CN102320700A - 一种去除饮用水源水中铊污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种去除饮用水源水中铊污染的方法，包括以下步骤：a、调pH值，当铊污染浓度不高于1μg/L时，调pH值至9.0~9.5；当铊污染浓度在1μg/L-5μg/L时，调pH值至9.5~10.0；b、预氧化，采用高锰酸钾为铊的预氧化剂，使Tl+转化为Tl3+，加入1.5-2.5mg/L高锰酸钾，氧化时间20-40min；c、混凝沉淀，加聚合氯化铝，使Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，过滤即可除去水源水中的铊。本发明调节水源水pH值至合适的碱性范围，能促进Tl+向Tl3+转化，铊去除率明显提高；只需要在给水处理工艺前端投加氧化剂，基建投资省，无需增加特殊设备和构筑物。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种去除饮用水源水中铊污染的方法。
背景技术
铊是一种剧毒元素，其毒性大于汞、镉、铅等重金属，仅次于甲基汞。铊进入水环境后，可通过饮用水和食物链进入人体，进入血液后分布于全身的组织器官，易透过血脑屏障，出现铊急性中毒或慢性中毒症状，对人体健康造成较大危害。铊及其化合物已被列入水体优先控制污染物黑名单和我国地表水环境质量标准（GB3838-2002）和生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）的监测指标体系，其地表水和饮用水水质标准限值均为0.1μg/L 。近年来由于含铊矿产资源及其开发利用过程中的尾矿淋漓、酸性矿山废水的排放、金属冶炼厂、燃煤发电厂和水泥厂的烟尘沉降等，金属铊易随之进入饮用水源水中，严重威胁饮用水安全，如2010年10月我国广东省北江中上游河段之铊超标事件，系韶关冶炼厂排污所致。
目前关于饮用水中铊污染的防治方法尚不多见。美国环保署（EPA）推荐了活性铝净化法和离子交换法，但成本过高，且不适用于我国自来水厂实际生产工艺。
国内关于自来水厂应对铊污染的文献报道仅一篇，陆少鸣等研究表明，柱状颗粒活性炭连续运行3h，对铊的去除率在89%左右。但柱状颗粒活性炭法只能推广应用至具有臭氧-活性炭深度处理工艺的自来水厂，我国绝大部分自来水水厂都不具有臭氧-活性炭深度处理工艺，短期内也难以完成深度处理工艺改造，一旦发生铊污染，这些水厂无法采用该方法来去除铊。因此，研究可有效应用于常规工艺自来水厂的铊污染去除方法，成为饮用水源水处理领域亟待解决的问题。
其中，粉末活性炭吸附法无需增加特殊设备和构筑物，也适合于我国现有常规给水处理工艺的改造，目前已在国内许多自来水厂得以应用。但粉末活性炭投加量40mg/L，铊初始浓度0.2μg/L、0.5μg/L条件下，铊的去除率仅15~19%，故粉末活性炭对铊无明显去除效果，不适用于饮用水源水铊污染的去除。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种能有效去除饮用水源水中铊污染的方法。
本发明是通过以下技术来实现的。
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，调节饮用水源水pH值至碱性范围，当饮用水源水铊污染浓度不高于1μg/L时，调节pH值至9.0~9.5；当饮用水源水铊污染浓度在1μg/L-5μg/L之间时，调节pH值至9.5~10.0；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入1.5-2.5mg/L的高锰酸钾，氧化时间20-40min，由于Tl+转化为Tl3+的氧化反应速率较缓慢，增大高锰酸钾投加量，其氧化反应速率随之提高，在相同的氧化时间内对铊的氧化反应进行得更充分，更有助于铊的去除，但滤后残余锰浓度也会随之升高。因此，应控制高锰酸钾投加量在合适范围，既保证铊污染的有效去除，同时也保证滤后水残余锰浓度在其饮用水水质标准限值（下简称“标准限值”）范围内；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加聚合氯化铝，使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，过滤即可除去饮用水源水中的铊。
其中，所述步骤a中使用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值。
其中，所述步骤b中高锰酸钾加入量为2.0 mg/L，氧化时间为30min。
其中，所述步骤c中聚合氯化铝的加入量为2-3mg/L。聚合氯化铝投加量需控制在合适范围内，不宜过高，否则铊的去除率反而会降低，滤后水的浊度也随之增大。
优选的，所述步骤c中聚合氯化铝的加入量为2.4mg/L（以Al2O3计）。
其中，所述步骤c中过滤采用砂滤工艺。
优选的，所述步骤c之后还包括步骤d：如果步骤a中调节pH值≥9.5，使用pH回调装置回调饮用水源水pH值；如果步骤a中调节pH值＜9.5，不回调饮用水源水pH值。
本发明的有益效果为：
（1）本发明采用高锰酸钾作为Tl+的预氧化剂，Tl+在中性pH条件下难以氧化为Tl3+，而酸性条件下，虽然高锰酸钾的氧化性通常会增强，但这一规律并不适用于Tl+的氧化，酸性氧化条件无法促进Tl+向Tl3+转化，本发明调节饮用水源水pH值至碱性范围，则能促进Tl+向Tl3+转化，铊的去除率明显提高。
（2）铊有Tl+和Tl3+两种价态，在天然水体中主要以Tl+形式存在。铊的一价化合物稳定性很高，不易沉淀，而铊的三价化合物不稳定，易形成难溶解的氢氧化铊沉淀，其溶度积 KSP为6.3×10-46。因此，采取有效的预氧化方法，将Tl+氧化成Tl3+，形成的氢氧化铊沉淀通过后续混凝沉淀和砂滤工艺，可达到有效去除铊污染的目的。
（3）对铊进行预氧化，只需要在给水处理工艺前端投加氧化剂高锰酸钾，节省基建投资，无需增加特殊设备和构筑物，应用灵活，适于我国现有常规给水处理工艺的改造。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。
实施例1
