由美國(guó)Don Heskett于1984年發(fā)明的KDF銅鋅合金濾料專利技術(shù)是一項(xiàng)近年來(lái)才獲得應(yīng)用的新型水處理方法,與傳統(tǒng)化學(xué)方法比較,具有工藝簡(jiǎn)單?維護(hù)方便?不污染環(huán)境的長(zhǎng)處?KDF能夠循環(huán)利用,集多種功能于一身,可去除水中多種污染物質(zhì)?

1. 試驗(yàn)裝置與方法

目前KDF介質(zhì)主要有兩種產(chǎn)品:KDF55和KDF85?KDF55是50%銅和50%鋅的合金,顏色金黃,呈顆粒狀,大小為0.145~2.00mm,表觀密度為2.4~2.9g/cm3,對(duì)去除氯及可溶性重金屬最有效?KDF85是85%銅和15%鋅的合金,顏色為紅褐色,呈顆粒狀,大小為0.149~2.00mm,表觀密度為2.2~2.7g/cm3,對(duì)去除鐵和硫化氫等最有效?試驗(yàn)采用KDF55金屬濾料?

試驗(yàn)裝置如圖1所示?

采用直徑為 70mm?高為800mm的有機(jī)玻璃管填裝KDF55,填床高度為400mm;另采用一個(gè)直徑為100mm?高為1000mm的有機(jī)玻璃柱填裝活性炭,填床高度為400mm?
在不同濾速?不同濃度和不同pH值條件下,分別在進(jìn)?出口處取水樣進(jìn)行分析試驗(yàn),測(cè)定氧化還原電位?pH值以及苯酚濃度?其中酚類化合物濃度的測(cè)定采用 4-氨基安替比林光度法?

2.  結(jié)果與討論

2.1 KDF對(duì)苯酚的去除效果

采用自來(lái)水加苯酚配水,使用單獨(dú)KDF過(guò)濾,試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?

從表1數(shù)據(jù)可以看到,在其他條件相同的情況下,進(jìn)水濃度越低去除率越高,如KDF可將進(jìn)水濃度為 0.241mg/L的苯酚去除99.2%以上?另外, 對(duì)于不同濃度的苯酚,KDF的凈去除量相差不大?假設(shè)苯酚的去除是通過(guò)被水中溶解氧等物質(zhì)所氧化,則由于氧化反應(yīng)的進(jìn)行受到氧化劑量的限制,苯酚的去除量不可能通過(guò)其他操作條件的改變而提高,只能向水中添加氧化劑,如曝氣?

2.2 KDF與活性炭對(duì)苯酚的聯(lián)合作用

KDF與GAC聯(lián)合使用去除苯酚的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表2?

活性炭對(duì)苯酚的吸附存在一個(gè)最低濃度(對(duì)含苯酚濃度<0.2mg/L的水去除效果不明顯),但KDF可有效去除水中低濃度的苯酚,對(duì)苯酚濃度<0.25mg/L的微污染原水,其去除率可達(dá)99%以上?因此,活性炭與KDF聯(lián)合使用,既可克服活性炭的不足,又可充分利用KDF的作用?從表2可見(jiàn),在原水pH值為7.5左右時(shí),GAC與KDF串聯(lián)使用,可將含苯酚濃度2~8mg/L的原水處理達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)?

2.3 KDF反應(yīng)器參數(shù)對(duì)處理效果的影響

改變pH值和濾速對(duì)處理效果的影響見(jiàn)表3?4?

2.4 KDF去除苯酚的機(jī)理

根據(jù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及苯酚的化學(xué)性質(zhì)分析,KDF對(duì)苯酚進(jìn)的去除機(jī)理為電化學(xué)的催化氧化反應(yīng),即KDF通過(guò)催化水中溶解氧等氧化劑對(duì)苯酚進(jìn)行氧化,將苯酚轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)而將其去除?由于苯酚的芳香環(huán)上帶有羥基,羥基是很強(qiáng)的鄰?對(duì)位的定位基,可以使苯環(huán)活化,很容易發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)?由于苯酚在水溶液中會(huì)受到水中溶解氧等分子的進(jìn)攻,在堿性或中性條件下會(huì)被氧化成對(duì)苯醌或鄰苯醌;如果水中酚的濃度較低,溶解氧的濃度相對(duì)較高,那么醌會(huì)進(jìn)一步被氧化成RCOOH;如果還存在更強(qiáng)的氧化劑的話,RCOOH會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)分解為CO2和H2O(通常情況下實(shí)現(xiàn)這一步的可能性很小)?

當(dāng)進(jìn)水pH值較低,水溶液呈酸性時(shí),由于水解平衡,不利于苯酚氧化的進(jìn)一步進(jìn)行:

原水pH值越高,對(duì)去除苯酚的氧化反應(yīng)越有利,但也不能過(guò)高,因?yàn)榇藭r(shí)水中溶解氧的還原反應(yīng)會(huì)受到一定的影響:O2+2H2O+4e-→4OH-,由于水解平衡的關(guān)系,若pH值太高的話,OH-會(huì)阻礙上式反應(yīng)的進(jìn)行?所以,pH值在中性偏堿的條件下,反應(yīng)性能最好?

3.  結(jié)論

KDF可以有效去除水中低濃度的苯酚,對(duì)苯酚濃度<0.25mg/L的微污染原水,其去除率可達(dá) 99%以上?由于活性炭對(duì)苯酚的吸附存在一個(gè)最低濃度(根據(jù)試驗(yàn),活性炭對(duì)于含苯酚濃度<0.2mg/L水的去除效果不明顯)?因此,KDF與活性炭聯(lián)合使用,既可以克服活性炭方法的不足,又可以充分利用KDF的去除作用,使含苯酚濃度為8mg/L以下的原水經(jīng)處理達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?

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