張凡，劉翔(清華大學環境科學與工程系，北京100084)

　　摘　要：采用KDF金屬濾料過濾去除水中苯酚進行了一系列試驗，測定了不同原水濃度、pH值、濾速下的去除率。試驗結果表明，合理控制反應條件，它能夠有效處理低濃度含酚水。若活性炭與KDF串聯使用，可將濃度8 mg/L以下的含酚水處理達到飲用水水質要求。
　　關鍵詞：KDF金屬濾料；酚；水處理
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)09-0070-02

　　由美國Don Heskett于1984年發明的KDF銅鋅合金濾料專利技術是一項近年來才獲得應用的新型水處理方法，與傳統化學方法比較，具有工藝簡單、維護方便、不污染環境的長處。KDF能夠循環利用，集多種功能于一身，可去除水中多種污染物質。

1　試驗裝置與方法

　　目前KDF介質主要有兩種產品：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，對去除鐵和硫化氫等最有效。試驗采用KDF55金屬濾料。
　　試驗裝置如圖1所示。

　　

　　采用直徑為70 mm、高為800 mm的有機玻璃管填裝KDF55，填床高度為400 mm；另采用一個直徑為100 mm、高為1 000 mm的有機玻璃柱填裝活性炭，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、出口處取水樣進行分析試驗，測定氧化還原電位、pH值以及苯酚濃度。其中酚類化合物濃度的測定采用4-氨基安替比林光度法。

2　結果與討論

2.1　KDF對苯酚的去除效果
　　采用自來水加苯酚配水，使用單獨KDF過濾，試驗結果如表1所示。

表1　KDF對苯酚的去除效果 進水pH 進水濃度(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數據可以看到，在其他條件相同的情況下，進水濃度越低去除率越高，如KDF可將進水濃度為0.241 mg/L的苯酚去除99.2%以上。另外，對于不同濃度的苯酚，KDF的凈去除量相差不大。假設苯酚的去除是通過被水中溶解氧等物質所氧化，則由于氧化反應的進行受到氧化劑量的限制，苯酚的去除量不可能通過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與活性炭對苯酚的聯合作用
　　KDF與GAC聯合使用去除苯酚的相關試驗結果如表2。

表2　KDF與GAC聯合去除苯酚的效果 項目 苯酚濃度(mg/L) 進水 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。

　　活性炭對苯酚的吸附存在一個最低濃度(對含苯酚濃度＜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，對苯酚濃度＜0.25 mg/L的微污染原水，其去除率可達99%以上。因此，活性炭與KDF聯合使用，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，在原水pH值為7.5左右時，GAC與KDF串聯使用，可將含苯酚濃度2～8 mg/L的原水處理達到飲用水標準。
2.3　　KDF反應器參數對處理效果的影響
　　改變pH值和濾速對處理效果的影響見表3、4。

表3　pH值對KDF去除苯酚的影響 pH 濾速(m/h) 進水濃度(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KDF去除苯酚的影響 濾速(m/h) 進水pH 進水濃度(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去除苯酚的機理
　　根據對試驗數據及苯酚的化學性質分析，KDF對苯酚進的去除機理為電化學的催化氧化反應，即KDF通過催化水中溶解氧等氧化劑對苯酚進行氧化，將苯酚轉化成其他物質而將其去除。由于苯酚的芳香環上帶有羥基，羥基是很強的鄰、對位的定位基，可以使苯環活化，很容易發生各種化學反應。由于苯酚在水溶液中會受到水中溶解氧等分子的進攻，在堿性或中性條件下會被氧化成對苯醌或鄰苯醌；如果水中酚的濃度較低，溶解氧的濃度相對較高，那么醌會進一步被氧化成RCOOH；如果還存在更強的氧化劑的話，RCOOH會進一步反應分解為CO2和H2O(通常情況下實現這一步的可能性很小)。
當進水pH值較低，水溶液呈酸性時，由于水解平衡，不利于苯酚氧化的進一步進行：

　　

　　原水pH值越高，對去除苯酚的氧化反應越有利，但也不能過高，因為此時水中溶解氧的還原反應會受到一定的影響：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-，由于水解平衡的關系，若pH值太高的話，OH-會阻礙上式反應的進行。所以，pH值在中性偏堿的條件下，反應性能最好。

3 結論

　　KDF可以有效去除水中低濃度的苯酚，對苯酚濃度＜0.25 mg/L的微污染原水，其去除率可達99%以上。由于活性炭對苯酚的吸附存在一個最低濃度(根據試驗，活性炭對于含苯酚濃度＜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以下的原水經處理達到飲用水水質標準。

參考文獻：

　　［1］張壽愷，邱梅.KDF在飲用水處理中的應用［J］.中國給水排水，1996，16(4)：45-46.
　　［2］王世聰.水處理化學方程與數據［M］.北京：中國建筑工業出版社，1976.

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　　收稿日期：2001-01-10