申請(qǐng)日2013.07.25

　　公開(kāi)(公告)日2013.10.09

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F1/64; C02F1/72

　　摘要

　　本發(fā)明涉及水中毒性很大的砷的去除和控制技術(shù)，公開(kāi)了一種可用于地下水修復(fù)、飲用水處理、工業(yè)含砷廢水處理、污水深度處理、以及集成的小型水處理系統(tǒng)的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法。具體是向含有砷的水中投加過(guò)硫酸鹽和零價(jià)鐵，過(guò)硫酸鹽的投加量按其與砷的摩爾比為5:1~100:1投加，水中零價(jià)鐵與過(guò)硫酸鹽的摩爾比為1:1~10:1，待混合液充分混合過(guò)濾或沉淀完成砷的去除。本發(fā)明操作十分簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用;使用安全，可以用于保障水質(zhì)安全。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，向含有砷的水中投加過(guò)硫酸鹽和零價(jià)鐵，過(guò)硫酸鹽的投加量按其與砷的摩爾比為5:1~100:1投加，水中零價(jià)鐵與過(guò)硫酸鹽的摩爾比為1:1~10:1，待混合液充分混合過(guò)濾或沉淀完成砷的去除。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨和單過(guò)硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨中的任意一種或多種。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，還包括向含砷的水中投加過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑，所述過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑包括氯化/硝酸/硫酸亞鐵和氯化/硝酸/硫酸鐵中的一種或多種;所述過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑的投加量按其與過(guò)硫酸鹽投加量的摩爾比為0.1:1~1:1。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述零價(jià)鐵為：粉末零價(jià)鐵、零價(jià)鐵濾柱或零價(jià)鐵滲透墻。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述含砷的水為地下水、飲用水、工業(yè)含砷廢水、污水或集成小型水中的一種或多種。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述含砷的水中的砷的含量為：0~1 g/L。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述過(guò)硫酸鹽和過(guò)硫酸鹽的協(xié)同藥劑的投加方式為固體粉投加或溶液形式投加。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述含砷的水PH > 2的任何pH范圍。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及水中毒性很大的砷的去除和控制技術(shù)，更具體地，涉及一種可用于地下水修復(fù)、飲用水處理、工業(yè)含砷廢水處理、污水深度處理、以及集成的小型水處理系統(tǒng)的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　砷及砷化合物是典型的“三致”物質(zhì)，長(zhǎng)期飲用高砷水，會(huì)引起黑腳病、神經(jīng)痛、血管損傷以及增加心臟病發(fā)病率。我國(guó)的新疆、山西、內(nèi)蒙古、吉林、寧夏、青海等十幾個(gè)省、自治區(qū)發(fā)現(xiàn)了飲用水砷中毒，污染狀況十分嚴(yán)重，其中地下水中砷的污染尤為嚴(yán)重，地表水中也存在不同程度的砷污染。在自然水體中，砷主要以As(III)和As(V)兩種形態(tài)存在，As(III)的毒性比As(V)高出60倍。我國(guó)2006年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定砷的限值濃度為10 μg/L，但根據(jù)中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)所的監(jiān)測(cè)結(jié)果，我國(guó)飲用水中砷的濃度超過(guò)此限值的暴露人群超過(guò)調(diào)查人群的15%。因此，發(fā)展高效經(jīng)濟(jì)的砷去除技術(shù)是目前水處理領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

　　目前常用的水中除砷工藝可以分為混凝沉淀法、離子交換法、反滲透法和吸附法�；炷�沉淀法除砷簡(jiǎn)便、易于實(shí)施，與氧化劑相配合，還可同時(shí)去除水中的As(III)和As(V)，但該法很難把水中砷的濃度降到達(dá)標(biāo)排放，而且會(huì)產(chǎn)生大量的含砷廢渣，造成對(duì)環(huán)境的二次污染。離子交換法除砷效率通常不高，因?yàn)槠渌麜?huì)與砷競(jìng)爭(zhēng)的離子濃度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砷的濃度。反滲透工藝除砷效果好，但是該工藝非常昂貴，而且需要預(yù)處理。吸附法在處理含砷量較低的水時(shí)，具有處理效率高、吸附干擾小等優(yōu)點(diǎn)，而且吸附劑可以再生重復(fù)使用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，缺點(diǎn)是作用時(shí)間較長(zhǎng)，處理費(fèi)用較高，并且對(duì)As(III)的處理效果不理想。

　　零價(jià)鐵是一種性能良好、價(jià)格低廉的除砷吸附劑，在國(guó)外已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于地下水修復(fù)。零價(jià)鐵對(duì)As(V)的吸附能力較強(qiáng)，但對(duì)As(III)的去除效果一般。同時(shí)，零價(jià)鐵具有還原能力，在缺氧條件下，可以將As(V)還原為As(III)，不利于砷的去除。因此，把As(III)氧化成As(V)是有效去除砷的一個(gè)關(guān)鍵因素。

