辽河流域铜污染应急处置技术

结合辽河实际情况，选择辽河可能发生的铜污染设计实验，并为应急处理系统提供数据支持。

3.3.1.1　试验材料及方法

（1）药剂选择

针对Cu2＋污染的物理化学特性，本试验选用聚合硫酸铁、聚氯化铝、粉末活性炭、硅藻土、CuSO4·5H2O作为降解药剂，考察不同药剂对Cu2＋污染的降解效果以及使用时必要的控制条件。

聚合硫酸铁（Poly Ferric Sulfate，简称PFS），是硫酸铁在水解－絮凝过程的一个中间产物，液体聚合硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子，例如：等，因此，聚合硫酸铁能够从聚合阳离子发挥电荷中和和架桥絮凝的作用，而不像硫酸铁、氧化铁那样首先水解，待形成聚合阳离子后再发挥作用。

聚合氯化铝（Polyaluminium Chloride，简称PAC），是介于氯化铝和氢氧化铝两种物质之间的一种水溶性无机高分子聚合物，通常以通式Aln（OH）mCl3n－m来表示，其n代表聚合程度，m代表某种聚合氯化铝产品的中性化程度，即氢氧根离子取代氯离子的多少，由此可见，聚合氯化铝所代表的并不是某一种特定的无机化合物，而是一系列复杂铝聚合物的总称。

（2）试验用水水质

试验用水取自辽河，试验期间水质见表3－3。

表3－3　试验用水物理化学性质

（3）试验分析方法

试验过程中各项污染物的测定均依据《水和废水监测分析方法》（第四版）规定进行测定，各污染物测定方法见表3－4。

表3－4　试验测定方法

续表

（4）混凝吸附试验

配制所需浓度的重金属溶液，将一定量的重金属加入原水，模拟配制污染原水。配制一定浓度的混凝剂，取所需量投加到1 000 mL水样中，置于六联搅拌机上，首先在250～300 r/min的转速下快速混合10～30 s，接着以150 r/min搅拌6 min，然后以60 r/min搅拌4 min，再以20～30 r/min搅拌5 min，最后静置20 min，并测定上清液中目标物质的浓度。

（5）活性炭/硅藻土吸附试验

将配好的重金属溶液置于六联搅拌机上，投加一定量混凝剂，搅拌，再分别加入活性炭和硅藻土，再搅拌，最后静置，并测定上清液中目标物质的浓度。

3.3.1.2　试验结果分析

（1）温度对混凝效果影响

①温度对混凝剂溶解性影响。试验用水取自浑河水，随着气候变化浑河水温也有明显变化，试验用水水温在18～28℃之间。通过配制混凝剂溶液发现，温度对混凝剂溶解性有一定影响。试验选取聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）两种混凝剂，对配置混凝剂溶液过程中出现的现象进行分析。

配制混凝剂溶液浓度为1 mg/L。当水温为25℃左右时，PAC和PFS都显示出较好的溶解性，完全溶解一段时间后有极少沉淀形成。当水温低于20℃时，两种絮凝剂溶解性开始下降，PAC配制1 mg/L溶液后比温度较高时沉淀稍多。而PFS溶解性下降，沉淀形成增多。为了确保混凝试验时PFS溶液浓度，选取了配制0.5 mg/L。具体是哪项影响因素导致了温度对两种混凝剂溶解效果的差别尚需进一步确定。(www.xing528.com)

②温度对混凝剂投加量影响。由于温度对混凝剂溶解性有一定影响，在试验中发现对混凝剂投加量上也有影响。水温在常温时两种混凝剂投加一定量时对Cu2＋去除有明显效果；当温度低时同样的投加量去除效果下降，当增大投加量时可得到同样的去除效果。此外，相同温度下PAC和PFS两种混凝剂去除Cu2＋效果相差不大。

