CN100567181C - 预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法 - Google Patents

预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法 Download PDF

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关小红
姜利
刘德钊
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Abstract

预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,它涉及一种去除地下水中砷的方法,属于水处理技术领域。它克服了纯的零价铁比较贵,而且纯的零价铁的腐蚀速度比较慢,限制了砷在零价铁上的吸附的缺陷。本发明包括如下步骤:利用臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾、H2O2、光催化氧化试剂或Fenton试剂对含砷地下水进行预氧化,从而把As(III)转化为As(V);经过预氧化的水通过含有铸铁屑和炭粒的滤床,预氧化阶段剩余的氧化剂促进本步骤的反应。

Description

预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法
技术领域
本发明涉及一种去除地下水中砷的方法,属于水处理技术领域。背景技术
地下水是我国城市和工农业用水的主要水源,在我国新疆、内蒙古、陕西、贵州、吉林、宁夏、青海等省份的一些城市都不同程度地存在着饮用水中砷超标的问题,发展高效、价廉的方法去除地下水中的砷已经是亟待解决的问题。
目前常用的水中除砷工艺可以分为离子交换法、反渗透法、混凝沉淀法和吸附法。由于其他会与砷竞争的离子浓度通常远远高于砷的浓度,离子交换法
用于砷的去除通常效率不高。反渗透工艺可以把砷的浓度降到10)tig/L,但是该工艺成本非常昂贵,而且经常需要预处理以去除会导致膜结垢的物质。虽然混
凝沉淀法简便、易于实施,如与氧化剂相配合,还可同时去除水中的As(m)和
As(V),但该法很难把水中砷的浓度降到达标排放,而且会产生大量的含砷废渣,造成对环境的二次污染。吸附法在处理含砷量较低的饮用水时,具有处理效率高、吸附干扰小等优点,而且吸附剂可以再生重复使用,不会对环境造成二次污染,缺点是作用时间较长,处理费用较高等问题。
活性氧化铝是常用的砷吸附剂,但是活性氧化铝作为吸附剂有如下缺点:一是活性氧化铝在吸附饱和后需要再生,再生液会产生而且需要进一步处理,而且每一次再生都会丧失一部分吸附能力,• 二是通常在酸性条件下活性氧化铝对砷的去除效果才比较好,但是在酸性条件下,活性氧化铝常常有比较大的溶解度,水中微量的铝离子对人体有害,会引起神经退化方面的疾病。国外已经有研究者利用纯的零价铁来修复被砷污染的地下水,但是纯的零价铁比较贵,而且纯的零价铁的腐蚀速度比较慢,限制了砷在零价铁上的吸附。铸铁屑主要-来源于加工厂的废弃物,如挫屑、切屑、包l调和Fe粉末等,价廉易得,而且铸铁屑中的Fe3C可以作为阴极促进铁的腐蚀反应。已经有研究显示单位重量的铁腐蚀新生成的铁氧化物比一些老化的铁氧化物,如四方纤铁矿和针铁矿,具有更高的吸附容量。但是国内外利用铸铁屑去除水中的砷还鲜见报道,而利用预氧化作为铸铁屑吸附砷的前处理工艺国内外都还未见报道。发明内容
本发明的目的是提供一种预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,以克服纯的零价铁比较贵、腐蚀速度比较慢从而限制了砷在零价铁上的吸附的缺陷。
本发明包括如下歩骤: 一、利用臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾、h2o2、光催^:氧
化试剂或Fenton试剂对含砷地下水进行预氧化,从而把As(III)转化为As(V);二、经过预氧化的水通过含有铸铁屑和炭粒的滤床,预氧化阶段剩余的氧化剂促进本步骤的反应。
当经过预氧化的含砷地下水通过含有铸铁屑和炭粒的滤床时,铸铁屑中的纯铁作为阳极,碳化铁及杂质作为阴极,会发生微电解反应。而往铸铁中投加的炭粒可作为宏观阴极材料,与铸铁屑组成宏观电池,发生宏电解反应。由于复合电解反应的发生,铸铁屑表面会生成一些铁氧化物,炭粒表面也可能会被铁氧化物包裹,这些铁氧化物对水中的As(V)亲和力比较强,可以把水中的As(V)有效去除。本发明采用氧化剂把As(m)氧化成As(V),降低了As的毒性并且可以促进As在铁氧化物表面的吸附。碳化铁及杂质的存在和炭粒的投加可以加剧零价铁的腐蚀反应和表面铁氧化物的生成,从而解决零价铁单独用于砷的吸附受到腐蚀速率限制的问题。本方法具有投资成本小、操作简单、工作可靠等优点,铸铁屑不需回收、不需外加电源、不需复杂的处理装置,是一种很有发展前途的除砷工艺。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式由如下步骤组成: 一、利用臭氧、高铁酸钾、
高锰酸钾或?1202对含砷地下水进行预氧化,从而把As(III)转化为As(V); 二、
经过预氧化的水通过含有铸铁屑和炭粒的滤床,预氧化阶段剩余的氧化剂.促进本步骤的反应。
铁炭层上方和下方利用沙砾作为辅助填料层。水与氧化剂的接触时间控制
在5-15分钟,而7JC在铁炭滤床中的水力停留时间根据水中砷浓度的不同可控制.在5-60分钟。铸铁屑和炭粒使用之前要清洗.,去除表面的污染物。铸铁屑与炭粒的混合比例为20-50:1 (重量比)或体积比1:1-2:1。铸铁屑和炭粒的粒径应控制在0.3-5 mm,以增加腐蚀微电池的数量,控制腐蚀微电池的阴、阳极的电流密度,加快界面上的电化学反应的速度。去除地下水中的砷主要利用的是铁屑
腐蚀后表面的铁氧化物对As(V)的强大的吸附能力、腐蚀过程中产生的铁离子和亚铁离子对As(V)的混凝作用以及铸铁屑的过滤作用。
所述氧化剂还可以是光催化氧化试剂或Fenton试剂,所述炭粒可以是活性炭、焦炭、石墨、粉煤灰和木炭中的一种或任意几种的混合物。通过利用铸铁和炭粒的混合物可以加剧铁的腐蚀速度,提高铁对污染物的去除效率,还能维持铁屑之间有一定的空隙率,防止铁屑结块,保持良好的水力条件。此外投加的炭粒还有一定的吸附能力,可以促进砷的去除。
具体实施方式二:本实施方式与实施方式一的不同之处是地下水在进入铁炭滤床之前要曝气,增加水中氧气的浓度,以促进铁的腐蚀和砷的吸附。
具体实施方式三:本实施方式与实施方式一的不同之处是地下水在进入铁炭滤床之前调解pH在3-6的范围内,以促进铁的腐蚀和砷的吸附。
具体实施方式四:本实施方式与实施方式一的不同之处是地下水在进入铁
炭滤床之前投加cr, cr的浓度控制在ktMo—2 moi/l之间,以促进铁的腐蚀和砷的吸附。.
具体实施方式五:本实施方式与实施方式一的不同之处是地下水在进入铁
炭滤床之前投加Fe", Fe"的浓度控制在l(rM(^moI/L之间,以促进铁的腐蚀和砷的吸附。
具体实施方式六:本实施方式与实施方式一的不同之处是铸铁屑在与炭粒混合之前跟Fe304以0.5:1-2:1的比例混合并研磨,然后把表面覆盖了一层Fe304的铸铁屑与炭粒混合,并加入铁炭滤床。
具体实施方式七:本实施方式与实施方式一的不同之处是铸铁屑在使用之前需磨碎、筛分并采用酸或碱进行清洗、活化,而且铸铁屑的粒径应控制在1.0-2.0mnu
具体实施方式八:本实施方式与实施方式一的不同之处是控制铸铁屑和炭粒的混合比例,以使得复合电解反应速率最大并防止在运行过程中堵塞,控制
炭粒:铸铁屑体积比为0.5:1-2:1。

