CN112897752A - 生活饮用水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种生活饮用水的处理方法。所述生活饮用水的处理方法，先向待处理的生活饮用水中加入硫化物和含铁化合物，再加入氧化剂；所述生活饮用水中的重金属为选自汞、铊、镉、铅中的一种或几种；所述汞的浓度为0.001～0.1mg/L；所述铊的浓度为0.0001～0.01mg/L；所述镉的浓度为0.005～0.5mg/L；所述铅的浓度为0.01～0.5mg/L。本发明提供的生活饮用水的处理方法，通过向其中加入硫化物和含铁化合物，形成重金属‑铁‑硫化物协同反应体系，可显著提高生活饮用水中重金属的去除率，可达90～95％。

Description

生活饮用水的处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种生活饮用水的处理方法。
背景技术
随着社会经济的发展，水体环境污染尤其是重金属污染不断加剧，愈来愈威胁到人们的生活饮用水源和生活饮用水的健康安全。传统的生活饮用水处理工艺，主要包括混凝-过滤-消毒-活性炭吸附等工艺；其中，混凝和过滤的工艺主要是针对生活饮用水源中悬浮颗粒物的去除，消毒工艺是针对病毒、细菌等微生物病原体的去除，活性炭吸附是专为天然水体中有机污染物尤其是疏水性有机污染的去除而开发设计，可见，上述水处理工艺对重金属(尤其是汞、铊、镉、铅)的去除不具备选择性和专一性。现有的生活饮用水处理工艺、以及所涉及的饮用水处理材料和处理药剂，都没有针对生活饮用水中重金属的去除。也就是说，按照现有饮用水处理工艺流程，不能有效去除生活饮用水源中超标的重金属。面对日渐加重和日益普遍的饮用水重金属超标问题，急需开发出简单、廉价、高效、健康、安全的生活饮用水处理新工艺，来针对性的去除饮用水源中的超标重金属。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明提出了一种生活饮用水的处理方法，该方法可显著去除生活饮用水中的重金属。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种生活饮用水的处理方法，先向待处理的生活饮用水中加入硫化物和含铁化合物，再加入氧化剂；
所述生活饮用水中的重金属为选自汞、铊、镉、铅中的一种或几种；所述汞的浓度为0.001～0.1mg/L；所述铊的浓度为0.0001～0.01mg/L；所述镉的浓度为0.005～0.5mg/L；所述铅的浓度为0.01～0.5mg/L。
作为已知技术，向重金属浓度较高的废水中加入与重金属摩尔数相当的硫化物，即能够形成重金属-硫化物沉淀，进而有效去除废水中的重金属。然而，与上述高浓度重金属污染废水采用硫化沉淀处理方法不同，被重金属污染的生活饮用水中的重金属尽管超标，但重金属的真实浓度仍然处于痕量水平；也就是说，即使施以相比于超标重金属高达几个数量级(101～104倍)的硫化物，重金属与硫化物的单一直接接触和反应，并不能产生有效沉淀进而去除其中的痕量重金属。
而本发明首次实现了生活饮用水中痕量重金属的去除，并进一步确认了所得处理方法对重金属的突出去除效果。
具体而言，本发明以硫化物(S)和含铁化合物(Fe)与生活饮用水中的痕量重金属(M)发生协同反应，通过形成FexM1-xS(0<X<1)、Fe2S3或FeS、Fe(OH)3之间的多相混合物，相互桥连、包埋和沉淀，使重金属得以高效去除。
进一步地，当上述重金属为选自汞(浓度为0.001～0.1mg/L)、铊(0.0001～0.01mg/L)、镉(0.005～0.5mg/L)、铅(0.01～0.5mg/L)中的一种或几种时，重金属-铁-硫化物才能够发生协同反应，进而形成上述多相混合物，最终实现了生活饮用水中痕量重金属的去除。
本发明中，只要生活饮用水中的重金属种类及含量在上述范围内，即可实现本发明的技术效果，对所述生活饮用水不做限制；如地下水、天然地表河水、湖水或水库水均可。
作为优选，所述生活饮用水的处理方法，包括：
步骤(1)：向待处理的生活饮用水中加入硫化物和含铁化合物；硫化物和含铁化合物与生活饮用水中的重金属进行协同反应；
步骤(2)：待所述协同反应完毕后，加入絮凝剂，在pH为6.5～8.5的条件下进行混凝沉淀，上清液经过滤后，再加入氧化剂。
在上述技术方案中，过量的硫化物和含铁化合物，与生活饮用水中的重金属发生协同反应，原位形成的Fe2S3或FeS具有极高的表面活性，对重金属具有极好的吸附能力，同时还可以通过铁硫化合物的表面铁(Fe)与重金属(M)的表面置换来去除重金属。
此外，投加的含铁化合物或者其水解生成的副产物(水合氧化铁)在协同反应过程中能够捕获溶解性的硫化物，使得绝大部分的硫化物都不会溶出或者挥发到大气中产生有毒气体，有效避免了硫化物的引入所导致的环境安全与健康风险的问题。
如此，重金属与硫化物和含铁化合物相辅相成、协同发挥作用，从而有效去除生活饮用水中的痕量重金属。
为了进一步提高生活饮用水中的重金属去除率，本发明对上述处理方法进行了优化(将所有优选方案进行组合，即可得到本发明的最佳实施方式)，具体如下：
