CN100593431C

CN100593431C - 羟基氧化铁改性滤料的制备方法及应用

Info

Publication number: CN100593431C
Application number: CN200710144975A
Authority: CN
Inventors: 马军; 王群
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: CN101279167A

Abstract

羟基氧化铁改性滤料的制备方法及应用，它涉及一种改性滤料的制备方法及应用。本发明解决了目前采用的改性滤料在载体上的吸附强度低、吸附层容易脱落及滤料的使用寿命短的问题。羟基氧化铁改性滤料制备方法为：一、将载体用酸浸泡，再用氯化铁溶液浸泡；二、冲洗；三、干燥；即得到羟基氧化铁改性滤料。本发明的羟基氧化铁改性滤料用于净水。本发明制备的羟基氧化铁改性滤料比表面积大，吸附强度高，对人体无毒害，羟基氧化铁与载体的结合较牢固，使用寿命长。

Description

羟基氧化铁改性滤料的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种改性滤料的制备方法及应用。

背景技术

过滤工艺是水处理中的关键工艺，是饮用水处理中不可缺少的一个环节，它直接关系到了出厂水的水质问题，是给水处理工艺的重要屏障，它的主要作用是去除沉后水中剩余浊度、微小絮体和微生物、藻类、有机物以及地下水铁锰等。在污水处理方面，它除了去除水中的浊度外，还用于去除重金属离子等。目前，由于人们对水质的要求不断提高，现有的工艺已不能满足人们的需求，新建水厂多采用深度处理或强化处理工艺以提高饮用水水质。但是深度处理的缺点在于，一次性投资及运行成本均较高，并且需要有一定的场地，非常不利于水厂的改造。所以，在原有的工艺基础上进行强化处理得到了人们日益的关注。

强化工艺主要包括预氧化强化混凝、滤前强化过滤以及改性滤料强化过滤等。改性滤料强化过滤一次性投资较小，不需另外投加药剂，运行成本低，不需要另设构筑物，并且改造起来比较方便可行，所以改性滤料强化过滤是目前常用的强化工艺。

虽然改性滤料的过滤效果较好，但是目前采用的改性滤料存在吸附强度低、吸附层容易脱落及滤料的使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前采用的改性滤料在载体上的吸附强度低、吸附层容易脱落及滤料的使用寿命短的问题，而提供的一种改性滤料的制备方法及应用。

本发明的羟基氧化铁改性滤料按以下步骤进行制备：一、将载体洗净后用pH值为1～2的酸浸泡24～48小时后用水冲洗10～15次，然后用浓度为0.01mol/L～1.0mol/L的氯化铁溶液浸泡1天，再加热至35～70℃，并保温4～8天；二、用水反复冲洗固相物，直至冲洗液pH值为5.4～7.5；三、将固相物放入80～140℃干燥箱中干燥2～24小时；即得到羟基氧化铁改性滤料。

本发明的羟基氧化铁用于净水。

本发明改性滤料上的羟基氧化铁是β-羟基氧化铁，与α-羟基氧化铁的空间结构不同，α-羟基氧化铁在水处理中只具有催化氧化功能，而β-羟基氧化铁还具有吸附功能。本发明中的羟基氧化铁是在水解过程中生成的，所以它的粒径小，属于纳米级，比表面积大，正电荷含量高，负载量大，与载体结合的强度高，不容易脱落，并且氯参与配位，使得它对水体中的有机物、重金属以及磷等都具有很好的吸附去除能力，所以对水中的颗粒物、有机物、重金属、藻类以及细菌等都具有很好的去除效果，提高了出水水质，所以，此种改性滤料不但可以用于一般的饮用水处理，还适用于水中某些物质如有机物、重金属、藻类等超标的饮用水或特殊的污水处理中。当进水浊度为2.6NTU时，单独使用石英砂单层滤料的出水浊度为0.95NTU，而用本发明的改性滤料出水的NTU不大于0.69。此外使用本发明改性滤料可以增加滤速，这样可以大幅减小滤池的面积与体积，不但减少了占地面积，而且降低了工程造价。

