CN108640251B - 二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，本发明涉及二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法。本发明的目的是为了解决现有的常规水处理工艺对水中重金属的去除效率低，尤其是对多种重金属污染物共存时同步去除的效率更低的问题，方法为：配制浓度为20～10000mmol/L的高铁酸盐母液；配制浓度为30～10000mmol/L的二价锰盐母液；将二价锰盐母液加入到重金属污染物的水体中；再加入高铁酸盐母液，反应；然后加絮凝剂，沉淀。本发明可以使水体中砷酸盐、铬、铊、锑、铬以及钼酸盐的去除率达90％以上，使铅、镉等重金属的去除率达85％以上。本发明应用于水处理领域。

Description

二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法
技术领域
本发明涉及二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法。
背景技术
重金属是对人体危害较大的一类重要污染物，它们易在生物体内积累，毒性随形态而异，不能被生物降解而消除，这些特点使得它们的污染问题显得特别突出。水体中的重金属污染主要是由于工业废水，如电镀废水、颜料废水、电子工业废水、合金废水、采矿废水等排入水体造成的。水中重金属的存在严重地影响了人们的身体健康。大量的资料表明，饮用水中的某些无机或矿物成分与某些疾病有相关性。重金属离子如镉、铜和锌等与心血管病有因果关系。铅也是一种毒性物质,人饮用含铅量0.03mg/L以上的水会导致慢性中毒。铅与其它金属可发生协同作用并能使其它金属的毒性增大。重金属污染的日趋严重，已造成了多起中毒事件。20世纪中期，在日本雄本县水俣湾沿岸地区，由于汞污染而发生“水俣病”；富山县神通川流域的镉污染地区发生骨痛病，先后引起数十人死亡，数百至上万人受害。如何有效地去除饮用水源中的重金属污染物已成为给水处理中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的常规水处理工艺对水中重金属的去除效率低，尤其是对多种重金属污染物共存时同步去除的效率更低的问题，提供二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法。
本发明二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：
一、配制浓度为20～10000mmol/L的高铁酸盐母液；二、配制浓度为30～10000mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有一种或者多种重金属污染物的水体中，其中二价锰的最终浓度为5～20μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应1～60min；然后加絮凝剂，再以100-130r/min搅拌0.8-1.2min，然后以30-50r/min搅拌15-25min，沉淀15-25min，即完成，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.1～1.5:1。
高铁酸盐是一种强氧化剂，在整个pH范围内都具有强氧化性。碱性条件下为0.7V；酸性条件下为2.2V。许多研究者确定，高铁酸盐分解时不会直接由Fe(Ⅵ)转化为Fe(Ⅲ)，而是经过Fe+5、Fe+4等中间氧化态，并可能形成比铝、铁盐水解产物具有更大网状结构，更高正电荷的水解产物。多种水解产物的形成表明，高铁酸盐可能会比无机絮凝剂更有效地中和水中胶体的ζ电位，它们在水中发挥聚合作用，并最终形成氢氧化铁胶体沉淀。
本发明提供了一种同时高效去除水中多种重金属污染物的方法。本发明利用二价锰与高铁酸钾快速反应时同时生成两种纳米级的具有很强吸附性能的吸附剂：二氧化锰和三价铁氧化物。所产生的纳米级二氧化锰颗粒具有较大的比表面积，表面具有较强的负电性，对铅、镉、铊、锰等重金属具有较强的吸附性能和去除效果；而该体系所产生的纳米级铁氧化物颗粒同样具有较大的比表面积，但是其表面的负电性较弱，而且易与含氧酸重金属污染物发生络合作用，因此对砷酸盐、钼酸盐等重金属污染物具有很强的去除效果。所以采用二价锰协同高铁酸钾工艺能够高效快速的同时去除水中多种共存重金属污染物。根据水中重金属污染物的种类和浓度大小，可以灵活调整高铁酸钾与二价锰离子的投入比例，调节新生态纳米级铁锰氧化物颗粒表面的zeta电位，从而实现对电性不同的重金属污染物的高效去除。由于高铁酸钾本身是一种集氧化、消毒、吸附、助凝等多种功能于一体的水处理药剂，在水体中有机物污染物含量较高，而重金属含量不高工艺条件下，可以减少二价锰的投加量，增加高铁酸钾的投量；在水体中有机物含量低而重金属含量较高的工艺条件下，可以增加二价锰的投加量。另外，高铁酸钾可以有效吸附产生的纳米级二氧化锰，减少水体锰污染的可能性。二价锰协同高铁酸钾去除水中重金属同时具有投药量低、反应快速、运行成本低等优势。高铁酸盐价格较高，但二价锰的价格低，通过这种方法，可以以较低的成本达到高效去除水体重金属污染的目的。本发明可以使水体中砷酸盐、铬、铊、锑、铬以及钼酸盐的去除率达90％以上，使铅、镉等重金属的去除率达85％以上。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：
一、配制浓度为20～10000mmol/L的高铁酸盐母液；二、配制浓度为30～10000mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有一种或者多种重金属污染物的水体中，其中二价锰的最终浓度为5～20μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应1～60min；然后加絮凝剂，再以100-130r/min搅拌0.8-1.2min，然后以30-50r/min搅拌15-25min，沉淀15-25min，即完成，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.1～1.5:1。
