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KDF金属滤料去除水中苯酚的试验研究

论文类型 技术与工程 发表日期 2001-09-01
来源 《中国给水排水》2001年第9期
作者 张凡,刘翔
关键词 KDF金属滤料 水处理
摘要 张凡,刘翔(清华大学环境科学与工程系,北京100084)   摘 要:采用KDF金属滤料过滤去除水中苯酚进行了一系列试验,测定了不同原水浓度、pH值、滤速下的去除率。试验结果表明,合理控制反应条件,它能够有效处理低浓度含酚水。若活性炭与KDF串联使用,可将浓度8 mg/L以下的含酚水处理达到饮用水水质要求。 ...

张凡,刘翔(清华大学环境科学与工程系,北京100084)

  摘 要:采用KDF金属滤料过滤去除水中苯酚进行了一系列试验,测定了不同原水浓度、pH值、滤速下的去除率。试验结果表明,合理控制反应条件,它能够有效处理低浓度含酚水。若活性炭与KDF串联使用,可将浓度8 mg/L以下的含酚水处理达到饮用水水质要求。
  关键词:KDF金属滤料;酚;水处理
  中图分类号:X703
  文献标识码:C
  文章编号:1000-4602(2001)09-0070-02

  由美国Don Heskett于1984年发明的KDF铜锌合金滤料专利技术是一项近年来才获得应用的新型水处理方法,与传统化学方法比较,具有工艺简单、维护方便、不污染环境的长处。KDF能够循环利用,集多种功能于一身,可去除水中多种污染物质。

1 试验装置与方法

  目前KDF介质主要有两种产品:KDF55和KDF85。KDF55是50%铜和50%锌的合金,颜色金黄,呈颗粒状,大小为0.145~2.00 mm,表观密度为2.4~2.9g/cm3,对去除氯及可溶性重金属最有效。KDF85是85%铜和15%锌的合金,颜色为红褐色,呈颗粒状,大小为0.149~2.00 mm,表观密度为2.2~2.7g/cm3,对去除铁和硫化氢等最有效。试验采用KDF55金属滤料。
  试验装置如图1所示。

  

  采用直径为70 mm、高为800 mm的有机玻璃管填装KDF55,填床高度为400 mm;另采用一个直径为100 mm、高为1 000 mm的有机玻璃柱填装活性炭,填床高度为400 mm。
  在不同滤速、不同浓度和不同pH值条件下,分别在进、出口处取水样进行分析试验,测定氧化还原电位、pH值以及苯酚浓度。其中酚类化合物浓度的测定采用4-氨基安替比林光度法。

2 结果与讨论

2.1 KDF对苯酚的去除效果
  采用自来水加苯酚配水,使用单独KDF过滤,试验结果如表1所示。

表1 KDF对苯酚的去除效果 进水pH 进水浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率(%) 8.0 0.241 <0.002 >99.2 8.0 0.549 0.253 53.9 8.0 0.674 0.342 49.3 8.0 0.972 0.640 34.4 8.0 1.796 1.423 20.8 注:滤速为15.6 m/h。

  从表1数据可以看到,在其他条件相同的情况下,进水浓度越低去除率越高,如KDF可将进水浓度为0.241 mg/L的苯酚去除99.2%以上。另外,对于不同浓度的苯酚,KDF的净去除量相差不大。假设苯酚的去除是通过被水中溶解氧等物质所氧化,则由于氧化反应的进行受到氧化剂量的限制,苯酚的去除量不可能通过其他操作条件的改变而提高,只能向水中添加氧化剂,如曝气。
2.2 KDF与活性炭对苯酚的联合作用
  
KDF与GAC联合使用去除苯酚的相关试验结果如表2。

表2 KDF与GAC联合去除苯酚的效果 项目 苯酚浓度(mg/L) 进水 1.868 3.847 7.915 KDF出水 1.766 3.847 7.915 GAC出水 0.166 0.170 0.206 KDF+GAC出水 0.093 0.124 0.196 GAC+KDF出水 <0.002 <0.002 <0.002 注:原水pH值为7.5。

  活性炭对苯酚的吸附存在一个最低浓度(对含苯酚浓度<0.2 mg/L的水去除效果不明显),但KDF可有效去除水中低浓度的苯酚,对苯酚浓度<0.25 mg/L的微污染原水,其去除率可达99%以上。因此,活性炭与KDF联合使用,既可克服活性炭的不足,又可充分利用KDF的作用。从表2可见,在原水pH值为7.5左右时,GAC与KDF串联使用,可将含苯酚浓度2~8 mg/L的原水处理达到饮用水标准。
2.3  KDF反应器参数对处理效果的影响
  改变pH值和滤速对处理效果的影响见表3、4。

表3 pH值对KDF去除苯酚的影响 pH 滤速(m/h) 进水浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率(%) 6.5 15.6 0.837 0.722 13.7 7.0 15.6 0.837 0.675 19.3 7.5 15.6 0.837 0.512 38.9 8.0 15.6 0.837 0.490 41.4

表4滤速对KDF去除苯酚的影响 滤速(m/h) 进水pH 进水浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率(%) 15.6 8.0 1.147 0.903 21.3 20.8 8.0 1.147 1.044 9.0 26.0 8.0 1.147 1.103 3.8 31.2 8.0 1.147 1.147 0

2.4 KDF去除苯酚的机理
  根据对试验数据及苯酚的化学性质分析,KDF对苯酚进的去除机理为电化学的催化氧化反应,即KDF通过催化水中溶解氧等氧化剂对苯酚进行氧化,将苯酚转化成其他物质而将其去除。由于苯酚的芳香环上带有羟基,羟基是很强的邻、对位的定位基,可以使苯环活化,很容易发生各种化学反应。由于苯酚在水溶液中会受到水中溶解氧等分子的进攻,在碱性或中性条件下会被氧化成对苯醌或邻苯醌;如果水中酚的浓度较低,溶解氧的浓度相对较高,那么醌会进一步被氧化成RCOOH;如果还存在更强的氧化剂的话,RCOOH会进一步反应分解为CO2和H2O(通常情况下实现这一步的可能性很小)。
当进水pH值较低,水溶液呈酸性时,由于水解平衡,不利于苯酚氧化的进一步进行:

  

  原水pH值越高,对去除苯酚的氧化反应越有利,但也不能过高,因为此时水中溶解氧的还原反应会受到一定的影响:O2+2H2O+4e-→4OH-,由于水解平衡的关系,若pH值太高的话,OH-会阻碍上式反应的进行。所以,pH值在中性偏碱的条件下,反应性能最好。

3 结论

  KDF可以有效去除水中低浓度的苯酚,对苯酚浓度<0.25 mg/L的微污染原水,其去除率可达99%以上。由于活性炭对苯酚的吸附存在一个最低浓度(根据试验,活性炭对于含苯酚浓度<0.2 mg/L水的去除效果不明显)。因此,KDF与活性炭联合使用,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,使含苯酚浓度为8 mg/L以下的原水经处理达到饮用水水质标准。

参考文献:

  [1]张寿恺,邱梅.KDF在饮用水处理中的应用[J].中国给水排水,1996,16(4):45-46.
  [2]王世聪.水处理化学方程与数据[M].北京:中国建筑工业出版社,1976.


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  收稿日期:2001-01-10

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