本发明涉及饮用水处理领域，尤其涉及一种去除饮用水中铅离子的方法。
背景技术：
铅(Pb)具有熔点低、密度高、抗腐蚀、易于机械加工等特点而被广泛应用于国民经济各个领域，如橡胶生产、蓄电池生产、电缆等。大量而广泛的使用导致铅以各种形式排放到环境中，造成水体、土壤和大气污染。铅的毒性很大，可经皮肤、消化道、呼吸道等进入人体，在人体内蓄积，主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中，尤以肝、肾中的浓度最高。铅可强烈抑制ATP酶的活化，导致神经系统的铅中毒，铅中毒可直接损伤人和动物的甲状腺功能，降低垂体激素的分泌及肾上腺皮质的机能，还可损伤生殖细胞及降低性功能。而儿童对铅毒害作用的敏感性要高于成年人，由于儿童的脑组织发育不完善，铅容易在儿童脑部蓄积，导致儿童中枢神经系统紊乱。如，2009年8月，陕西省凤翔县615名儿童血铅超标，其中166人属于中度、重度铅中毒，需要住院进行排铅治疗，主要是由于凤翔县长青镇建成了年产10万吨的铅锌冶炼项目和年产70万吨的焦化项目导致环境污染造成的。2012年3月，广东省韶关市仁化县董塘镇有37名14岁以下儿童被查出血铅超标，而血铅超标的原因，与邻近的丹霞冶炼厂有关。基于上述原因，我国对生活饮用水中前浓度做了一定的限制，《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅的限值为10μg/L。
目前，去除水中铅离子的方法主要有吸附法、离子交换法等，而研究最多的是吸附法，采用不同种类的吸附剂及对吸附剂进行不同形式的改性，来实现对水中铅离子的去除。专利CN102172510A公开了MnO2/Fe3O4复合吸附剂的制备方法及其去除水中铅的方法，通过共沉淀法将MnO2负载到Fe3O4上获得MnO2/Fe3O4复合吸附剂，对铅离子进行吸附。专利CN103071446A公开了磁性钛酸钠纳米管的两步水热制备方法及其在吸附去除水中Pb2+的应用，通过两步水热法制备一种负载铁酸钻的磁性钛酸钠纳米管，对水中铅离子进行吸附。专利CN101891289A公开了一种去除水源水中铅的有效方法，向絮凝池的含铅原水中投加高锰酸钾与硫酸锰，絮凝后进入斜管沉淀池，沉后水经滤池过滤。专利CN106587288A公开了一种电吸附去除水中铅离子的方法，利用酸化活性炭纤维作为电极材料电吸附去除水中铅离子。
综上所述，去除水中铅离子的方法存在铅离子吸附去除效率低，吸附剂制备复杂，使用不方便，很难进行大规模应用的缺点。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有去除水中铅离子的方法存在铅离子去除效率低，使用操作不方便、很难进行大规模应用的问题，而提供了一种利用单过硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法。
本发明的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，是通过以下步骤实现的：
一、向待处理水中加入亚硫酸盐，控制亚硫酸盐浓度为2～100mg/L；
二、将含有亚硫酸盐的待处理水引入装有锰砂的过滤床，进行过滤处理后，即完成利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法。
所述待处理水为地下水，地表水经混凝、沉淀处理后出水，流程见图1。
本发明一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法中所述亚硫酸盐为亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸钾(K2SO3)、亚硫酸钙(CaSO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、亚硫酸氢钾(KHSO3)中的一种或几种的混合物。
本发明一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法的原理：水中亚硫酸盐(SO32-)在锰砂的催化作用下，被氧气(O2)迅速氧化为硫酸根自由基(SO4·-)，见反应式(1)至(3)，然后，生成的硫酸根自由基能够迅速将吸附在锰砂表面的铅离子(Pb2+)氧化为二氧化铅(PbO2)颗粒，见反应式(4)，生成的PbO2颗粒被截留到锰砂表面，达到去除水中Pb2+的目的。利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的反应机理见图2。
本发明的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法具有以下优点：
(1)亚硫酸盐化学性质稳定，运输、储存方便，价格便宜，商业易得；
(2)亚硫酸盐已被国家正式列入饮用水还原剂产品目录，操作简单，不需要额外增加设备，不改变水厂原有处理工艺，能够进行大规模应用；
(3)锰砂催化氧气氧化亚硫酸盐产生硫酸根自由基速度快；
(4)硫酸根自由基能够快速将铅离子(Pb2+)氧化为二氧化铅(PbO2)颗粒，铅离子去除效率高，去除率达98％以上。
附图说明
图1是利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子方法的工艺流程；
图2是利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子方法的反应机理。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，是通过以下步骤实现的：
一、向待处理水中加入亚硫酸盐(SO32-)，控制亚硫酸盐浓度为2～100mg/L；
二、将含有亚硫酸盐的待处理水引入装有锰砂的过滤床，进行过滤处理后，即完成利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法。
所述待处理水为地下水，地表水经混凝、沉淀处理后出水，流程见图1。
本实施方式的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法的原理：水中亚硫酸盐(SO32-)在锰砂的催化作用下，被氧气(O2)迅速氧化为硫酸根自由基(SO4·-)，见反应式(1)至(3)，然后，生成的硫酸根自由基能够迅速将吸附在锰砂表面的铅离子(Pb2+)氧化为二氧化铅(PbO2)颗粒，见反应式(4)，生成的PbO2颗粒被截留到锰砂表面，达到去除水中Pb2+的目的。利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的反应机理见图2。
本实施方式的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法具有以下优点：
(1)亚硫酸盐化学性质稳定，运输、储存方便，价格便宜，商业易得；
(2)亚硫酸盐已被国家正式列入饮用水还原剂产品目录，操作简单，不需要额外增加设备，不改变水厂原有处理工艺，能够进行大规模应用；
(3)锰砂催化氧气氧化亚硫酸盐产生硫酸根自由基速度快；
(4)硫酸根自由基能够快速将铅离子(Pb2+)氧化为二氧化铅(PbO2)颗粒，铅离子去除效率高。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的待处理水中的亚硫酸盐浓度为5～90mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的待处理水中的亚硫酸盐浓度为10～80mg/L。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的待处理水中的亚硫酸盐浓度为20～70mg/L。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的待处理水中的亚硫酸盐浓度为30～60mg/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的待处理水中的亚硫酸盐浓度为40～50mg/L。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：亚硫酸盐为亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸钾(K2SO3)、亚硫酸钙(CaSO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、亚硫酸氢钾(KHSO3)中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