本实施方式中重金属污染物为砷酸盐、钼酸盐、铬、铅、镉、铊、锑、铁、锰和锌中的一种或几种的按任意比组成的混合物。
本实施方式提供了一种同时高效去除水中多种重金属污染物的方法。本实施方式利用二价锰与高铁酸钾快速反应时同时生成两种纳米级的具有很强吸附性能的吸附剂：二氧化锰和三价铁氧化物。所产生的纳米级二氧化锰颗粒具有较大的比表面积，表面具有较强的负电性，对铅、镉、铊、锰等重金属具有较强的吸附性能和去除效果；而该体系所产生的纳米级铁氧化物颗粒同样具有较大的比表面积，但是其表面的负电性较弱，而且易与含氧酸重金属污染物发生络合作用，因此对砷酸盐、钼酸盐等重金属污染物具有很强的去除效果。所以采用二价锰协同高铁酸钾工艺能够高效快速的同时去除水中多种共存重金属污染物。根据水中重金属污染物的种类和浓度大小，可以灵活调整高铁酸钾与二价锰离子的投入比例，调节新生态纳米级铁锰氧化物颗粒表面的zeta电位，从而实现对电性不同的重金属污染物的高效去除。由于高铁酸钾本身是一种集氧化、消毒、吸附、助凝等多种功能于一体的水处理药剂，在水体中有机物污染物含量较高，而重金属含量不高工艺条件下，可以减少二价锰的投加量，增加高铁酸钾的投量；在水体中有机物含量低而重金属含量较高的工艺条件下，可以增加二价锰的投加量。另外，高铁酸钾可以有效吸附产生的纳米级二氧化锰，减少水体锰污染的可能性。二价锰协同高铁酸钾去除水中重金属同时具有投药量低、反应快速、运行成本低等优势。高铁酸盐价格较高，但二价锰的价格低，通过这种方法，可以以较低的成本达到高效去除水体重金属污染的目的。本实施方式可以使水体中砷酸盐、铬、铊、锑、铬以及钼酸盐的去除率达90％以上，使铅、镉等重金属的去除率达85％以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中高铁酸盐为固体的高铁酸盐或液体的高铁酸盐；其中高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠或高铁酸钡。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：步骤二中的二价锰盐为硫酸锰、二氯化锰和硝酸锰中的一种或者几种按任意比组合的混合物。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：步骤三中的絮凝剂为无机絮凝剂或有机絮凝剂。其它与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式中无机絮凝剂为铝盐、铁盐，如硫酸铝、聚氧化铝、氯化铁或硫酸亚铁；有机絮凝剂为阴离子型、阳离子型或非离子型，如聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素(阴离子型)、聚乙烯基亚胺(阳离子型)、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺(非离子型)。
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：步骤一中配制浓度为150mmol/L的高铁酸盐母液。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：步骤二中配制浓度为75mmol/L的二价锰盐母液。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：步骤三中二价锰的最终浓度为7.5μmol/L。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中将高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应15min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.5：1。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：每吨水中絮凝剂的加入量为0.3-200。其它与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：本实施例二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：一、称取高铁酸钾固体粉末，用其配制浓度为50mmol/L的高铁酸盐母液；二、称取硫酸锰固体粉末，配制浓度为100mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有砷酸盐和铁污染的地下水体中，其中二价锰的最终浓度为5μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应10min；然后加入60g/吨水的聚合氯化铝，再以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1：1。过滤上清液，测定溶液中残留的砷酸盐和铁的浓度；测定结果显示，本实施例可以使水体中砷酸盐的去除率达95％以上，而使铁的去除率达90％以上。
实施例二：本实施例二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：一、称取高铁酸钾固体粉末，用其配制浓度为25mmol/L的高铁酸盐母液；二、称取硫酸锰固体粉末，配制浓度为50mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有钼酸盐和锑污染的地下水体中，其中二价锰的最终浓度为7.5μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应15min；然后加入50g/吨水的聚合氯化铝，再以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1.25:1。过滤上清液，测定溶液中残留的钼酸盐和锑的浓度；测定结果显示，本实施例可以使水体中钼酸盐的去除率达94％以上，而使锑的去除率达90％以上。