（2）不同混凝剂投加量对浑浊度去除效果影响

根据辽河水质实际情况，通过实验研究确定当向试验水中加入不同浓度的Cu2＋溶液时，原水浑浊度基本没有变化，确定了混凝剂是浑浊度去除效果的主要因素，对于受不同浓度Cu2＋污染的原水浑浊度去除率取决于混凝剂投加量，见图3－1。

图3－1　不同混凝剂投加量对浑浊度的去除效果

试验条件水温为常温，辽河原水浑浊度为40.5。由图3－1可知，PAC去除浑浊度效果明显优于PFS。随着两种混凝剂投加量的增加，浑浊度都呈下降趋势。投加PAC去除效果明显，当投加量为12.5 mg/L以上时浑浊度接近于零。当PFS投加量为15 mg/L以上时，浑浊度基本保持不变。

总之，在对浑浊度的去除效果上PAC优于PFS，所以在去除原水浑浊度时选择PAC作为混凝剂。

3.3.1.3　Cu（Ⅱ）污染应急处理研究

（1）混凝剂投加量对Cu（Ⅱ）的去除效果影响

在不同混凝剂投加量下，混凝工艺对原水中Cu2＋的去除效果见图3－2。

图3－2　不同混凝剂投加量对Cu（Ⅱ）去除效果

试验水温为常温，Cu2＋溶液初始浓度为5 mg/L。由图3－2可知，PAC投加量为15 mg/L时，对Cu2＋的去除效果较好；投加量在15 mg/L以上无明显处理效果，基本达到最大处理率。而PFS随着投加量的增加去除率升高。所以，在同样投加量的条件下PAC对Cu2＋的去除效果优于PFS。因此，在去除Cu2＋污染时，考虑到经济和处理效果两因素选择聚合氯化铝（PAC）。

（2）投加粉末活性炭/硅藻土除Cu（Ⅱ）效果

根据试验已有结论，选择了PAC加吸附剂的Cu2＋应急处理工艺。选取PAC投加量为15mg/L，分别加入不同量的活性炭和硅藻土，去除效果见图3－3。

由图3－3可知，在Cu2＋初始浓度为5 mg/L时，投加活性炭和硅藻土搅拌20 min。混凝剂为PAC，活性炭投加量为15 mg/L或硅藻土投加量为40 mg/L时，水中剩余Cu2＋的浓度在10 μg/L以下。活性炭与硅藻土的投加量为1∶5时，两者对Cu2＋的去除效果相当。通过静态吸附实验发现，活性炭吸附Cu2＋的性能优于硅藻土，但活性炭的制造以及使用后的循环利用都需要较高的成本。PAC加活性炭应急处理工艺对去除Cu2＋有良好的效果。PAC加硅藻土应急处理工艺也可以达到去除Cu2＋效果，但硅藻土用量是活性炭的5倍。在处理突发Cu2＋污染时，要根据实际情况，考虑经济条件及吸附剂用量环境影响，选择Cu2＋应急处理工艺。

图3－3　投加硅藻土、活性炭对Cu2＋去除效果

3.3.1.4　试验结论

①温度对聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铁（PFS）混凝效果有影响，常温下两种混凝剂混凝效果基本相同，当温度低于20℃时，PAC处理效果较好。

②水温为常温时，同样混凝剂投加量PAC去除浑浊度效果优于PFS。当PAC投加量为12.5 mg/L以上时，浑浊度接近于零，达到最佳效果。当PFS投加量为15 mg/L以上时，浑浊度基本保持不变。

③水温为常温混凝剂投加量相同的条件下，Cu2＋溶液初始浓度为5 mg/L，混凝剂投加量为15 mg/L时，PAC去除Cu2＋效果优于PFS。

④选择PAC投加量为15 mg/L，活性炭与硅藻土的投加量为1∶5时，两者对Cu2＋的去除效果相当。同时考虑到经济和效果因素选择Cu2＋应急处理工艺。