本发明属于用化学处理法净化生活饮用水,以去除水体中的铅污染。 铅的污染和毒害很早就发生过。在古罗马时代,铅被大量用来制作水管、饮食器皿等。富有的罗马人选用铅制作炊具,因为铅制炊具可溶入乙酸铅(即铅糖)而使食物变甜。正是这些器皿使古罗马统治集团成为铅毒的受害者,促使了这古老帝国的崩溃衰亡。现代,在南斯拉夫、英、美国等国也都发生过用含铅釉料的陶瓷盛装酸性液体,促使铅的溶出,而导致数起铅中毒事件。
铅进入人体的途径主要是通过含铅尘气,受铅污染水体经呼吸道和消化道而被吸收的。铅对人体中枢神经系统、骨髓造血系统、肾脏和男性生殖腺都会造成一定的损害。其中,严重的是铅对神经系统的伤害,从引起末梢神经炎始,出现运动和感觉障碍。进而,铅随血流入脑组织、损害小脑和大脑皮质细胞,干扰代谢活动,发展为弥漫性的脑损伤。1991年7月15日,美国《新闻周刊》(NEWSWEEK)刊登了沃尔德曼(S.Waldmqn)的一篇长篇报导,指出“年龄在6个月到6周岁的儿童最有可能患铅中毒,出现智能发育障碍和行为异常。”微量铅还能透过母体胎盘,侵入胎儿体内和脑组织。该文的导语是“公众健康官员惊呼:铅是儿童的头号环境威胁。”
环境水体直接关系到公众地身心健康,因而很多国家都十分关注环境水质的改善,尤其是对生活饮用水水质,不但标准提高,检测控制项目也在不断增多,自然,处理的投资强度也在相应增大。1991年5月,美国《化学与工程杂志》(C&EN)报导了美国环境保护署(EPA)新制定的饮用水中铅含量的新限值,该条例规定,饮用水中的铅浓度允许值,将从过去的50ppb的限量值(1ppb=10-9),降低到平均值5ppb。该法规还要求各地的公用水供应站监测铅在全国亿万套住宅中的行踪。美国环保署估计“执行这一法规每年将耗资8亿美元,但确认其收益甚易超出成本。”由此看来,对现在潜在的和现实的危害更大的铅污染,作出更加严格的控制,是十分必要的。
目前,采用高效的离子筛法,从生活饮用水中直接除铅的工作,在国内外尚未见报导。本发明以脱铅和提高水质为目的。内容是:一种用于生活饮用水净化的脱铅离子筛及其制造方法和该离子筛的应用。本脱铅离子筛可以高效地、简捷地去除水体中的铅离子,而进料水不需要任何预处理即可直接通入交换吸附柱。其出水可满意地达到预定的水质标准。
本脱铅离子筛的制造方法是;
一、载体硅胶的预处理
取市售原色粗孔硅胶(比表面约500米2/克,孔径约为8-14纳米),经去离子水热浸洗二次,以除去硅胶表面附着的固体杂质,再用乙醇浸洗一次,以除去硅胶表面的有机物。经洗涤后的硅胶,置于恒温干燥箱中,120℃干燥脱水,然后,大体按所需粒度范围(如20~50目)研磨破碎,最后经标准筛筛分后即可得一系列不同粒径的硅胶载体。
二、基体的制备
取硫酸钛酰(TiOSO4·H2O),配成浓度为0.6摩尔/升(mol/L)的溶液,放入经处理过的硅胶载体,调PH值为1-2,煮沸6小时,陈化18小时,则反应形成的β-钛酸在硅胶的孔隙中及表面上得以牢固沉积。过滤并充分洗涤,以除去未反应或未载附于硅胶上的物质。然后,在480~500℃下烘烧4小时,即得到硅胶-钛化物复合基体。
三、铅的引入
把上述基体浸泡在0.08摩尔/升(mol/L)的乙酸铅溶液中,经24小时,以待其吸附铅离子达到饱和。过滤出,则得未固位的硅胶-钛化物(铅)复合物。
四、热处理即热力学重结晶阶段