实施例三：本实施例二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：一、称取高铁酸钾固体粉末，用其配制浓度为200mmol/L的高铁酸盐母液；二、称取氯化锰固体粉末，配制浓度为100mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有砷酸盐、铅和镉污染的地表水体中，其中二价锰的最终浓度为10μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应30min；然后加入80mg/L的聚合氯化铝，再以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1：1。过滤上清液，测定溶液中残留的砷酸盐、铅和镉的浓度；测定结果显示，本实施例可以使水体中砷酸盐的去除率达92％以上，而使铅、镉的去除率达90％以上。
实施例四：本实施例二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：一、称取高铁酸钾固体粉末，用其配制浓度为150mmol/L的高铁酸盐母液；二、称取硫酸锰固体粉末，配制浓度为75mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有钼酸盐和铊污染的地表水体中，其中二价锰的最终浓度为7.5μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应15min；然后加入75g/吨水的聚合氯化铝，再以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.5：1。过滤上清液，测定溶液中残留的钼酸盐和铊的浓度；测定结果显示，本实施例可以使水体中钼酸盐的去除率达95％以上，而使铊的去除率达90％以上。
实施例五：本实施例二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法是按照以下步骤进行的：一、称取高铁酸钾固体粉末，用其配制浓度为100mmol/L的高铁酸盐母液；二、称取硫酸锰固体粉末，配制浓度为50mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有铬、铅和镉污染的地表水体中，其中二价锰的最终浓度为6μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应15min；然后加入70g/吨水的聚合氯化铝，再以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min，其中二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.5：1。过滤上清液，测定溶液中残留的铬、铅和镉的浓度；测定结果显示，本实施例，可以使水体中铬的去除率达90％以上，铅和镉的去除率达88％以上。

Claims (8)

1.二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于该方法是按照以下步骤进行的：一、配制浓度为20～10000mmol/L的高铁酸盐母液；二、配制浓度为30～10000mmol/L的二价锰盐母液；三、将步骤二中配制的二价锰盐母液加入到含有一种或者多种重金属污染物的水体中，其中二价锰的最终浓度为5～20μmol/L；四、将步骤一配制的高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应1～60min；然后加絮凝剂，再以100-130r/min搅拌0.8-1.2min，然后以30-50r/min搅拌15-25min，沉淀15-25min，即完成，其中含有一种或者多种重金属污染物的水体为含有砷酸盐和铁污染的地下水体时，二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1：1；含有一种或者多种重金属污染物的水体为含有钼酸盐和锑污染的地下水体时，二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1.25:1；含有一种或者多种重金属污染物的水体为含有砷酸盐、铅和镉污染的地表水体时，二价锰与高铁酸盐的摩尔比为1：1；含有一种或者多种重金属污染物的水体为含有钼酸盐和铊污染的地表水体时，二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.5：1；含有一种或者多种重金属污染物的水体为含有铬、铅和镉污染的地表水体时，二价锰与高铁酸盐的摩尔比为0.5：1。
2.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤一中高铁酸盐为固体的高铁酸盐或液体的高铁酸盐；其中高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠或高铁酸钡。
3.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤二中的二价锰盐为硫酸锰、二氯化锰和硝酸锰中的一种或者几种按任意比组合的混合物。
4.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤四 中的絮凝剂为无机絮凝剂或有机絮凝剂。
5.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤三中二价锰的最终浓度为7.5μmol/L。
6.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤四中将高铁酸盐母液加入到步骤三的水体中，反应15min。
7.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于步骤四中以120r/min搅拌1min，然后以40r/min搅拌20min，沉淀20min。
8.根据权利要求1所述的二价锰强化高铁酸盐去除水中多种重金属污染物的方法，其特征在于每吨水中絮凝剂的加入量为0.3-200g。
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