飲用水突發性銻微污染應急處理方法研究

劉麗儀，黃劍明，李慶云，謝茵茵，梁 勁

(佛山市水業集團有限公司，廣東佛山 528000)

0 前言

銻是對人體有害的環境污染物之一，濃度較低的銻就存在潛在毒性，其毒理性質及化學性質被認為與砷相似。銻對人體的危害途徑除了直接接觸和空氣吸入外，更主要的是飲用水，因此建立銻去除方案、預防銻污染是一項重要的工作[1-2］。

三氯化鐵極易溶于水，形成的礬花大而重、沉降性能好，適宜pH值范圍較寬，是常用的無機低分子混凝劑之一。水解后的鐵氧化物能強烈地吸附水中膠體顆粒，通過電性中和、吸附架橋和卷掃等作用促使顆粒脫穩，形成絮狀沉淀[3-4］。

本文從當前環境污染實際背景出發，研究飲用水源突發性銻微污染應急處理方法，選擇FeCl3為混凝劑，以北江段水源水為本底，考察不同投加量、pH值等對銻去除效果的影響[5-10］。同時，對混凝機理做簡要的分析。

1 實驗材料與儀器

1.1 材料

銻標準溶液:中國計量科學研究所，100 mg/L;氯化鐵、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等均為廣州化學試劑廠分析純試劑;六聯攪拌機(ZR4-6):深圳中潤;電感耦合等離子體發射質譜儀:美國瓦里安 Sigle Phase;精密酸度計:雷磁PHS-3B;納米粒度儀:Malvern Nano-ZS90。

1.2 實驗方法

取北江水源水，加入一定量的銻標準溶液，攪拌均勻，模擬污染試驗水樣。實驗在六聯攪拌機上進行，量取1 000 mL模擬原水，依次加入不同量的FeCl3，攪拌混凝，過程設定為:第一階段250 r/min，攪拌時間5 min;第二階段120 r/min，攪拌時間5 min;第三階段60 r/min，攪拌時間10 min。

測定樣品的粒度和Zeta電位，混凝攪拌結束1 min后取樣。

測定水樣的pH值及濁度，混凝攪拌結束后靜置30 min，在液面下2 cm處取樣。

測定水樣中金屬濃度，混凝攪拌結束后靜置30 min，在液面下2 cm處取樣，水樣經0.45 μm濾膜過濾后裝入10 mL離心管中，再加入一滴硝酸待測定。

2 結果與討論

2.1 FeCl3投加量對Sb去除率的影響

檢測各個樣品濾液中的Sb含量，計算銻去除率。由圖1可以看出，隨著FeCl3濃度增加，去除率先低后高略有波動，出現最佳濃度范圍0.15～0.2 mmol/L，FeCl3混凝除銻，Sb 含量為 45.9 μg/L，當FeCl3投加量為0.15 mmol/L時，Sb的去除率達到94.1%，當FeCl3投加量繼續增加，水中Sb的含量出現波動，通過重復試驗，證實出水Sb含量波動是隨機的，FeCl3混凝除銻效果波動較大。

圖1 FeCl3投加量對Sb去除率的影響

實驗表明，當原水含Sb45.9μg/L，pH值為7.56時，FeCl3的投加量為 0.15 ～0.2 mmol/L 時，Sb的去除率可以達到89%以上。出水中Sb的含量未超出飲用水限值5 μg/L。

2.2 FeCl3投加量對出水粒徑和Zeta電位的影響

由圖2看出，增加FeCl3的投加量，水中剩余的絮體的平均粒徑先增大后減小。由圖3可知，出水的Zeta電位隨著FeCl3投加量的增加而增大，當投加量由0.15 mmol/L增加到0.20 mmol/L時，Zeta電位由負值變成正值，FeCl3投加量大于 0.20 mmol/L后，Zeta電位為正值。與圖1比較可以看出，Zeta電位升高，銻的去除率隨之提高，變化同步。由此我們推斷，FC混凝除銻通過電性中和以及吸附聚集使顆粒尺寸增大，從而達到Sb的去除目的。

