KDF金属滤料去除水中苯酚的试验研究

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