作为优选，所述硫化物为选自硫化钠、硫氢化钠、硫化钙、硫化亚铁中的一种或几种；优选为硫化钠。
进一步地，所述硫化物的加入量为0.02～2.0mg S/L。
作为优选，所述含铁化合物为选自氢氧化铁、氢氧化亚铁、水合氧化铁、羟基氧化铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁中的一种或几种；优选为水合氧化铁、硫酸亚铁、硫酸铁中的一种。
进一步地，所述含铁化合物的加入量为0.5～50mg Fe/L。
针对本发明的协同反应体系，与之相适配的硫化物为硫化钠、硫氢化钠、硫化钙、硫化亚铁中的一种或几种，尤其适配的为硫化钠；与之相适配的含铁化合物为选自氢氧化铁、氢氧化亚铁、水合氧化铁、羟基氧化铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁中的一种或几种，尤其适配的为氧化铁、硫酸亚铁或硫酸铁；而当硫化物的加入量为0.02～2.0mg S/L、含铁化合物的加入量为0.5～50mg Fe/L时，二者与生活饮用水中的重金属能够更好地发生协同反应。
作为优选，所述氧化剂为选自次氯酸钠、二氧化氯、氯、氯胺、高锰酸钾、臭氧、双氧水中的一种或几种；优选为次氯酸钠。
进一步地，所述氧化剂的加入量为0.5～5.0mg/L。
针对本发明的协同反应体系，选用次氯酸钠为氧化剂、并当其加入量为0.5～5.0mg/L时，可有效去除残余的硫化物，最终得到净水。
作为优选，所述絮凝剂为选自聚合硫酸铁、聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁中的一种或几种；所述絮凝剂的加入量为5～100mg/L。
针对本发明的协同反应体系，与之相适配的絮凝剂优选为聚合硫酸铁，该絮凝剂能够加快活性物质沉淀，以保障重金属的高去除率。
作为优选，所述协同反应的时间为5～30min。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种生活饮用水的处理方法，通过向其中加入硫化物和含铁化合物，形成重金属-铁-硫化物协同反应体系，可显著提高生活饮用水中重金属的去除率，可达90～95％。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种生活饮用水的处理方法，具体如下：
待处理的生活饮用水：某地生活饮用水；其中，汞浓度为4.5μg/L，pH为6.8。
向10L上述待处理的生活饮用水中加入目标浓度为0.4mg S/L的硫化钠、2.0mgFe/L的无定型水合氧化铁，在100rpm下搅拌5～30min。再加入目标浓度为10mg/L的聚合硫酸铁，并用氢氧化钠调节体系pH为6.5～7.5，混凝沉淀后上清液经砂滤，再加入目标浓度为2mg/L的次氯酸钠，去除残余的硫化物。
测定水中的残余汞浓度为0.21μg/L，低于国家生活饮用水汞卫生标准的限值浓度1.0μg/L；水中残余硫化物的浓度低于0.02mg/L；出水的其他各项水质都符合饮用水卫生标准。
实施例2
本实施例提供一种生活饮用水的处理方法，具体如下：
待处理的生活饮用水：某地生活饮用水；其中，铊浓度为0.30μg/L，pH为6.6。
向10L上述待处理的生活饮用水中加入目标浓度为0.4mg S/L的硫化钠、0.7mgFe/L的硫酸亚铁，在100rpm下搅拌5～30min。再加入目标浓度为15mg/L的聚合硫酸铁，并调节体系pH为8.0～8.5，混凝沉淀后上清液经砂滤，再加入目标浓度为2mg/L的次氯酸钠，去除残余的硫化物。
测定水中的残余铊浓度为0.032μg/L，低于国家生活饮用水铊卫生标准的限值浓度0.1μg/L；水中残余硫化物的浓度低于0.02mg/L；出水的其他各项水质都符合饮用水卫生标准。
实施例3
本实施例提供一种生活饮用水的处理方法，具体如下：
待处理的生活饮用水：取北京某地的地下水，并向其中加入镉、铅重金属模拟镉、铅超标的生活饮用水；其中，镉浓度为20μg/L，铅浓度为30μg/L，pH为7.5。
向10L上述待处理的生活饮用水中加入目标浓度为0.4mg S/L的硫化钠、1.0mgFe/L的硫酸铁，在100rpm下搅拌5～30min。再加入目标浓度为15mg/L的聚合硫酸铁，并调节体系pH为8.0～8.5，混凝沉淀后上清液经砂滤，再加入目标浓度为2mg/L的次氯酸钠，去除残余的硫化物。
测定水中的残余镉浓度为1.6μg/L，低于国家生活饮用水镉卫生标准的限值浓度5.0μg/L；水中残余铅浓度为2.6μg/L，低于国家生活饮用水铅卫生标准的限值浓度10μg/L；水中残余硫化物的浓度低于0.02mg/L；出水的其他各项水质都符合饮用水卫生标准。
实施例4
本实施例提供一种生活饮用水的处理方法，具体如下：
待处理的生活饮用水：取北京某地的地下水，并向其中加入汞、铊、镉、铅重金属模拟汞、铊、镉、铅超标的生活饮用水；其中，汞浓度为10μg/L，铊浓度为1.0μg/L，镉浓度为50μg/L，铅浓度为50μg/L，pH为8.0。
向10L上述待处理的生活饮用水中加入目标浓度为1.0mg S/L的硫化钠、3.0mgFe/L的硫酸铁，在100rpm下搅拌5～30min。再加入目标浓度为15mg/L的聚合硫酸铁，并调节体系pH为8.0～8.5，混凝沉淀后上清液经砂滤，再加入目标浓度为2mg/L的次氯酸钠，去除残余的硫化物。
