生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的提升對(duì)水處理工藝的影響

卜倍

摘 要：1985年頒布并實(shí)施的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》（GB_5749-1985）對(duì)水中的鎘含量要求為不高于0.01mg/L。面對(duì)日益嚴(yán)峻的飲用水安全形勢(shì)，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部于2006年頒布、2007年實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)（GB_5749-2006）對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)的要求進(jìn)行了提升，也增加了更多的檢測(cè)指標(biāo)，總監(jiān)測(cè)指標(biāo)達(dá)到前所未有的106項(xiàng)。其中對(duì)水中鎘含量也提出了嚴(yán)格的要求，為不高于0.005mg/L。生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)舊的水處理工藝提出了挑戰(zhàn)。該文從溶度積角度，針對(duì)常規(guī)的化學(xué)沉淀和混凝沉淀法，探討了常規(guī)處理方法能否達(dá)到0.005mg/L的新國(guó)標(biāo)要求以及傳統(tǒng)工藝的改良措施。

關(guān)鍵詞：飲用水；鎘；沉淀；溶度積；新標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào) R123.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）03-04-70-03

The Effect on Water Treatment Technology Caused by the Promotion of the Standard for Drinking Water Quality

——The Removal of Cd in Drinking Water

Bu Bei

（Municipal Engineering，Department of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing 21000，China）

Abstract：The standard published in 1985 named“Standard for Drinking Water Quality”（GB_5749-1985）stipulate that the concentration of cadmium in drinking water is no more than 0.01mg/L. Facing the challenge of the drinking water safety，Ministry of housing and urban rural construction published the new“Standard for Drinking Water Quality”（CB_5749-2006）in 2006 which was implemented in 2007. The new standard improved the requirement of indexes，also the amount of indexes should be tested in drinking water. The requirement of Cd was improved to no more than 0.005mg/L. The improvement of the new standard made challenge for the water treatment technology. On the perspective of solubility product，this article discuss the question that if the conventional chemical can reach 0.005mg/L based on conventional chemical precipitation and coagulation precipitation.

Key words：Drinking water；Cd；Sediment；Solubility product；New standard

水環(huán)境中的鎘的主要來(lái)源包括：鉛、鋅、錫、銅等有色金屬冶煉過(guò)程中的排污；電鍍、電池、電子元件等的污染。當(dāng)然水環(huán)境中也有一定量的天然本底，但含量一般很低。天然水體中的鎘主要為地表風(fēng)化侵蝕，由雨水徑流帶入水體，水體中的鎘多以二價(jià)鎘離子Cd2+形式存在。隨著重金屬礦產(chǎn)的開(kāi)采和鎘應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，大量的鎘通過(guò)廢水、廢氣和廢渣排入環(huán)境，不僅造成了嚴(yán)重的污染，也日益威脅著人們的飲用水安全[1-3]。長(zhǎng)期低劑量的鎘會(huì)引起慢性鎘中毒，造成腎臟損傷，影響對(duì)蛋白質(zhì)的、糖和氨基酸的吸收，造成尿中蛋白含量增加，另外鎘還會(huì)影響鈣的代謝，產(chǎn)生骨質(zhì)疏松等病癥。日本曾發(fā)生過(guò)因長(zhǎng)期食用含鎘大米造成“痛痛病”的污染公害事件，而我國(guó)也多次發(fā)生因鎘污染事件，對(duì)多個(gè)城市的飲用水安全造成威脅[4]。