与以往的改性滤料比较，在高藻期时，通常采用投加氧化剂的方法来提高工艺对藻类的去除，使得水中藻毒素的含量大幅度提高，影响了出水水质及饮用水安全。而本发明所制备的改性滤料与藻类主要是物理吸附，所以，在去除藻类的同时，不产生藻毒素，并可以大幅度降低运行成本。另外，β-羟基氧化铁还具有催化氧化作用，可以使一些藻类灭活，防止藻类穿透滤池，由于它的比表面积大使得它对较小的藻类也有较好的去除效果。β-羟基氧化铁的催化作用还防止了滤料层中细菌的繁殖，降低了氯的投加量。

由于β-羟基氧化铁的溶度积很小，所以出水色度低；铁在自然界存在比较多，价格便宜，改性滤料的成本低，对人体无毒害作用。β-羟基氧化铁与载体的结合较牢固，使用寿命长，是其它改性滤料寿命的3～5倍。

将本发明制得的改性滤料放入锥形瓶中，加入蒸馏水，盖上瓶塞，放入摇床以120r/min的转速连续震荡15天(相当于改性滤料反冲洗六年的摩擦强度)，取出后的改性滤料羟基氧化铁只脱落了40％～45％，说明本发明的羟基氧化铁与载体结合牢固，耐冲击。

当改性滤料运行一定周期后，可以在反冲洗水中加入一定量的氧化剂，以恢复改性滤料的过滤效果。这种改性滤料可以循环使用。而且以往的改性滤料单独使用时只是针对于一种水质，当水质复杂时，就不能保证出水水质。本发明的改性滤料单独使用时进水为3NTU的水，出水浊度最低可以降至0.5NTU，比其它滤料单独使用水的NTU降低了40％～50％。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的羟基氧化铁改性滤料按以下步骤进行制备：一、将载体洗净后用pH值为1～2的酸浸泡24～48小时后用水冲洗10～15次，然后用浓度为0.01mol/L～1.0mol/L的氯化铁溶液浸泡1天，再加热至35～70℃，并保温4～8天；二、用水反复冲洗固相物，直至冲洗液pH值为5.4～7.5；三、将固相物放入80～140℃干燥箱中干燥2～24小时；即得到羟基氧化铁改性滤料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中的载体为活性炭、石英砂、沸石、陶粒、分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或几种。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式的载体为两种或两种以上物质组成时按任意比例混合。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中载体洗净后用pH值为1.2～1.8的酸浸泡30～42小时后用水冲洗11～14次。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中载体洗净后用pH值为1.5的酸浸泡36小时用水冲洗13次。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中用浓度为0.1mol/L～0.8mol/L的氯化铁溶液浸泡。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中用浓度为0.3mol/L～0.6mol/L的氯化铁溶液浸泡。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中用浓度为0.5mol/L的氯化铁溶液浸泡6天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中将固相物放入90～130℃干燥箱中干燥6～20小时。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中将固相物放入100～120℃干燥箱中干燥10～16小时。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中将固相物放入110℃干燥箱中干燥13小时。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

使用本实施方式的羟基氧化铁改性滤料处理NTU为2.5的污水，水的NTU降低至0.3。说明本实施方式的改性滤料净水效果好。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中对氯化铁溶液加热方法为用水浴或空气浴加热。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中用水冲洗至冲洗液的pH值为6.5。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中加热至45～60℃，并保温5～7天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中加热至55℃，并保温6天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十五：本实施方式的羟基氧化铁改性滤料按以下步骤进行制备：一、将载体洗净后用pH值为1.5的酸浸泡30小时后用蒸馏水冲洗12次，然后浓度为0.5mol/L的氯化铁溶液浸泡1天，再用空气浴加热至55℃，并保温6天；二、用水反复冲洗固相物，直至冲洗液pH值为7；三、将固相物放入100℃干燥箱中干燥10小时；即得到羟基氧化铁改性滤料。