Claims (10)

1、预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特征在于它包括如下步骤:一、利用臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾、H2O2或Fenton试剂对含砷地下水进行预氧化,从而把As(III)转化为As(V);二、经过预氧化的水通过含有铸铁屑和炭粒的滤床,预氧化阶段剩余的氧化剂促进本步骤的反应。
2、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于歩骤二中投加作为催化剂的磁铁矿、Cl—或Fe2+。
3、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于步骤二中的炭粒是活性炭、焦炭、石墨、粉煤灰和木炭中的一种或任意 几种的混合物。
4、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于步骤一后,地下水在进入铁炭滤床之前要曝气,增加水中氧气的浓度。
5、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于步骤一后,地下水在进入铁炭滤床之前调解pH在3-6的范围内。
6、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特征在于步骤一后,地下水在进入铁炭滤床之前投加cr, cr的浓度控制在io—4-io—2mol/L之间。
7、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于步骤一后,地下水在进入铁炭滤床之前投加Fe2+, F^+的浓度控制在 10弋10^mol/L之间。
8、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于铸铁屑在与炭粒混合之前跟Fe304以0.5:1-2:1的比例混合并研磨,然后 把表面覆盖了一层Fe304的铸铁屑与炭粒混合,并加入铁炭滤床。
9、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于铸铁屑在使用之前需磨碎、筛分并采用酸或碱进行清洗、活化,而且铸 铁屑的粒径控制在1.0-2.0mm。
10、 根据权利要求1所述的预氧化-复合电解去除地下水中砷的方法,其特 征在于炭粒:铸铁屑体积比为0.5:1-2:1。
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