CN102145948A - 一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl+和/或Cd2+的水处理方法 - Google Patents

Abstract

一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，涉及含铊和/或镉的水源水的水处理方法。解决现有针对受铊和/或镉污染的水源水的水处理技术工艺复杂、运行成本高，并且铊和/或镉的去除效率低的问题。向含Tl⁺和/或Cd²⁺的水中投加高锰酸盐和硫代硫酸钠，搅拌得混合溶液，再加入混凝剂，再常规水处理即可。本发明利用高锰酸盐与硫代硫酸钠反应原位产生纳米二氧化锰，其比表面积大、电负性高、易于沉淀分离，能够有效吸附去除水中低浓度的Tl⁺和/或Cd²⁺，达到国家《生活饮用水卫生标准》规定。去除效率高、工艺简单、操作灵活方便、不改变水厂原有处理工艺及运行成本低优点，可用于水污染事件的应急处理。

Description

一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法

技术领域

本发明涉及一种含铊和/或镉的水源水的水处理方法，具体涉及采用原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法。

背景技术

铊是一种高度分散的稀有金属元素，广泛应用于化工、电子、医药、航天、高能物理和超导材料等行业，同时铊又是一种生理毒性很强的元素。由于含铊资源的不断开发利用，铊进入水环境的途径日益扩大。因此，铊成为水处理研究领域比较受关注的剧毒重金属元素之一。铊在自然界中主要以正一价形式存在，其毒性大于砷，可通过消化道、皮肤接触、漂尘烟雾的吸入进入人体，导致人体铊中毒。铊中毒会导致下肢麻木或疼痛、腰痛、脱发、失明、头痛、精神不振、肌肉痛、手足颤动、走路不稳等，甚至导致染色体畸变、干扰DNA的合成，严重的铊中毒可导致成为植物人。镉的毒性众所周知，可以通过食物链进行富集，镉中毒后，主要表现为肾机能障碍、骨质疏松和软化，使人感到终日疼痛不止。

近年来，我国水环境中铊、镉污染日益严重，如广东省北江流域铊(I)(Tl⁺)、镉(II)(Cd²⁺)污染，直接导致人的身体健康受到危害，严重威胁到公共卫生安全，产生较大的社会影响。因此，对于受重金属铊(I)、镉(II)污染的水源水进行应急处理显得尤为重要，开发高效、便宜、使用方便的应急处理技术已经迫在眉睫。

目前，对于受铊(I)污染的水源水，尚没有成熟的处理技术，单纯通过增加混凝剂的方法不能使铊达到《生活饮用水卫生标准》中规定的限制(0.1μg/L)；另外，利用石灰调节pH值的中和法不但操作繁琐，而且能耗和成本较高。对于受镉(II)污染的水源水，石灰中和法是一种使用较多的处理方法，但该方法需要在高pH下才能发挥明显效果，而且处理后还需要将pH调回至中性，药剂耗量大，处理成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，解决现有针对受铊和/或镉污染的水源水的水处理技术工艺复杂、运行成本高，并且铊和/或镉的去除效率低的问题，实现了铊和/或镉的有效去除，达到《生活饮用水卫生标准》，铊低于0.1μg/L，镉低于5μg/L。

本发明一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Tl⁺和/或Cd²⁺的水中投加高锰酸盐和硫代硫酸钠，然后以280～320转/分钟的速度搅拌反应1～10分钟，得混合溶液，其中投加的高锰酸根和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3，高锰酸盐的投加量为0.5～10mg/L；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Tl⁺和/或Cd²⁺。

本发明步骤一中投加的高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠。本发明在高锰酸盐的选择中，以不向水源水中引入其它的饮用水中限制的、有害的杂元素为准。

本发明步骤一的预处理中高锰酸盐与硫代硫酸钠的投加的摩尔比为8∶3，等当量反应为：

8MnO₄ ^-+3S₂O₃ ^2-+H₂O＝8MnO₂↓+6SO₄ ^2-+2HO^-

本发明利用高锰酸盐与硫代硫酸钠按等当量反应原位产生纳米二氧化锰吸附剂，此吸附剂具有比表面积大、电负性高、易于沉淀分离的特点，能够有效吸附去除水中低浓度的Tl⁺和/或Cd²⁺，能保证饮用水源中低浓度的铊(I)(Tl⁺)、镉(II)(Cd²⁺)在水厂出水时达到国家《生活饮用水卫生标准》中规定的限制(铊为0.1μg/L，镉为5μg/L)。该工艺具有去除效率高、工艺简单、操作灵活方便、不改变水厂原有处理工艺及运行成本低等优点，可用于水污染事件的应急处理。

本发明利用高锰酸钾与硫代硫酸钠按等当量反应原位产生纳米二氧化锰吸附剂的同时还会生产少量的氢氧根，更有利于二氧化锰对Tl⁺的吸附去除。

本发明对Tl⁺和/或Cd²⁺的去除效率达到90％以上。

附图说明

图1是具体实施方式六中Tl⁺的最终去除效果曲线图；图2是具体实施方式七中Cd²⁺的最终去除效果曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Tl⁺和/或Cd²⁺的水中投加高锰酸盐和硫代硫酸钠，然后以280～320转/分钟的速度搅拌反应1～10分钟，得混合溶液，其中投加的高锰酸根和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3，高锰酸盐的投加量为0.5～10mg/L，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Tl⁺和/或Cd²⁺。

