CN117534267B - 一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，包括以下步骤：S1、对含有高氯酸盐的原水使用离子色谱确定其浓度，调节pH；S2、向原水中加入一定浓度的新生态二氧化锰溶液和活性炭溶液，搅拌；S3、停止搅拌后静置30～60min，絮凝沉淀或沉淀过程完成，取上清液测其高氯酸盐含量，计算高氯酸盐的去除率。本发明创造性的使用了新生态二氧化锰与活性炭结合使用，通过新生态二氧化锰改变活性炭的性质，大大提升对于高氯酸盐的吸附去除效果。且本发明工艺技术简单，在原本净水工艺中直接投加使用，无需大规模改动，具有成本低廉、简便快速、可节省大量人力、物力和财力等特点。
Description
技术领域
本发明属于水质检测处理领域，特别涉及一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法。
背景技术
高氯酸盐是一种具有持久性、高度扩散性的水溶性阴离子。近年来，高氯酸盐在大量地下水和地表水中均被检测到，已经引起全世界范围内的高度重视。由于高氯酸盐摄入人体后会导致甲状腺激素的分泌不足，进而抑制人体正常的新陈代谢和生长发育，已将其列入饮用水卫生标准，所以控制饮用水中高氯酸盐浓度至关重要。
饮用水常规处理工艺主要为絮凝、沉淀、过滤、消毒等，吸附剂采用活性炭吸附等，但上述方法对高氯酸盐几乎无去除效果。目前，虽然已研究出一些高氯酸盐处理技术如离子交换技术、膜过滤技术、化学还原法、生物方法，但这些技术运用复杂，成本高昂，无法于实际水厂运用。
活性炭是广泛使用的吸附剂，是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳，其具有丰富的孔隙结构，易于吸附非极性或极性很低的吸附质，但它对极性的高氯酸盐无明显去除效果，其在弱酸性性条件下电性虽表现为正电，但其静电吸附能力较弱，而水又是静电吸附最为强大的竞争对手，致使其无法有效对高氯酸盐离子吸附去除。
新生态二氧化锰是一种水处理中常见的颗粒氧化物，具有显著的强化过滤作用且有很强的吸附作用，能在水中迅速形成较大分子聚合物。但其电性一般为负，不能与高氯酸盐产生静电吸引，且会具有静电排斥，其主要的吸附原理为表面络合，但由于高氯酸盐具有极强的疏水性和本身所带的负电荷，所以极难被新生态二氧化锰吸附。
鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种工艺简单、成本低廉、高效的饮用水高氯酸盐的强化去除方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，包括以下步骤：
S1、对含有高氯酸盐的原水使用离子色谱确定其浓度，调节pH，原水中高氯酸盐的浓度为300μg/L；
S2、向原水中加入一定浓度的新生态二氧化锰溶液和活性炭溶液，搅拌；
S3、停止搅拌后静置30～60min，絮凝沉淀或沉淀过程完成，取上清液测其高氯酸盐含量，计算高氯酸盐的去除率。
优选的，所述pH值调节至2~6，进一步优选为5。
优选的，所述新生态二氧化锰溶液的浓度为50~100mg/L，所述活性炭的浓度为50~100 mg/L。
优选的，所述活性炭和二氧化锰的质量比为1~5：5~1，进一步优选为1：1，此时吸附率与投加浓度的性价比最高。
优选的，所述二氧化锰、活性炭与原水的质量体积之比为15mg：15mg：300mL。
优选的，所述搅拌时间为2~6h，进一步优选为2h。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明创造性的使用了新生态二氧化锰与活性炭联合使用，通过新生态二氧化锰改变活性炭的性质，大大提升对于高氯酸盐的吸附去除效果。且本发明工艺技术简单，且所使用材料均具有涉水许可，在原本净水工艺中直接投加使用，无需大规模改动，具有成本低廉、简便快速、可节省大量人力、物力和财力等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为新生态二氧化锰的SEM图；