测定水中的残余汞浓度为0.46μg/L，低于国家生活饮用水汞卫生标准的限值浓度1.0μg/L；水中残余铊浓度为0.051μg/L，低于国家生活饮用水铊卫生标准的限值浓度0.1μg/L；水中残余镉浓度为1.9μg/L，低于国家生活饮用水镉卫生标准的限值浓度5μg/L；水中残余铅浓度为3.7μg/L，低于国家生活饮用水铅卫生标准的限值浓度10μg/L。水中残余硫化物的浓度低于0.02mg/L；出水的其他各项水质都符合饮用水卫生标准。
对比例1
本对比例提供一种生活饮用水的处理方法，与实施例4的区别仅在于：采用常规的生活饮用水处理方式，即采用铁盐或铝盐混凝-过滤-消毒工艺。
测定处理后的水中残余汞浓度为9.2μg/L、残余铊浓度为0.94μg/L、残余镉浓度为43μg/L、残余铅浓度为41μg/L，即该处理工艺无法有效去除生活饮用水中的重金属。
对比例2
本对比例提供一种生活饮用水的处理方法，与实施例4的区别仅在于：采用活性炭吸附工艺。
测定处理后的水中残余汞浓度为8.3μg/L、残余铊浓度为0.84μg/L、残余镉浓度为38μg/L、残余铅浓度为41μg/L，即该处理工艺仅能够去除生活饮用水中10～30％的重金属。
对比例3
本对比例提供一种生活饮用水的处理方法，与实施例4的区别仅在于：将3.0mgFe/L硫酸铁替换为3.0mg Al/L氢氧化铝，将15mg/L的聚合硫酸铁替换为15mg/L的聚合氯化铝。
测定水中的残余汞浓度为5.1μg/L，高出国家生活饮用水汞卫生标准的限值浓度1.0μg/L的5倍多；水中残余铊浓度为0.42μg/L，高出国家生活饮用水铊卫生标准的限值浓度0.1μg/L的4倍多；水中残余镉浓度为16μg/L，高出国家生活饮用水镉卫生标准的限值浓度5μg/L的3倍多；水中残余铅浓度为21μg/L，高出国家生活饮用水铅卫生标准的限值浓度10μg/L的2倍多。
由此可见，含铝化合物(如氢氧化铝等)与重金属、硫化物三者之间不具备本发明所述的协同效应和协同机制，无法高效去除生活饮用水中的痕量汞、铊、镉、铅。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种生活饮用水的处理方法，其特征在于，先向待处理的生活饮用水中加入硫化物和含铁化合物，再加入氧化剂；
所述生活饮用水中的重金属为选自汞、铊、镉、铅中的一种或几种；所述汞的浓度为0.001～0.1mg/L；所述铊的浓度为0.0001～0.01mg/L；所述镉的浓度为0.005～0.5mg/L；所述铅的浓度为0.01～0.5mg/L。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：向待处理的生活饮用水中加入硫化物和含铁化合物；硫化物和含铁化合物与生活饮用水中的重金属进行协同反应；
步骤(2)：待所述协同反应完毕后，加入絮凝剂，在pH为6.5～8.5的条件下进行混凝沉淀，上清液经过滤后，再加入氧化剂。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述硫化物为选自硫化钠、硫氢化钠、硫化钙、硫化亚铁中的一种或几种；优选为硫化钠。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述硫化物的加入量为0.02～2.0mgS/L。
5.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述含铁化合物为选自氢氧化铁、氢氧化亚铁、水合氧化铁、羟基氧化铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁中的一种或几种；优选为水合氧化铁、硫酸亚铁、硫酸铁中的一种。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述含铁化合物的加入量为0.5～50mg Fe/L。
7.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述氧化剂为选自次氯酸钠、二氧化氯、氯、氯胺、高锰酸钾、臭氧、双氧水中的一种或几种；优选为次氯酸钠。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述氧化剂的加入量为0.5～5.0mg/L。
9.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述絮凝剂为选自聚合硫酸铁、聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁中的一种或几种；所述絮凝剂的加入量为5～100mg/L。
10.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述协同反应的时间为5～30min。
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