将吸附了铅离子的硅胶-钛化物(铅)复合物置入焙烧设备中,温度为510±10℃,在空气流中焙烧6小时左右。此时,引入的铅已通过热力学重结晶在基体中得以固定位置。此即为铅型离子筛筛体。
五、酸洗成筛
用0.2摩尔/升(mol/L)的盐酸从上述筛体中把铅离子洗脱下来,这样就在上述筛体内部造成了与铅离子相符合的特定位置,因而,可以从水体中实现对铅离子的特效选择性交换吸附。
用乏了的(即吸附达饱和)离子筛,可按此酸洗再生,反复使用。此即为高效能、可再生的脱铅离子筛。
本脱铅离子筛的应用方法
本脱铅离子筛与待净化的水体进行有效接触,即可除去水体中的铅离子。
接触方式可以连续进行,也可以间歇进行。连续接触是要受处理的水体连续通过床(或柱)中的离子筛筛体层,即可达到脱铅的目的。间歇接触需在备有搅拌装置的反应器中进行。自然,连续接触的经济性会好得多。
在分散式的小规模处理中,如山区营房、民房用水,或某些临时受污染的小区用水,可以做成通用的柱式设备,内填充本脱铅离子筛做为滤层,连接于有关水网末端,进入用户。
在集中式给水工程中,可考虑在原工艺末端,增设一系列固定交换吸附床(如采用3床),床中填料为本脱铅离子筛。采用连续逆流接触的方式处理,使待净化水体依次通过各吸附床中的脱铅离子筛。使用多日之后,当与水体首先接触的第1床中的离子筛几乎被筛附了的铅离子所饱和时,第2床中的脱铅离子筛所筛附的铅离子数量少一些,依此类推,一直到最后一床未检出被筛附的铅离子为止。当第1床脱铅离子筛被铅离子所饱和之后,可撤出(用0.2摩尔/升(mol/L)的盐酸淋洗再生,待用),此时,应将待净化水体引入第2床,而在流程末端增补一床新鲜的(或再生过的)脱铅离子筛,以便与水体进行最后的接触处理。吸附床可循环使用。总之,用本脱铅离子筛,按常规的床式接触技术,可达满意的净化效果。
实施例:
例1、某生活饮用水,经本脱铅离子筛净化处理前后,检测结果如表1。
表1检测项目铅汞镉铬(六价)总铁锰净化处理前(毫克/升)0.0980.0010.0090.0450.120.05脱铅净化后(毫克/升)0.0030.00080.0060.0420.030.04
检测项目氟化物氰化物砷化物硫酸盐挥发性酚净化处理前(毫克/升)0.980.010.022080.001脱铅净化后(毫克/升)0.880.010.021960.001
例2、某水体,作了加浓铅并加入放射性镭的配液试验,经本脱铅离子筛净化处理前后,检测结果列于表2。
表2检测项目铅(加浓)汞镉铬(六价)总铁锰净化处理前(毫克/升)3.500.0010.0090.0450.120.05脱铅净化后(毫克/升)0.0040.00080.0060.0420.040.04
检测项目氟化物氰化物砷化物硫酸盐挥发性酚镭-226(配人试验)净化处理前(毫克/升)0.980.010.022080.0015.0贝可/升脱铅净化后(毫克/升)0.860.010.021900.0010.01贝可/升
实验证明:
1.本脱铅离子筛对去除水体中的铅具有显著功能,出水水质可大大优于国标GB 5749-85(生活饮用水卫生标准),也能符合美国新拟订的铅限量新标准,可将铅含量,除到5ppb以下。
2.配水加浓铅35倍试验证明,本脱铅离子筛可以应用于某种需要严格限制铅含量的特殊用水。
3.配水加入镭的试验证明,本脱铅离子筛对于去除水体中的放射性核素镭-226,有良好的效果。
4.本脱铅离子筛对降铁兼备一定效果,对其它若干检测项目的优化,也有作用。