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度0.32μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.0；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.0 mg/L的高锰酸钾，氧化时间30min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2.4 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例氧化反应pH值在9.0~9.5，混凝沉淀后水体pH值在7.7~8.6，在水厂实际生产中，由于砂滤工艺中砂滤池的硝化作用，砂滤后的水体pH值会比砂滤前再下降0.3 ~0.4，故砂滤工艺后无需再回调水体pH值，砂滤后水体pH值呈弱碱性，也有利于减少对输水管网的腐蚀。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.06μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为81.2%；滤后锰浓度为53.59μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例2
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度0.41μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.2；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入1.5 mg/L的高锰酸钾，氧化时间40min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例氧化反应pH值在9.0~9.5，混凝沉淀后水体pH值在7.7~8.6，在水厂实际生产中，由于砂滤工艺中砂滤池的硝化作用，砂滤后的水体pH值会比砂滤前再下降0.3 ~0.4，故砂滤工艺后无需再回调水体pH值，砂滤后水体pH值呈弱碱性，也有利于减少对输水管网的腐蚀。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.06μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为85.4%；滤后锰浓度为23.92μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例3
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度0.52μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.2；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.5 mg/L的高锰酸钾，氧化时间20min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例氧化反应pH值在9.0~9.5，混凝沉淀后水体pH值在7.7~8.6，在水厂实际生产中，由于砂滤工艺中砂滤池的硝化作用，砂滤后的水体pH值会比砂滤前再下降0.3 ~0.4，故砂滤工艺后无需再回调水体pH值，砂滤后水体pH值呈弱碱性，也有利于减少对输水管网的腐蚀。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.06μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为88.5%；滤后锰浓度为78.41μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例4
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染0.84μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.4；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.2mg/L的高锰酸钾，氧化时间25min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2.5 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例氧化反应pH值在9.0~9.5，混凝沉淀后水体pH值在7.7~8.6，在水厂实际生产中，由于砂滤工艺中砂滤池的硝化作用，砂滤后的水体pH值会比砂滤前再下降0.3 ~0.4，故砂滤工艺后无需再回调水体pH值，砂滤后水体pH值呈弱碱性，也有利于减少对输水管网的腐蚀。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.05μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为94.0%；滤后锰浓度为66.70μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例5
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度为1.04μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.5；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.0 mg/L的高锰酸钾，氧化时间30min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2.4 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例步骤a中氧化反应pH值为9.5，在砂滤工艺后增设pH回调装置，适当回调水体pH，以保证出厂水pH值符合其饮用水水质标准。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.07μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为93.3%；滤后锰浓度为49.80μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例6
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度3.95μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至9.8；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.0mg/L的高锰酸钾，氧化时间30min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加3 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例步骤a中氧化反应pH值≥9.5，在砂滤工艺后增设pH回调装置，适当回调水体pH，以保证出厂水pH值符合其饮用水水质标准。
