饮用水突发性锑微污染应急处理方法研究

刘丽仪，黄剑明，李庆云，谢茵茵，梁 劲

(佛山市水业集团有限公司，广东佛山 528000)

0 前言

锑是对人体有害的环境污染物之一，浓度较低的锑就存在潜在毒性，其毒理性质及化学性质被认为与砷相似。锑对人体的危害途径除了直接接触和空气吸入外，更主要的是饮用水，因此建立锑去除方案、预防锑污染是一项重要的工作[1-2］。

三氯化铁极易溶于水，形成的矾花大而重、沉降性能好，适宜pH值范围较宽，是常用的无机低分子混凝剂之一。水解后的铁氧化物能强烈地吸附水中胶体颗粒，通过电性中和、吸附架桥和卷扫等作用促使颗粒脱稳，形成絮状沉淀[3-4］。

本文从当前环境污染实际背景出发，研究饮用水源突发性锑微污染应急处理方法，选择FeCl3为混凝剂，以北江段水源水为本底，考察不同投加量、pH值等对锑去除效果的影响[5-10］。同时，对混凝机理做简要的分析。

1 实验材料与仪器

1.1 材料

锑标准溶液:中国计量科学研究所，100 mg/L;氯化铁、盐酸、硝酸、氢氧化钠等均为广州化学试剂厂分析纯试剂;六联搅拌机(ZR4-6):深圳中润;电感耦合等离子体发射质谱仪:美国瓦里安 Sigle Phase;精密酸度计:雷磁PHS-3B;纳米粒度仪:Malvern Nano-ZS90。

1.2 实验方法

取北江水源水，加入一定量的锑标准溶液，搅拌均匀，模拟污染试验水样。实验在六联搅拌机上进行，量取1 000 mL模拟原水，依次加入不同量的FeCl3，搅拌混凝，过程设定为:第一阶段250 r/min，搅拌时间5 min;第二阶段120 r/min，搅拌时间5 min;第三阶段60 r/min，搅拌时间10 min。

测定样品的粒度和Zeta电位，混凝搅拌结束1 min后取样。

测定水样的pH值及浊度，混凝搅拌结束后静置30 min，在液面下2 cm处取样。

测定水样中金属浓度，混凝搅拌结束后静置30 min，在液面下2 cm处取样，水样经0.45 μm滤膜过滤后装入10 mL离心管中，再加入一滴硝酸待测定。

2 结果与讨论

2.1 FeCl3投加量对Sb去除率的影响

检测各个样品滤液中的Sb含量，计算锑去除率。由图1可以看出，随着FeCl3浓度增加，去除率先低后高略有波动，出现最佳浓度范围0.15～0.2 mmol/L，FeCl3混凝除锑，Sb 含量为 45.9 μg/L，当FeCl3投加量为0.15 mmol/L时，Sb的去除率达到94.1%，当FeCl3投加量继续增加，水中Sb的含量出现波动，通过重复试验，证实出水Sb含量波动是随机的，FeCl3混凝除锑效果波动较大。

图1 FeCl3投加量对Sb去除率的影响

实验表明，当原水含Sb45.9μg/L，pH值为7.56时，FeCl3的投加量为 0.15 ～0.2 mmol/L 时，Sb的去除率可以达到89%以上。出水中Sb的含量未超出饮用水限值5 μg/L。

2.2 FeCl3投加量对出水粒径和Zeta电位的影响

由图2看出，增加FeCl3的投加量，水中剩余的絮体的平均粒径先增大后减小。由图3可知，出水的Zeta电位随着FeCl3投加量的增加而增大，当投加量由0.15 mmol/L增加到0.20 mmol/L时，Zeta电位由负值变成正值，FeCl3投加量大于 0.20 mmol/L后，Zeta电位为正值。与图1比较可以看出，Zeta电位升高，锑的去除率随之提高，变化同步。由此我们推断，FC混凝除锑通过电性中和以及吸附聚集使颗粒尺寸增大，从而达到Sb的去除目的。

吴智君等[1］认为Fecl3去除Sb(Ⅲ)的机理可能不仅包括吸附，还包括共沉淀，Sb(Ⅲ)在三氯化铁水解后的铁氧化物纳米晶体中的异晶置代，从而达到Sb的去除目的。

