新生態(tài)鐵混凝處理地下水中As(V)的效能及機(jī)理研究.pdf

1、砷是地殼中最豐富的元素之一,廣泛存在于土壤、沉積物、自然水體、空氣和生命機(jī)體中。通常砷通過呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)或皮膚進(jìn)入人體,引發(fā)一系列急性或慢性癥狀。隨著人類活動(dòng)的加劇,自然環(huán)境中砷的平衡受到影響,其濃度和分布在全球范圍內(nèi)均呈增大的趨勢(shì)。
　　水中的砷常用的去除方法包括生物法、吸附法、離子交換法、膜分離法及共沉淀法。鐵鹽混凝除砷工藝以其經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效的特點(diǎn),吸引了大批研究者的關(guān)注。傳統(tǒng)鐵鹽混凝劑除砷存在含砷污泥產(chǎn)量高,出水鐵含量

2、易超標(biāo)、對(duì)水處理構(gòu)筑物有強(qiáng)腐蝕性等缺點(diǎn)。
　　本文系統(tǒng)地考察了不同操作條件下新生態(tài)鐵與氯化鐵的除砷效能,研究了新生態(tài)鐵和氯化鐵在混凝過程中的水解行為,并對(duì)新生態(tài)鐵和氯化鐵工藝的水解產(chǎn)物進(jìn)行AFM、XRD、FTIR表征。
　　結(jié)果表明,新生態(tài)鐵和三氯化鐵工藝的除As(V)效率隨pH的增加而下降。pH=6-8時(shí),新生態(tài)鐵比FeCl3工藝的除As(V)效率高7-23％。FeCl2-H2O2工藝的最佳氧化劑/亞鐵比例是H2O2/Fe

3、Cl2=1:2,FeCl2-KMnO4工藝的最佳氧化劑/亞鐵比例是KMnO4/FeCl2=1:3。在pH<7、混凝劑濃度低、初始As(V)濃度高時(shí)新生態(tài)鐵較FeCl3工藝除As(V)優(yōu)勢(shì)更明顯。通常FeCl2-H2O2較FeCl2-KMnO4除As(V)效果更為顯著。
　　新生態(tài)鐵和氯化鐵工藝通過增加鐵鹽的投加量,可以將As(V)處理至10μgL-1以下。在pH=6時(shí),新生態(tài)鐵和氯化鐵工藝分別需要4、8mgL-1的混凝劑投加量將初

4、始As(V)含量為1mgL-1處理至飲用水標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　各工藝絮體的生長(zhǎng)均可以分為兩個(gè)階段,即快速生長(zhǎng)階段和穩(wěn)定階段,相同條件下絮體生長(zhǎng)速度和粒徑尺寸由大到小順序?yàn)镕eCl3>FeCl2-KMnO4>FeCl2-H2O2。新生態(tài)鐵工藝較小的絮體粒徑擁有的較大的比表面積,較慢的生長(zhǎng)速度利用其充分發(fā)揮內(nèi)表面的除砷效能。
　　慢攪階段加入絮體破碎對(duì)各工藝尤其FeCl3工藝As(V)的去除起促進(jìn)作用,在pH=6、7,絮體破碎施加

5、時(shí)間越早對(duì)除As(V)促進(jìn)作用越顯著。絮體破碎一方面加快了傳質(zhì)過程,另一方面使得絮體內(nèi)表面暴露出來以充分發(fā)揮其除砷性能。氧化劑分兩次投加對(duì)新生態(tài)鐵工藝除砷效率的促進(jìn)作用,進(jìn)一步說明了絮體的形成和成長(zhǎng)速度在混凝除As(V)過程中的重要性。
　　Zeta電位測(cè)定發(fā)現(xiàn)電中和作用不是除As(V)效果差異的主要原因。在pH=6-8時(shí),新生態(tài)鐵工藝中Fe(II)投加后迅速氧化,之后Fe鹽在混合液中主要以Fe(III)存在。各工藝Fea的百分含

6、量均在較低水平,范圍在2.5-3.7%,而具有較強(qiáng)混凝活性的Feb各工藝差別較大,按含量從大到小順序?yàn)镕eCl2-KMnO4>FeCl2-H2O2>FeCl3,產(chǎn)生較多具有較強(qiáng)絮凝活性的Feb可能是新生態(tài)鐵工藝除砷效能優(yōu)于三氯化鐵的原因之一。
　　新生態(tài)鐵和氯化鐵水解產(chǎn)物的表面形貌不同,FeCl2-KMnO4工藝絮體表面起伏平緩,粗糙度小,整體呈棉絮狀;FeCl3水解產(chǎn)生的絮體呈塊狀固體形態(tài),表面落差大,粗糙度較小;FeCl2-H