　　利用高級(jí)氧化工藝，將As(III)氧化成As(V)，是提高零價(jià)鐵除砷效果的一個(gè)有效的途徑。同時(shí)，高級(jí)氧化工藝中產(chǎn)生的自由基，可以快速將零價(jià)鐵表面氧化為新生態(tài)的鐵氧化物，這些鐵氧化物相比于零價(jià)鐵具有更高的砷吸附容量。

　　綜上所述，非常有必要研發(fā)一種可以有效、經(jīng)濟(jì)、安全的強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理技術(shù)，這種技術(shù)不僅可用于地下水修復(fù)和飲用水處理，還可以用于工業(yè)含砷廢水處理、污水深度處理、以及集成的小型水處理系統(tǒng)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，本發(fā)明的方法可以高效去除水中的砷，其中砷包括As(III)、As(V)與有機(jī)砷，達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定砷的標(biāo)準(zhǔn)，低于10 μg/L。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

　　一種強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷的水處理方法，向含有砷的水中投加過(guò)硫酸鹽和零價(jià)鐵，過(guò)硫酸鹽的投加量按其與砷的摩爾比為5:1~100:1投加，水中零價(jià)鐵與過(guò)硫酸鹽的摩爾比為1:1~10:1，待混合液充分混合過(guò)濾或沉淀完成砷的去除。

　　更進(jìn)一步的，所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨和單過(guò)硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨中的任意一種或多種。

　　為了加強(qiáng)砷的去除效果，還含砷的水中投加過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑，所述過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑包括氯化/硝酸/硫酸亞鐵和氯化/硝酸/硫酸鐵中的一種或多種;所述過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑的投加量按其與過(guò)硫酸鹽投加量的摩爾比為0.1:1~1:1。

　　本發(fā)明的原理是，通過(guò)加入過(guò)硫酸鹽和其協(xié)同藥劑強(qiáng)化零價(jià)鐵除砷，零價(jià)鐵可以催化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基(SO4·–)，其氧化還原電位為2.5–3.1 V，在中性或堿性條件下高于羥基自由基(OH·) (1.9–2.0 V)，在酸性條件下與OH· (2.4–2.7 V) 相近。SO4·–可以高效快速地將水中的As(III)氧化成As(V)，同時(shí)，零價(jià)鐵表面被過(guò)硫酸鹽和SO4·–氧化為新生態(tài)氧化鐵，可以更高效的吸附As(V)。過(guò)硫酸鹽協(xié)同藥劑中的鐵離子和亞鐵離子的加入可以促進(jìn)過(guò)硫酸鹽更快的分解，產(chǎn)生更多的SO4·–，從而使As(III)的降解速度更快。本發(fā)明可以完全去除水中砷，比現(xiàn)有的零價(jià)鐵吸附除砷的效率提高50~100%。硫酸根自由基氧化砷后產(chǎn)生SO42-，對(duì)水質(zhì)影響不大。

　　As(III) + SO4·– → As(IV) + SO42–

　　As(IV) + SO4·– → As(V) + SO42–

　　As(IV) + O2 + H+ → As(V) + HO2/O2–

　　更進(jìn)一步的，所述零價(jià)鐵為：粉末零價(jià)鐵、零價(jià)鐵濾柱或零價(jià)鐵滲透墻。零價(jià)鐵可以采用市售零價(jià)鐵、納米零價(jià)鐵或加工廠的鐵廢棄物，如：銼屑、切屑、刨屑和鐵粉末等;混合反應(yīng)方式包括管式混合器混合，攪拌槳攪拌，水力攪拌等。

　　更進(jìn)一步的，所述含砷的水為地下水、飲用水、工業(yè)含砷廢水、污水或集成小型水中的一種或多種。本發(fā)明不僅可以用在農(nóng)村和城市地下水的修復(fù)、飲用水中砷的去除，還可以用于污水與工業(yè)廢水中砷的去除。根據(jù)不同的水體，可以按照水質(zhì)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)器構(gòu)型和藥劑配比，達(dá)到快速去除水中砷的目的。

　　更進(jìn)一步的，所述含砷的水中的砷的含量為：0~1 g/L。

　　更進(jìn)一步的，所述過(guò)硫酸鹽和過(guò)硫酸鹽的協(xié)同藥劑的投加方式為固體粉投加或溶液形式投加。

　　更進(jìn)一步的，所述含砷的水PH > 2的任何pH范圍，如果pH太小，零價(jià)鐵都溶解了，不適合用零價(jià)鐵來(lái)處理。本發(fā)明對(duì)pH> 2條件下的任何水體內(nèi)的砷均有很好的降解效果，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)不同的水質(zhì)特性，調(diào)節(jié)藥劑投量，達(dá)到砷的最快速的去除。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明操作十分簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用;使用安全，可以用于保障水質(zhì)安全。