為了保護(hù)人體健康，我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB_5749-2006）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB_3838-2002）均規(guī)定，水中鎘含量不得超過(guò)0.005mg/L。相比于舊的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB_5749-1985）標(biāo)準(zhǔn)，新國(guó)標(biāo)對(duì)鎘的含量作出了嚴(yán)格的限定，從舊國(guó)標(biāo)的0.01mg/L提升至0.005mg/L。對(duì)于鎘的去除，有很多新的方法和工藝，比如離子交換法、樹(shù)脂吸附法、膜法等。這些方法在國(guó)外都得到了很好的應(yīng)用，對(duì)于水中除鎘也特別有效，會(huì)逐步成為我國(guó)自來(lái)水廠(chǎng)的處理工藝，但目前工藝的改造和設(shè)備的更新仍需要一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)傳統(tǒng)方法還是主流。而作為傳統(tǒng)處理工藝的化學(xué)沉淀法和混凝沉淀法能否適應(yīng)新的要求，本文將從溶度積的角度進(jìn)行探討。

1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法的除鎘原理是向水體中投加陰離子藥劑，使鎘離子以沉淀的形式析出達(dá)到水中除鎘的目的。相比于其他新興的處理方法，化學(xué)沉淀法工藝比較成熟，應(yīng)用較廣，成本較低，而且在現(xiàn)在工藝的基礎(chǔ)上改動(dòng)較小，如果化學(xué)沉淀法能夠達(dá)標(biāo)，可以首先選擇化學(xué)沉淀法。但由于化學(xué)法是往水體投加試劑，需要注意防止產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，投加的試劑應(yīng)該以無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)為好。

鎘離子能與眾多陰離子形成沉淀，常見(jiàn)的鎘鹽沉淀有碳酸鎘（CdCO3，Ksp=1.6×10-13）、氫氧化鎘（Cd（OH）2，Ksp=5.27×10-15）、硫化鎘（CdS，Ksp=1.4×10-29）、磷酸鎘（Cd3（PO4）2，Ksp=3.6×10-32）（按照溶度積從大到小的順序排列）。

從理論上來(lái)說(shuō)磷酸鎘和硫化鎘要比氫氧化鎘和碳酸鎘要好，但是硫化鎘和磷酸鎘沉淀法會(huì)在水中殘留硫化物（GB_5749-2006對(duì)硫化物的標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.02mg/L）和磷酸鹽造成飲用水的二次污染，故在飲用水處理中不常用，但在下文也略作討論。一般可以在原水中投加碳酸鈉或者調(diào)節(jié)pH值，使得溶解態(tài)的Cd2+轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體級(jí)沉淀顆粒，再利用強(qiáng)化的混凝沉淀工藝將Cd2+有效去除，這一部分將在后面的混凝沉淀中具體分析。

下面以4種沉淀為例，比較國(guó)標(biāo)提升后陰離子在溶液中量的變化：

由此可知，若分別以生成磷酸鎘、硫化鎘、氫氧化鎘和碳酸鎘沉淀來(lái)去除水中的鎘離子，國(guó)標(biāo)的提升使得處理后的水中的[PO3-4]、S2-、OH-、[CO2-3]的濃度均上升，國(guó)標(biāo)中對(duì)磷酸鹽的限定值沒(méi)有指出，這里不作討論。對(duì)于硫化物，GB_5749-1985未作規(guī)定，而在GB_5749-2006中，對(duì)硫化物的限值為0.02mg/L。若選用硫化鈉為沉淀劑，要考慮S2-的水解作用：

黃曉東等[5]曾以硫化鈉（Na2S）加聚鐵來(lái)去除水中的鎘離子，加入0.6～0.9mg/L的硫化鈉（Na2S）（相當(dāng)于硫離子濃度0.2～0.3mg/L），反應(yīng)1min后，加入2mg/L聚鐵，能夠去除原水中的低濃度鎘離子，且出水中的硫化物濃度低于限值0.02mg/L，其他物質(zhì)的指標(biāo)也能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。S2-水解生成OH-，有助于后期的絮凝沉淀，而且硫化物的投加量最少，c（S2-）=3.15×10-22mol/L時(shí)即可保證水中的鎘離子濃度達(dá)標(biāo)。但是硫化物的嗅閾值低，容易產(chǎn)生臭雞蛋氣味，在水中極不穩(wěn)定，容易被氧化，因而在實(shí)際工程應(yīng)用中使用較少。