图2为活性炭的SEM图；
图3为新生态二氧化锰+活性炭混合后的SEM图；
图4为不同投加物质（活性炭、新生态二氧化锰、新生态二氧化锰+活性炭）对高氯酸盐去除率的影响结果图；
图5为新生态二氧化锰的浓度对高氯酸盐去除率的影响结果图；
图6为搅拌时间对高氯酸盐去除率的影响结果图；
图7为pH对高氯酸盐去除率的影响结果图；
图8为搅拌转速对高氯酸盐去除率影响结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一、原料准备：
（1）制备新生态二氧化锰：可以按照下述两种方式中的任一种制备新生态二氧化锰，具体涉及的化学反应方程式如下：
（2）将制备的新生态二氧化锰溶于水中配成10 g/L的原始新生态二氧化锰母液，备用；将活性炭溶于水中配制浓度为10 g/L的原始活性炭母液，备用；
按照水厂实际运行时的流量和两种药剂（新生态二氧化锰和活性炭）母液的浓度，计算投药泵运行所需的流量，投药泵连接二氧化锰、活性炭母液和絮凝池，调节泵按照特定的流量运行，保证母液均匀进入絮凝池，达到所需要投加的药剂浓度。这里计算得到活性炭所需的浓度为50mg/L，新生态二氧化锰的浓度为50mg/L。经搅拌，使活性炭、新生态二氧化锰和原水中的高氯酸盐（离子）充分接触，形成稳定的结构，经絮凝、沉淀、过滤，从而达到对高氯酸盐吸附去除的目的。
（3）使用原始新生态二氧化锰母液和活性炭母液分别配制浓度为50mg/L的新生态二氧化锰溶液和活性炭溶液，备用；
针对原水中300μg/L高氯酸盐的去除：
首先，将含有高氯酸盐(300μg/L)的原水溶液（为湘江原水配置）300mL倒入1L烧杯中，调节原水溶液的pH至5.0；
其次，向原水溶液体系中同时添加浓度为50mg/L新生态二氧化锰溶液和活性炭溶液，打开磁力搅拌器，设置转速为350rpm，持续搅拌20min，待絮凝沉淀，停止搅拌静置45min，完成沉淀过程，取上清液测其高氯酸盐含量，计算高氯酸盐的去除率。
对比图1、图2和图3可知，新生态二氧化锰和活性炭的复合是两者通过静电作用相互吸引聚集络合。
（a）不同投加物质（仅活性炭、仅新生态二氧化锰、不同浓度的活性炭和新生态二氧化锰同时投加）对高氯酸盐的去除率的影响，
本实验在六联搅拌器中进行，调节搅拌器参数模拟水厂运行，先对含有高氯酸盐的原水使用离子色谱确定其浓度（300μg/L），先配置二氧化锰水溶液（50mg/L）、高浓度的活性炭母液（50μg/L），再向原水中分别投加仅一定浓度的二氧化锰、仅活性炭以及不同浓度的二氧化锰和活性炭达到设定的浓度，经搅拌器搅拌反应后沉淀30min，取上清液测其高氯酸盐含量，计算得到高氯酸盐去除率。结果见图4。
由图4结果可知，即使单独使用较高浓度（100mg/L）活性炭溶液，原水中高氯酸盐去除率也仅约为18%；单独使用新生态二氧化锰时，原水中高氯酸盐去除几乎没有任何作用；而当将一定浓度（50mg/L、100mg/L）的新生态二氧化锰和活性炭同时加入原水中时，高氯酸盐的去除率得到大幅提升。这表明在新生态二氧化锰和活性炭两者复合协同作用下高氯酸盐的去除率大大提升。主要原因：通过将带负电性质的新生态二氧化锰与正电性的活性炭结合大大增加了活性炭上的吸附络合位点，且降低了活性炭的等电点，两者与高氯酸盐结合形成稳定结构，从而能够使其对高氯酸盐去除率大大增强。
（b）固定活性炭的浓度不变，不同浓度的新生态二氧化锰对高氯酸盐的去除率的影响。
首先固定活性炭浓度（50mg/L），一系列不同浓度（10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L、100mg/L）新生态二氧化锰浓度的变化来确定新生态二氧化锰和活性炭联合工艺的最佳比例。结果见图5。