吳智君等[1］認為Fecl3去除Sb(Ⅲ)的機理可能不僅包括吸附，還包括共沉淀，Sb(Ⅲ)在三氯化鐵水解后的鐵氧化物納米晶體中的異晶置代，從而達到Sb的去除目的。

圖2 FeCl3投加量對出水粒徑尺寸的影響

圖3 FeCl3投加量對出水Zeta電位的影響

2.3 FeCl3投加量對出水其它水質指標的影響

由圖4～6可知，出水的濁度隨著FeCl3投加量增加而增大，原水濁度為1.01 NTU，當FeCl3投加量為0.2 mmol/L時，出水濁度為1.25 NTU。出水的pH值隨著FeCl3投加量增加而降低，出水中鐵的含量在不斷增大，FeCl3投加量＞0.2 mmol/L時，出水鐵含量迅速增大。

圖4 FeCl3投加量對出水濁度的影響

圖5 FeCl3投加量對出水pH值的影響

圖6 FeCl3投加量對Fe的影響

2.4 原水pH值對銻去除率的影響

考察在不同pH值的原水中，加入0.15 mmol/L FeCl3(圖8-11所示，實驗同)，對Sb去除率的影響及出水其它水質指標的影響。由圖7可見，Sb的去除率曲線呈三角狀，pH值為7時，去除率最高為93.1% 。

圖7 原水pH值對Sb去除率的影響

2.5 原水pH值對出水粒徑和Zeta電位的影響

由圖8得出，當pH值太低(pH值為5～6)或太高(pH值為9～10)水中絮體快速沉降后，剩余的顆粒粒徑比較大。pH值為7～8，出水的平均粒徑變化在806～826 nm。說明顆粒越小，比表面積越大，越利于Sb的吸附。由圖9可見，隨著pH值升高，Zeta電位降低。pH值為7～8，出水的Zeta電位接近零點電位，此時，去除率最高。

圖8 原水pH值對出水粒徑的影響

圖9 原水pH值對出水Zeta電位的影響

2.6原水pH值對出水其它水質指標的影響

由圖10和11可知，在pH值為5～6時，出水濁度較高(＞2.5 NTU)，此時Fe的含量也很高(＞5.0 mg/L)，當 pH值≥7，則水的濁度能保持≤1.5 NTU，而出水的Fe含量≤0.30 mg/L。

圖10 原水pH值對出水濁度的影響

圖11 原水pH值對出水鐵濃度的影響

試驗結果表明，在pH值范圍為7～10時，FeCl3對Sb去除率都可以達到93.1% ，此時出水的濁度為1.5 NTU，鐵含量在飲用水的限值范圍內。我們認為在這個過程中FeCl3通過電性中和、吸附作用達到對Sb的去除。

2.7 銻初始濃度對去除率的影響

原水的pH值為7，FeCl3投加量為0.2 mmol/L條件下，對原水Sb初始濃度為45～547 μg/L的水樣進行試驗，考察不同Sb初始濃度下對Sb去除率的影響。

圖12 Sb初始濃度對去除率的影響

由圖12可見，隨著Sb初始濃度的提高，去除率降低，由96.9%下降到70.3% 。當原水Sb含量為45.0 μg/L 時，處理后 Sb 含量 1.4 μg/L，Sb 含量低于限值，去除率96.9% 。當原水中Sb升高到84.1 μg/L時，出水含量為 5.2 μg/L，Sb 含量略高于限值，去除率93.8%。

3 小結

本實驗主要研究了FeCl3投加量、原水pH值以及Sb初始濃度對混凝銻(Ⅲ)去除效果的影響。主要結論如下:①對于偏弱堿性微污染飲用水源，加入不同量的FeCl3，去除率先低后高略有波動，出現一個最佳濃度范圍0.15～0.2 mmol/L，為保證混凝沉淀效果，我們認為，FeCl3最佳投加量為0.2 mmol/L。②pH值對FeCl3的去除率和出水其它水質指標影響很大，只有在中性的原水中加入FeCl3才能達到較好的去除效果。③隨著Sb初始濃度的提高，投入0.2 mmol/L FeCl3，去除率降低。④我們認為在這個過程中Fecl3通過電性中和、吸附作用達到對Sb的去除。

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