9时,滤后水的镉浓度为0.015m g /L ,当pH 值继续升高至11时,滤后水的镉浓度迅速下降至0.002m g /L,去除率达到95.5%;随着p H 值的升高,溶解态镉转换成氢氧化镉沉淀,生成较多的微小粒子,由于未投加混凝剂,这些粒子处于较为稳定的状态难以沉淀,致使滤后水的浊度较高。

2 4 化学沉淀与混凝联用对镉的去除效果

取一定浓度的含镉水样,调节其p H 值至9、10、11,混凝沉淀后用双层滤纸过滤,取滤后水测定镉浓度和浊度(PAC 投量分别为10、20m g /L),结果如图1

所示。

图1 不同pH 下对镉和浊度的去除效果F i g .1 R e m oval e ffect o f cadm i um and turbidity a t

d iff

e rent p H

由图1可知,联用技术对镉的去除效果更加明显,当PAC 投量为10m g /L 、模拟源水的p H 值为9

时,滤后水的镉浓度<0.005mg /L ,满足 生活饮用水卫生标准 (GB 5749 2006)的要求,此时滤后水的浊度为0.3NTU 左右;当P AC 投量增至20m g /L 时,滤后水的浊度<0.2NTU,对镉的去除效果也进一步提高(滤后水的镉浓度<0.001m g /L),对镉的去除率>97.7%。这是因为P AC 的混凝作用增加了颗粒浓度,其共沉淀效果强化了对吸附态镉和氢氧化镉微粒的去除。

在p H 值为10、PAC 投量为20mg /L 的条件下,

改变模拟源水中镉的浓度,化学沉淀与混凝联用技术的除镉效果见表2。

表2 联用技术对不同浓度镉的去除效果T ab .2 R e m oval e ffect o f cad m i um by co m bined process 项 目

源水中的Cd/

(m g L -1)

滤后水中的Cd /

(mg L -1)

去除率/%

数 值

0.132

<0.00199.60.1760.00199.40.2200.00498.20.2

0.006

97.7

由表2可知,化学沉淀与混凝联用技术对镉具有极佳的去除效果,在不同的镉浓度下,对镉的去除

率一直稳定在97.7%以上,可处理镉污染的最大浓度为0.220~0.2m g /L ,是常规混凝沉淀工艺最大处理浓度(0.022m g /L )的10倍。由此可知,在水体突发镉污染时,化学沉淀与混凝联用技术能发挥有效的应急处理作用。

3 结论

发生突发性镉污染时,镉主要以溶解态形式存在(所占比例>60%);常规混凝沉淀可有效去除吸附态镉,但对溶解态镉的去除效果有限;化学沉淀技术对镉有良好的去除效果,但会导致滤后水的浊度增加;化学沉淀与混凝联用技术可大大提高对镉的去除效果,当p H 值为10、P AC 投量为20m g /L 时,对镉的去除率>97.7%,最大可处理镉污染浓度为0.220~0.2m g /L 。

参考文献:

[1] 周克梅,陈卫,单国平,等.南京长江水源地污染预测

及应对措施研究[J].给水排水,2007,33(8):36-39.[2] 张自杰.废水处理理论与设计[M ].北京:中国建筑

工业出版社,2002.

[3] 张晓健.松花江和北江水污染事件中的城市供水应急

处理技术[J].给水排水,2006,32(6):6-12.[4] 崔福义.城市给水厂应对突发性水源水质污染技术措

施的思考[J].给水排水,2006,32(7):7-9.

电话:(0516)5839319E -ma il :ga l axy601@163.co m 收稿日期:2008-12-22

第25卷 第11期

中国给水排水

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