張凡，劉翔(清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100084)

　　摘　要：采用KDF金屬濾料過(guò)濾去除水中苯酚進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，測(cè)定了不同原水濃度、pH值、濾速下的去除率。試驗(yàn)結(jié)果表明，合理控制反應(yīng)條件，它能夠有效處理低濃度含酚水。若活性炭與KDF串聯(lián)使用，可將濃度8 mg/L以下的含酚水處理達(dá)到飲用水水質(zhì)要求。
　　關(guān)鍵詞：KDF金屬濾料；酚；水處理
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)09-0070-02

　　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0.145～2.00 mm，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0.149～2.00 mm，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70 mm、高為800 mm的有機(jī)玻璃管填裝KDF55，填床高度為400 mm；另采用一個(gè)直徑為100 mm、高為1 000 mm的有機(jī)玻璃柱填裝活性炭，填床高度為400 mm。
　　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。

表1　KDF對(duì)苯酚的去除效果 進(jìn)水pH 進(jìn)水濃度(mg/L) 出水濃度(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：濾速為15.6 m/h。

　　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0.241 mg/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。

表2　KDF與GAC聯(lián)合去除苯酚的效果 項(xiàng)目 苯酚濃度(mg/L) 進(jìn)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值為7.5。

　　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＜0.2 mg/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＜0.25 mg/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2～8 mg/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。

表3　pH值對(duì)KDF去除苯酚的影響 pH 濾速(m/h) 進(jìn)水濃度(mg/L) 出水濃度(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濾速對(duì)KDF去除苯酚的影響 濾速(m/h) 進(jìn)水pH 進(jìn)水濃度(mg/L) 出水濃度(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＜0.25 mg/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＜0.2 mg/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8 mg/L以下的原水經(jīng)處理達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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　　［2］王世聰.水處理化學(xué)方程與數(shù)據(jù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1976.

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　　收稿日期：2001-01-10