本实施方式的步骤一中所述含Tl⁺和/或Cd²⁺的水是指含Tl⁺和/或Cd²⁺的饮用水源水。在高锰酸盐的选择以不向水源水中引入其它饮用水中限制的、有害的杂元素为准。

本实施方式利用等当量投加高锰酸钾和硫代硫酸钠反应原位产生纳米二氧化锰的比表面积大、电负性高、易于沉淀分离的特点吸附去除水中低浓度的Tl⁺和/或Cd²⁺，能保证饮用水源中低浓度的铊(I)(Tl⁺)、镉(II)(Cd²⁺)在水厂出水时达到国家《生活饮用水卫生标准》中规定的限制(铊为0.1μg/L，镉为5μg/L)，该工艺具有去除效率高、工艺简单、操作灵活方便、不改变水厂原有处理工艺及运行成本低等优点，可用于水污染事件的应急处理。

本实施方式利用高锰酸钾与硫代硫酸钠按等当量反应原位产生纳米二氧化锰吸附剂的同时还会生产少量的氢氧根，更有利于二氧化锰对Tl⁺的吸附去除。

本实施方式对Tl⁺和/或Cd²⁺的去除效率达到90％以上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中高锰酸盐的投加量为1～5mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中高锰酸盐的投加量为3mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤一中以300转/分钟的速度搅拌反应10分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁或者聚合氯化铁。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式为原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Tl⁺的水中投加高锰酸钾和硫代硫酸钠，然后以300转/分钟的速度搅拌反应10分钟，得混合溶液，其中投加的高锰酸钾和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3，高锰酸钾的投加量为3mg/L；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Tl⁺。

本实施方式步骤一中含Tl⁺的水中Tl⁺含量为1μg/L，投加的高锰酸钾和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3。

本实施方式中步骤二投加的混凝剂为硫酸铝。

本实施方式步骤一中搅拌反应时间与Tl⁺的最终去除效果的曲线图，如图1所示，由图1可见，对Tl⁺的去除效率达到98％，其中搅拌反应到1min时，Tl⁺的去除率就达到95％以上。

具体实施方式七：本实施方式为原位产生纳米二氧化锰吸附除Cd²⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Cd²⁺的水中投加高锰酸钾和硫代硫酸钠，然后以300转/分钟的速度搅拌反应10分钟，得混合溶液，其中投加的高锰酸钾和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3，高锰酸钾的投加量为3mg/L；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Cd²⁺。

本实施方式步骤一中含Cd²⁺的水中Cd²⁺含量为20μg/L，投加的高锰酸钾和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3。

本实施方式中步骤二投加的混凝剂为聚合硫酸铁。

本实施方式步骤一中搅拌反应时间与Cd²⁺的最终去除效果的曲线图，如图2所示，由图2可见，对Cd²⁺的去除效率达到96％，其中搅拌反应到1min时，Cd²⁺的去除率就达到90％以上。

具体实施方式八：本实施方式为原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和Cd²⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Tl⁺和Cd²⁺的水中投加等当量反应的高锰酸钾和硫代硫酸钠，然后以300转/分钟的速度搅拌反应10分钟，得混合溶液，其中高锰酸钾的投加量为10mg/L；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Tl⁺和Cd²⁺。

本实施方式步骤一中含Tl⁺和Cd²⁺的水中Tl⁺和Cd²⁺含量分别为1μg/L和20μg/L，投加的高锰酸钾和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3。

本实施方式中步骤二投加的混凝剂为聚合硫酸铝。

本实施方式对Tl⁺的去除效率达到96％，对Cd²⁺的去除效率达到95％，其中搅拌反应到1min时，Tl⁺和Cd²⁺的去除率均可以达到90％以上。

Claims (4)

1.一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，其特征在于一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法是通过以下步骤实现的：一、向含Tl⁺和/或Cd²⁺的水中投加高锰酸盐和硫代硫酸钠，然后以280～320转/分钟的速度搅拌反应1～10分钟，得混合溶液，其中投加的高锰酸根和硫代硫酸钠的摩尔比为8∶3，高锰酸盐的投加量为0.5～10mg/L，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠；二、向步骤一得到的混合溶液中投加混凝剂，然后依次经过常规水处理工艺的混凝、沉淀、过滤后即可去除水中Tl⁺和/或Cd²⁺。

2.根据权利要求1所述的一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，其特征在于步骤一中高锰酸盐的投加量为1～5mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，其特征在于步骤一中高锰酸盐的投加量为3mg/L。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种原位产生纳米二氧化锰吸附除Tl⁺和/或Cd²⁺的水处理方法，其特征在于步骤一中以300转/分钟的速度搅拌反应10分钟。

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