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碱性化学沉淀法应急处理技术

时间:2012-03-11 08:17来源:www.5iwater.com 作者:坤泰恒通 点击:

 

【编者按】:近年来,我国水源突发性污染事故频发,严重影响饮用水的安全,尤其是重金属污染进入了高发期。镉、铅、铬等重金属污染事件不断发生,而针对水污染突发事件的应急处理技术是保证饮用水安全的最后屏障。碱性化学沉淀法是应对重金属污染最有效的应急处理技术。

  碱性化学沉淀法需要与混凝沉淀过滤工艺结合运行,最常采用的方法是通过预先调整pH值,降低所要去除污染物的溶解度,形成沉淀析出物;再投加铁盐或铝盐混凝剂,形成矾花进行共沉淀,使化学沉淀法产生的沉淀物有效沉淀分离,在去除水中胶体颗粒、悬浮颗粒的同时,去除这些金属和非金属离子污染物。由于与混凝剂共同使用,混凝形成的矾花絮体对这些离子污染物可以有一定的电荷吸附、表面吸附等去除作用,对污染物的去除效果要优于单纯的化学沉淀法。

  碱性化学沉淀法可以去除大部分金属和非金属离子污染物。但是在当前的水处理技术条件下,仍存在一些物质难以去除,包括钼、铊、硼等,因此对于含这些污染物的污染源要特别加强监控,防止污染水源。

  碱性化学沉淀法应急处理技术的主要技术要点是调节适宜的pH值、选择合适的混凝剂。由于调节pH值的做法在我国的水厂中并不常用,水厂也缺少相关设备和操作经验因此需要提前做好准备。

  调节pH值

  调整pH值的碱性药剂可以采用氢氧化钠(烧碱)、石灰或碳酸钠(纯碱)。调整pH的酸性药剂可以采用硫酸或盐酸。由于是饮用水处理,必须采用饮用水处理级或食品级的酸碱药剂。碱性药剂中,氢氧化钠可采用液体药剂,便于投加和精确控制,劳动强度小,价格适中,因此推荐在应急处理中采用。石灰虽然最便宜,但沉渣多,投加劳动强度大,不便自动控制。纯碱的价格较高,除特殊情况外,一般不采用。与盐酸相比,硫酸的有效浓度高,价格便宜,腐蚀性低,为首选的酸性药剂。

  对于要求控制pH值的化学沉淀混凝处理,该工艺的理论控制点是指混凝反应之后的pH值,而不是在投加混凝剂之前的pH值。这是由于混凝剂的水解作用会使水的pH值降低,特别是一些酸度较大的液体混凝剂。投加混凝剂后水的pH值一般要下降0.2~0.5,实际的降低数值与水的化学组成和所用混凝剂种类及其投加量有关。

  由于大部分化学沉淀法处理对pH值要求严格,需要精确控制,并且应急处理时水质变化大,时间紧迫,短期内无法积累运行操作经验,因此必须设置pH值在线监测仪和自动加药设备(加碱泵、加酸泵等)。

  在实际工程中,建议先调p H值,后加混凝剂。由于最终反应控制点是在反应池出水处,而加碱点则在进水处,在线p H值计的安装必须考虑两者之间由于混凝反应造成的pH值变化。

  在线pH值计的安装位置可以设在加混凝剂之前或混合池的出口处,便于及时反馈调整加碱量;但应注意需留出混凝反应使pH值降低的余量,确保最终反应控制点处的pH值满足污染物沉淀的要求。在线pH值计也可以设在反应池出水处,以精确控制所要求的pH值,但因加碱点与反应池出水之间存在较长的停留时间,反馈时间长,调整加碱量的难度加大。

  混凝剂选择

  对于需要调节pH值进行混凝沉淀的应急处理,还必须注意所用混凝剂的pH值适用范围。铁盐混凝剂适用范围为pH=5~11,硫酸铝适用范围为pH=5.5~8,聚合铝适用范围为pH=5~9.0。特别要注意的是铝盐混凝剂在pH值过高(p H≥9.5)条件下使用会产生溶于水的偏铝酸根,可能会产生滤后水铝超标问题(饮用水标准铝的限值为0. 2mg/L)。

  部分金属污染物的化学沉淀法需要先进行预处理改变污染物的价态。如三价砷,需要先氧化成五价砷才能使用铁盐法进行化学沉淀;如六价铬,需要首先使用亚铁还原成三价铬,再进行沉淀。

  工程实施中应注意的其他问题

  在应急处理中,由于水中多种离子共存,并且与混凝处理共同进行,所发生的化学反应极为复杂,可能包括分步沉淀、共沉淀、表面吸附等多种反应。因此,基本化学理论主要用于对方案可行性和基本反应条件的初步判断,对于实际应急处理,必须先进行现场的试验验证,以确定实际去除效果与具体反应条件。

  在工程实施中,考虑到水处理设备(沉淀池、滤池)对颗粒物的分离效率,对于计算与试验所得到的控制条件,应留有一定的安全余地。同时还要适当加大混凝剂的药量,必要时使用助凝剂,以提高混凝效果。

  碱性沉淀法对具体污染物的工艺参数

  原理

  多数金属元素会生成氢氧化物、碳酸盐沉淀,因此当水源水pH值达到弱碱性时(一般为pH>8.5),由于水中OH-离子浓度增加,同时重碳酸盐根化为碳酸根,就会生成溶解度低的氢氧化物或碳酸盐从水中沉淀分离。

  验证性试验结果

  适合采用碱性沉淀法的金属元素及其工艺参数如表所示。

  从表中可以看出,根据Ksp值计算得到的污染物沉淀的pH值和实际工艺中可行的pH值并不完全一致。对于镉、铅、银三种金属离子,其实际工艺中可行的pH值低于理论值,这是因为理论计算只考虑了氢氧化物沉淀,而实际水中含有的重碳酸根在一定的pH值条件下转化成碳酸根,并和污染物结合生成碳酸盐沉淀。而铍离子的浓度在pH值大于6.4时确实有大幅度下降,但若达到国标仍需要进一步提高pH值。

  此外,由于铝盐混凝剂在pH值高于9.5时会产生偏铝酸根,造成出水铝超标,所以不适用于需要高pH值的汞、镍等污染物的处理。

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工程实例