硫化沉淀—膜组合技术处理重金属污染地下水试验研究

论文摘要

重金属是突发污染事件中比较常见的污染物,近年来我国突发重金属污染事件发生强度和频率的趋势增大。一旦地下水发生重金属类污染,会对人类和环境构成严重的威胁。本文通过硫化沉淀-膜法处理重金属污染水,以硫化钠作为重金属沉淀剂,研究pH、硫化钠投加量、多种重金属共存、无机离子等因素对溶液中重金属离子去除的影响,并与氢氧化物沉淀法进行比较;研究高分子絮凝剂对金属硫化物的沉降效果,以及对溶液中剩余硫离子的去除效果;讨论无机陶瓷膜和有机膜对沉淀区出水的处理效果及其性能比较。通过小试试验,出水基本达到地下水质量Ⅲ类水标准,实现了快速、直接、高效地去除污染地下水中的重金属离子。基于实验结果,为构建硫化沉淀-膜组合反应器处理突发性重金属污染地下水提供理论依据和技术支持。主要研究成果如下:处理重金属污染地下水时,硫化物沉淀法与氢氧化物沉淀法相比,存在三点优势:出水重金属浓度低;出水pH较氢氧化物法低;受无机离子影响较小。硫化钠处理污染水中的单一重金属,pH对Zn、Pb和Cd三种重金属的去除影响较大,三者最佳pH值范围为8.09.0。去除Pb2+、Cd2+、Ni2+的最佳摩尔比分别为1.4、1.8、1.8,此时出水中重金属浓度小于0.05mg/L。由于共沉淀作用,相同投加量下复合重金属溶液中重金属的平衡浓度整体有所下降。Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-和Cl-等无机离子的添加降低了硫化物沉淀去除重金属的效果,下降幅度最大达到12%左右。可以说,无机离子对硫化沉淀去除重金属有一定的负面影响。高分子絮凝剂聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铁（PFS）均能使重金属胶体颗粒脱稳沉淀,PAC的效果优于PFS,当PAC投加量为40mg/L,PFS投加量为55mg/L时,出水重金属浓度小于1.0mg/L。同时,PAC和PFS都能有效去除S2-,随着絮凝剂的用量增加,S2-的去除率增加,相同投加量下,PFS对S2-的去除效果要优于PAC。硫化沉淀-膜组合反应器连续运行6周期出水水质稳定,经过膜单元过滤,实现出水达到地下水质量Ⅲ类水标准。陶瓷膜出水效果要优于PVDF,且其更耐酸碱,使用寿命相对于PVDF较长。ORP能有效反应重金属去除状况,在ORP≥110mv时,重金属去除效果最佳。反应器抗冲击性能良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 重金属的来源、危害及污染事件
• 1.2.1 镉
• 1.2.2 铅
• 1.2.3 铜
• 1.2.4 镍
• 1.2.5 汞
• 1.3 重金属污染地下水的污染特性
• 1.3.1 水体中重金属的存在形态
• 1.3.2 重金属污染特性
• 1.4 重金属污染地下水处理技术进展
• 1.4.1 异位修复技术
• 1.4.2 原位修复技术
• 1.5 实验目的和研究内容
• 1.5.1 实验目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 实验设计
• 2.1 实验水质
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 仪器与设备
• 2.3 实验方法和装置
• 2.3.1 氢氧化物沉淀
• 2.3.2 硫化沉淀
• 2.3.3 高分子絮凝剂实验
• 2.3.4 硫化沉淀-膜组合反应器装置
• 2.3.5 硫化沉淀-膜组合反应器连续实验
• 2.4 分析与测试方法
• 2.4.1 重金属离子浓度的测定
• 2.4.2 重金属离子的去除率
• 2.4.3 样品制备
• 2.4.4 其它
• 3 结果与讨论
• 3.1 氢氧化物沉淀实验
• 3.1.1 pH 对单一重金属污染水的影响
• 3.1.2 多种重金属共存的影响
• 3.1.3 无机离子对重金属去除的影响
• 3.1.4 小结
• 2S 沉淀实验'>3.2 Na₂S 沉淀实验
• 3.2.1 初始pH 值对重金属去除的影响
• 3.2.2 多种重金属共存对去除效果的影响
• 3.2.3 无机等离子对重金属去除的影响
• 3.2.4 PAC/PFS 对重金属硫化沉淀的影响
• 2-效果'>3.2.5 PAC/PFS 去除S^2-效果
• 3.2.6 小结
• 3.3 硫化沉淀-膜组合反应器连续实验
• 3.3.1 硫化沉淀出水水质
• 3.3.2 ORP 控制
• 3.3.3 抗冲击负荷试验
• 3.3.4 陶瓷膜/有机膜的处理效果对比
• 3.3.5 小结
• 3.4 讨论
• 4 结论与建议
• 4.1 研究结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录