图2 FeCl3投加量对出水粒径尺寸的影响

图3 FeCl3投加量对出水Zeta电位的影响

2.3 FeCl3投加量对出水其它水质指标的影响

由图4～6可知，出水的浊度随着FeCl3投加量增加而增大，原水浊度为1.01 NTU，当FeCl3投加量为0.2 mmol/L时，出水浊度为1.25 NTU。出水的pH值随着FeCl3投加量增加而降低，出水中铁的含量在不断增大，FeCl3投加量＞0.2 mmol/L时，出水铁含量迅速增大。

图4 FeCl3投加量对出水浊度的影响

图5 FeCl3投加量对出水pH值的影响

图6 FeCl3投加量对Fe的影响

2.4 原水pH值对锑去除率的影响

考察在不同pH值的原水中，加入0.15 mmol/L FeCl3(图8-11所示，实验同)，对Sb去除率的影响及出水其它水质指标的影响。由图7可见，Sb的去除率曲线呈三角状，pH值为7时，去除率最高为93.1% 。

图7 原水pH值对Sb去除率的影响

2.5 原水pH值对出水粒径和Zeta电位的影响

由图8得出，当pH值太低(pH值为5～6)或太高(pH值为9～10)水中絮体快速沉降后，剩余的颗粒粒径比较大。pH值为7～8，出水的平均粒径变化在806～826 nm。说明颗粒越小，比表面积越大，越利于Sb的吸附。由图9可见，随着pH值升高，Zeta电位降低。pH值为7～8，出水的Zeta电位接近零点电位，此时，去除率最高。

图8 原水pH值对出水粒径的影响

图9 原水pH值对出水Zeta电位的影响

2.6原水pH值对出水其它水质指标的影响

由图10和11可知，在pH值为5～6时，出水浊度较高(＞2.5 NTU)，此时Fe的含量也很高(＞5.0 mg/L)，当 pH值≥7，则水的浊度能保持≤1.5 NTU，而出水的Fe含量≤0.30 mg/L。

图10 原水pH值对出水浊度的影响

图11 原水pH值对出水铁浓度的影响

试验结果表明，在pH值范围为7～10时，FeCl3对Sb去除率都可以达到93.1% ，此时出水的浊度为1.5 NTU，铁含量在饮用水的限值范围内。我们认为在这个过程中FeCl3通过电性中和、吸附作用达到对Sb的去除。

2.7 锑初始浓度对去除率的影响

原水的pH值为7，FeCl3投加量为0.2 mmol/L条件下，对原水Sb初始浓度为45～547 μg/L的水样进行试验，考察不同Sb初始浓度下对Sb去除率的影响。

图12 Sb初始浓度对去除率的影响

由图12可见，随着Sb初始浓度的提高，去除率降低，由96.9%下降到70.3% 。当原水Sb含量为45.0 μg/L 时，处理后 Sb 含量 1.4 μg/L，Sb 含量低于限值，去除率96.9% 。当原水中Sb升高到84.1 μg/L时，出水含量为 5.2 μg/L，Sb 含量略高于限值，去除率93.8%。

3 小结

本实验主要研究了FeCl3投加量、原水pH值以及Sb初始浓度对混凝锑(Ⅲ)去除效果的影响。主要结论如下:①对于偏弱碱性微污染饮用水源，加入不同量的FeCl3，去除率先低后高略有波动，出现一个最佳浓度范围0.15～0.2 mmol/L，为保证混凝沉淀效果，我们认为，FeCl3最佳投加量为0.2 mmol/L。②pH值对FeCl3的去除率和出水其它水质指标影响很大，只有在中性的原水中加入FeCl3才能达到较好的去除效果。③随着Sb初始浓度的提高，投入0.2 mmol/L FeCl3，去除率降低。④我们认为在这个过程中Fecl3通过电性中和、吸附作用达到对Sb的去除。

[1]吴智君，郭学军，何孟常.铁氧化物对水中锑的去除效果及机理研究[C］.第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集，2011:1-10.

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