本实施方式中亚硫酸盐为混合物时，以任意比混合。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：待处理地下水中含100μg/L Pb2+，向其中投加10.0mg/L亚硫酸钠(Na2SO3)，然后将其引入锰砂滤池，过滤后利用等离子体质谱仪测试出水中剩余铅离子浓度为5μg/L，去除率达95％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例2：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含100μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入20mg/L亚硫酸氢钠(NaHSO3)，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为4μg/L，去除率达96％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例3：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含200μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入30mg/L亚硫酸钾(K2SO3)，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为6μg/L，去除率达97％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例4：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含200μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入30mg/L亚硫酸钙(CaSO3)，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为8μg/L，去除率达96％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例5：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含500μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L亚硫酸氢钾(KHSO3)，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为8μg/L，去除率达98.4％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例6：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含500μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)与亚硫酸钾(K2SO3)按摩尔比为1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为6μg/L，去除率达98.8％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例7：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含500μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)与亚硫酸钙(CaSO3)按摩尔比为1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为7μg/L，去除率达98.6％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例8：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含300μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)与亚硫酸氢钠(NaHSO3)按摩尔比为1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为5μg/L，去除率达98.3％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例9：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含300μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入50mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)与亚硫酸氢钾(KHSO3)按摩尔比为1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为5μg/L，去除率达98.3％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例10：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含400μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入60mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸钾(K2SO3)与亚硫酸氢钾(KHSO3)按摩尔比为1:1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为5μg/L，去除率达98.75％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例11：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含400μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入60mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸钾(K2SO3)、亚硫酸钙(CaSO3)与亚硫酸氢钾(KHSO3)按摩尔比为1:1:1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为6μg/L，去除率达98.5％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
实施例12：本实施例的一种利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法，其是通过以下步骤实现的：含500μg/L Pb2+的地表水，经过混凝、沉淀处理后，向出水中加入60mg/L亚硫酸盐，亚硫酸盐是由亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸钾(K2SO3)、亚硫酸钙(CaSO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)与亚硫酸氢钾(KHSO3)按摩尔比为1:1:1:1:1的比例混合而成，然后将其引入锰砂滤池，过滤后测定出水中Pb2+的浓度为5μg/L，去除率达99％，小于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定铅离子10μg/L的限值。
由此可见，利用亚硫酸盐强化锰砂去除水中铅离子的方法具有比较突出的优势。