2 混凝沉淀法

混凝沉淀法是建立在常規(guī)水處理工藝基礎(chǔ)上，便于工程實(shí)施，是水廠(chǎng)應(yīng)對(duì)鎘污染的基本措施。該方法主要是使水中的鎘離子轉(zhuǎn)化成膠體級(jí)顆粒沉淀，通過(guò)添加混凝劑和助凝劑，經(jīng)混凝沉淀過(guò)濾工藝將水中的鎘去除。

上文提到，在工程實(shí)際中一般使用投加碳酸鈉和調(diào)節(jié)pH的方法，使得鎘離子變成沉淀。如以調(diào)節(jié)pH來(lái)形成Cd（OH）2沉淀，在1985版的標(biāo)準(zhǔn)中，如果想要鎘離子達(dá)標(biāo)，c（OH-）≥2.43×10-4mol/L，相對(duì)應(yīng)的pH≥10.4，而2006版的國(guó)標(biāo)中，c（OH-）≥3.44×10-4mol/L，相應(yīng)的pH≥10.5，所以從pH的角度來(lái)看，國(guó)標(biāo)的提升對(duì)此法的影響較小。但在實(shí)際的運(yùn)用中，pH的大小對(duì)混凝效果的影響較大。張玉政等[6]指出實(shí)際中當(dāng)pH接近8.5時(shí)，鎘的濃度就能達(dá)到GB_5749-2006中的要求。因此，除去鎘離子的pH適宜范圍為8.0～9.0。

碳酸根離子是一種弱酸根離子，當(dāng)其被加入水中后會(huì)以[CO2-3]、[HCO-3]和H2CO33種形式存在。向含有Cd2+的原水中投加碳酸鈉，其中一部分碳酸根離子與Cd2+離子結(jié)合生成碳酸鎘膠體顆粒，另外一部分以游離態(tài)存在。

在1985的國(guó)標(biāo)中，水中要保持c（[CO2-3]）≥1.80×10-6mol/L時(shí)，才能保證鎘離子濃度達(dá)標(biāo)，而在2006版的新國(guó)標(biāo)當(dāng)中，c（[CO2-3]）≥3.60×10-6mol/L，鎘離子濃度才能達(dá)標(biāo)，需要添加更多的藥劑。

在實(shí)際的運(yùn)用中，張曉健等研究指出，當(dāng)pH≥8，水中堿度為1mmol/L時(shí)，有較好的處理效果。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)標(biāo)的提升對(duì)于目前水廠(chǎng)采用的混凝沉淀除鎘法影響不大，原有的處理工藝和處理單元依舊可以繼續(xù)使用。相比較而言，調(diào)節(jié)原水的pH應(yīng)該作為水廠(chǎng)強(qiáng)化除鎘的首選方案，投加碳酸鈉和硫化鈉也能夠提高凈水廠(chǎng)的除鎘處理效果，但要注意防止二次污染出現(xiàn)的問(wèn)題。生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的提高，必然帶來(lái)后續(xù)處理工藝和處理單元的提升，但是工藝和處理單元的提升不是一朝一夕的事情，需要資金與時(shí)間，如何在這段時(shí)間升級(jí)改造原有技術(shù)就變得非常有實(shí)際價(jià)值?；瘜W(xué)沉淀和混凝沉淀對(duì)某些重金屬比如鎘、砷的去除具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]GB_5749-1985，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB_5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]張曉健，陳超，等，飲用水應(yīng)急除鎘凈水技術(shù)與廣西龍江河突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處置[J].給水排水，2013，39（1）：24-32.

[4]楊磊三，水合二氧化錳除鎘（Ⅱ）效能及機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[5]黃曉東，張金松，尤作亮.廣東北江鎘污染應(yīng)急處理技術(shù)與工程實(shí)踐[J].供水技術(shù)，2007，1（2）：25-27.

[6]張玉政.飲用水水源突發(fā)性重金屬污染應(yīng)急處理實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

（責(zé)編：張宏民）