将本实施方式制备的羟基氧化铁改性滤料单独使用时或者与其它改性滤料联用时，根据具体水质，通常改性滤料高度取0.6～1.2m。如果水中藻类较多，由于藻类具有活性，并且与改性滤料吸附的较牢固，所以可根据具体情况向反冲洗水中加入适量的氧化剂，如过氧化氢、次氯酸钠、氯水、以及臭氧水等，对滤料表面进行适当的氧化处理。

具体实施方式十六：本实施方式的羟基氧化铁改性滤料按以下步骤进行制备：一、将载体洗净后用pH值为1.6的酸浸泡25小时后用蒸馏水冲洗14次，然后浓度为0.8mol/L的氯化铁溶液浸泡1天，再用水浴加热至65℃，并保温7天；二、用水反复冲洗固相物，直至冲洗液pH值为7.2；三、将固相物放入120℃干燥箱中干燥15小时；即得到羟基氧化铁改性滤料。

将本实施方式制备的羟基氧化铁改性滤料与无烟煤一同使用时，上层采用无烟煤，无烟煤粒径在0.8～1.8mm之间，所采用的粒径及级配应根据具体水质而定，但粒径最好大于1.0mm，无烟煤滤料层可以选用均匀的粒径也可以采用不同的粒径进行级配，不均匀系数K80＜2.0。滤料层高一般为300mm～400mm，如果水质好的情况下也可以200mm。下层改性滤料高度取0.5～1.0m。比单纯用无烟煤处理水的NTU降低了50％～60％。说明本实施方式的羟基氧化铁改性滤料与其它滤料连用时净水效果更好。

具体实施方式十五与具体实施方式十六的滤速一般采用8～14m/h，反冲洗采用气水联合反冲或是单独水冲，反冲洗强度应根据所采用的改性滤料及改性滤料的级配确定。气水联合反冲时，首先气水同时反冲，气冲洗强度10～15L/(s·m²)，水冲强度4L/(s·m²)，冲洗时间4min，最后水冲强度仍采用4L/(s·m²)，冲洗时间为4min，反冲洗时要先打开反冲洗水开关，然后再打开反冲洗气开关，避免改性滤料之间的较大的摩擦；单独水冲时，水冲强度采用4L/(s·m²)，冲洗时间10min。水处理中一般采用2～3层承托层，各层的材料为天然卵石或砾石材料，粒径一般为2mm～4mm、4mm～6mm、6mm～8mm，承托层每层的厚度为100mm，当采用大粒径的改性或是均匀的改性滤料时可以适当的降低承托层高度，甚至可以不加。

说明具体实施方式十五和具体实施方式十六的改性滤料可以减少滤料的摩擦从而延长滤料的使用寿命和减少滤料的脱落。

具体实施方式十七：本实施方式将具体实施方式一制备的羟基氧化铁改性滤料用于净水。

Claims

1、羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于羟基氧化铁改性滤料按以下步骤进行制备：一、将载体洗净后用pH值为1～2的酸浸泡24～48小时后用水冲洗10～15次，然后用浓度为0.01mol/L～1.0mol/L的氯化铁溶液浸泡1天，再加热至35～70℃，并保温4～8天；二、用水反复冲洗固相物，直至冲洗液pH值为5.4～7.5；三、将固相物放入80～140℃干燥箱中干燥2～24小时；即得到羟基氧化铁改性滤料。

2、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤一中的载体为活性炭、石英砂、沸石、陶粒、分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或几种的组合。

3、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤一中载体洗净后用pH值为1.2～1.8的酸浸泡30～42小时后用水冲洗11～14次。

4、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤一中用浓度为0.1mol/L～0.8mol/L的氯化铁溶液浸泡。

5、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤一中加热至55℃。

6、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤一中对氯化铁溶液加热方法为用水浴或空气浴加热。

7、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤二中用水冲洗至冲洗液的pH值为6.5。

8、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤三中将固相物放入100～120℃干燥箱中干燥10～16小时。

9、根据权利要求1所述的羟基氧化铁改性滤料的制备方法，其特征在于步骤三中将固相物放入110℃干燥箱中干燥13小时。

10、羟基氧化铁改性滤料的应用，其特征在于权利要求1制备的羟基氧化铁改性滤料用于净水。