由图5结果可知，活性炭投加浓度为50mg/L时，随着新生态二氧化锰浓度的提高，高氯酸盐的去除率增大，当新生态二氧化锰浓度为50mg/L时，去除率上升趋势骤然减少。以此确定当新生态二氧化锰（此时原水中加入的新生态二氧化锰的质量为15mg）与活性炭（此时原水中加入活性炭的质量为15mg）最佳结合质量比例为1：1，此时高氯酸盐的去除率最佳。
（c）搅拌时间对高氯酸盐去除率的影响
本实验在六联搅拌器中进行，调节搅拌器参数模拟水厂运行，先对含有高氯酸盐的原水使用离子色谱确定其浓度（300μg/L），先配置高浓度的二氧化锰、活性炭的母液，再向原水中分别投加浓度均为50 mg/L的新生态二氧化锰溶液和活性溶液炭，经搅拌器搅拌反应不同特定的预计时间（0、2h、4h、6h、8h、10h）后，取溶液过滤测其高氯酸盐含量，计算得到高氯酸盐去除率。结果见图6。
由图6结果可知，搅拌开始时随着搅拌时间的增加，高氯酸盐去除率也呈大幅增加，在搅拌时间为2h出现了明显的拐点，之后高氯酸盐去除率增加减缓，故搅拌时间固定为2h。
（d）pH对高氯酸盐去除效果的影响
采用最佳比例的活性炭与新生态二氧化锰，通过改变pH值，探讨pH对高氯酸盐去除工艺的影响。pH值通过影响静电吸附和活性炭与新生态二氧化锰两种材料的络合作用来影响高氯酸盐的去除效果。结果见图7。
由图7结果可知，pH值通过影响静电吸附和两种材料的络合作用来影响高氯酸盐的去除效果。总体而言，随着pH值的升高，高氯酸盐的吸附去除效果逐渐减弱，但在pH值为5时观察到明显的拐点，且此工艺在pH>9时对高氯酸盐几乎无去除效果。因此，基于经济等综合因素考虑，通常选择将pH值设定为5，作为该联合处理工艺的酸碱条件。
（e）搅拌转速对高氯酸盐去除效果的影响
采用最佳比例的活性炭与新生态二氧化锰（两者浓度均为50mg/L）。通过改变搅拌转速（200转/min、400转/min、600转/min、800转/min、1000转/min、1200转/min），探讨此工艺吸附时转速对高氯酸盐吸附的影响。结果见图8。
由图8结果可知，随着搅拌转速的升高，高氯酸盐去除率无明显变化，表明吸附去除高氯酸盐时搅拌转速对该工艺无明显影响，因此在较低的搅拌转速下就行。
综上，本发明通过将新生态二氧化锰与活性炭结合使用，通过加入的新生态二氧化锰改变活性炭的性质，强化其对于高氯酸盐的吸附去除效果，可实现高氯酸盐的吸附去除效果大幅度提升。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对含有高氯酸盐的原水使用离子色谱确定其浓度，调节pH，原水中高氯酸盐的浓度为300μg/L；
S2、向原水中加入新生态二氧化锰溶液和活性炭溶液，搅拌；
S3、停止搅拌后静置30～60min，絮凝沉淀或沉淀过程完成，取上清液测其高氯酸盐含量，计算高氯酸盐的去除率。
2.根据权利要求1所述的一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，步骤S1中，所述pH值调节至2～6。
3.根据权利要求1所述的一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，所述新生态二氧化锰溶液的浓度为50~100mg/L，所述活性炭溶液的浓度为50~100 mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，所述活性炭和新生态二氧化锰的质量比为1~5：5~1。
5.根据权利要求4所述的一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，所述新生态二氧化锰、活性炭与原水的质量体积之比为15mg：15mg：300mL。
6.根据权利要求1所述的一种饮用水中高氯酸盐强化去除方法，其特征在于，所述搅拌时间为2~6h。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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