本实施例铊的去除率，经检测砂滤后铊浓度均降至其标准限值以下，滤后锰浓度也均未超出其标准限值。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.04μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为99.0%；滤后锰浓度为48.90μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
实施例7
一种去除饮用水源水中铊污染的方法，它包括以下步骤：
a、调PH值，经常规检测饮用水源水铊污染浓度5.00μg/L，用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值至10.0；
b、预氧化，采用高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入2.0 mg/L的高锰酸钾，氧化时间30min；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加2.4 mg/L聚合氯化铝（以Al2O3计），使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，采用砂滤工艺过滤即可除去饮用水源水中的铊。
本实施例步骤a中氧化反应pH值≥9.5，在砂滤工艺后增设pH回调装置，适当回调水体pH，以保证出厂水pH值符合其饮用水水质标准。
本实施例砂滤后铊浓度均降至0.05μg/L，在标准限值0.1μg/L以下，铊的去除率为99.0%；滤后锰浓度为47.65μg/L，未超出其标准限值100ug/L。
以上所述实施方式，只是本发明的较佳实施方式，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a、调PH值，调节饮用水源水pH值至碱性范围，当饮用水源水铊污染浓度不高于1μg/L时，调节pH值至9.0~9.5；当饮用水源水铊污染浓度在1μg/L-5μg/L之间时，调节pH值至9.5~10.0；
b、预氧化，向经过步骤a调PH值后的饮用水源水中加入1.5-2.5mg/L的高锰酸钾，氧化时间20-40min，高锰酸钾作为铊的预氧化剂，对铊进行预氧化处理，使Tl+ 转化为Tl3+；
c、混凝沉淀，向经步骤b预氧化后的饮用水源水中添加聚合氯化铝，使饮用水源水中的Tl3+形成Tl(OH)3沉淀，过滤即可除去饮用水源水中的铊。
2.根据权利要求1所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤a中使用氢氧化钠溶液调节饮用水源水pH值。
3.根据权利要求1所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤b中高锰酸钾加入量为2.0 mg/L，氧化时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤c中聚合氯化铝的加入量为2-3mg/L。
5.根据权利要求4所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤c中聚合氯化铝的加入量为2.4mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤c中过滤采用砂滤工艺。
7.根据权利要求6所述的一种去除饮用水源水中铊污染的方法，其特征在于：所述步骤c之后还包括步骤d：如果步骤a中调节pH值≥9.5，使用pH回调装置回调饮用水源水pH值；如果步骤a中调节pH值＜9.5，不回调饮用水源水pH值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TSINGHUA UNIVERSITY Effective date: 20120131 |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Xiaojian Inventor after: Yu Suhua Inventor after: Sheng Deyang Inventor after: Chen Chao Inventor after: Lin Pengfei Inventor after: Chao Meng Inventor after: Hu Xiaofang Inventor after: Xu Huan Inventor after: Chen Yiqiu Inventor after: Chen Ming Inventor before: Sheng Deyang Inventor before: Chao Meng Inventor before: Hu Xiaofang Inventor before: Xu Huan Inventor before: Chen Yiqiu Inventor before: Chen Ming Inventor before: Yu Suhua |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SHENG DEYANG CHAO MENG HU XIAOFANG XU HUAN CHEN YIQIU CHEN MING YU SUHUA TO: ZHANG XIAOJIAN SHENG DEYANG CHEN CHAO LIN PENGFEI CHAO MENG HU XIAOFANG XU HUAN CHEN YIQIU CHEN MING YU SUHUA |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120131 Address after: 523112 Dongguan Dongjiang Water Co., Ltd., Dongcheng 269, Dongcheng, Guangdong, Xueyuan Road, Dongguan Applicant after: Dongguan Dongjiang Shuiwu Co., Ltd. Co-applicant after: Tsinghua University Address before: 523112 Dongguan Dongjiang Water Co., Ltd., Dongcheng 269, Dongcheng, Guangdong, Xueyuan Road, Dongguan Applicant before: Dongguan Dongjiang Shuiwu Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |