CN110723803A - 一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法 - Google Patents

一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法 Download PDF

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Abstract

一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，本发明涉及一种高效去除水中污染物的方法，它为了解决现有高铁酸盐药剂的稳定性不好，导致去除水中污染物的效率低，药剂投加量大，反应副产物多等问题。去除水中污染物的方法：向含有污染物的水中同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后搅拌含有污染物的水，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。本发明高价态铁盐复合药剂中次氯酸盐的存在会将中间价态的铁重新氧化为六价铁，从而使高铁酸盐的稳定浓度增加，氧化能力增强。通过本发明能使污染物的去除效率提高30～60％，使TOC的去除效率提高20～50％，并使消毒副产物生成势减少30～60％。

Description

一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法
技术领域
本发明涉及一种高效去除水中污染物的方法。
背景技术
高铁酸盐是一种集氧化、消毒、絮凝、吸附等多种功能于一体的水处理药剂，在给水及污水处理领域具有重要的理论研究及实际应用价值。但是高铁酸钾溶液在水中的稳定性较差，而且其自分解速率受外界的物化条件影响较大，在酸性条件下自分解速度极快。在中性条件下，高铁酸根自分解后释放分子氧，同时形成氢氧根离子及氢氧化铁。体系温度的提升、高铁酸根浓度的增大等因素都会加快高铁酸根的自分解速率，而在溶液pH值为10～11之间高铁酸根自分解速率较慢。除此之外，溶液中的一些共存离子也会影响高铁酸钾的稳定性。若溶液中存在三价铁离子或高铁酸根自分解后产生的铁氧化物会加快其自分解。另外有研究显示，在低温条件溶液中磷酸盐也会促进高铁酸钾的自分解，使其稳定性下降。水中常见离子硼酸根、硫酸根会使高铁酸钾的稳定性下降。高铁酸盐的稳定性是影响其在水处理大规模应用的主要瓶颈之一。
另外高铁酸钾的氧化能力随体系pH值的变化而变化，在酸性条件下的氧化还原电势为2.2V，而在碱性条件下其氧化还原电势只有0.7V。许多研究者指出，高铁酸钾自分解时不会直接由Fe(Ⅵ)转化为Fe(Ⅲ)，而是经过五价铁、四价铁等中间氧化态，并逐步分解为三价铁，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。所以高铁酸盐对污染物的去除具有很强的选择性，对一些化学结构较稳定的污染物如阿特拉津、苯甲酸等去除效果较差。次氯酸钠是水厂常用的氧化剂和消毒剂，但是其氧化还原能力也一般，对于一些稳定性较强的污染物的去除效果也有限。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有高铁酸盐药剂的稳定性不好，导致去除水中污染物的效率低，药剂投加量大，反应副产物多等技术问题，而提供了一种方便、高效、安全的水中污染物去除方法。
本发明高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实现：
向含有污染物的水中同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后搅拌含有污染物的水，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物；
其中所述的高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠中的一种或两者混合物，次氯酸盐为次氯酸钠、次氯酸钙和次氯酸钾中的一种或多种的混合物。
本发明所述的高铁酸盐和次氯酸盐本身均为水处理氧化剂，能选择性地氧化去除部分污染物。但是当高铁酸盐与次氯酸盐共同作用时，二者通过电子的传输，产生更强的氧化去除作用：首先高铁酸盐与污染物作用时会产生中间态的四价和五价铁，该四价和五价铁虽然氧化能力强，但是稳定性差，一般通过自分解路径消耗，因此大幅度损失了高铁酸盐的氧化能力，而次氯酸盐的存在会使中间价态的铁的稳定性增强，并且重新氧化为六价铁，从而使高铁酸盐的氧化能力得到加强；其次，在高铁酸盐与次氯酸盐作用过程中会产生氧化活性更强的Cl●、HO●、Cl2 ●-、ClO●等自由基；再次，由于高铁酸盐可以将次溴酸和次碘酸快速的氧化为溴酸盐和碘酸盐，因此高铁酸盐与次氯酸盐复合作用时能够有效的抑制消毒副产物的生成；最后，高铁酸盐反应后原位产生的三价铁盐纳米颗粒能够吸附、凝聚部分氧化产物，进一步提高污染物的去除效率。
通过本发明高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法能使污染物的去除效率提高30％～60％，使TOC的去除效率提高20％～50％，并使消毒副产物生成势减少30％～60％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有污染物的水中同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后搅拌含有污染物的水，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物；
其中所述的高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠中的一种或两者混合物，次氯酸盐为次氯酸钠、次氯酸钙和次氯酸钾中的一种或多种的混合物。
本实施方式高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法能够处理水体中的有机污染物和/或无机污染物，所处理的水体包括地下源水、地表源水等各种污水。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在50～1000r/min的搅拌速度下反应1～180min。
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含有污染物的水的pH值范围为6～10。
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高铁酸盐和次氯酸盐的摩尔比为(1～20)：(1～20)。
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高铁酸盐的投加量为0.1～500μmol/L。
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向pH值为6～8的含有有机污染物的水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：20～1：5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在500～1000r/min的搅拌速度下反应30～60min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施方式所述高铁酸钾的投加量为25～100μmol/L，所处理的水体中有机污染物包括磺胺类抗炎药物，各种个人护理产品药物，内分泌干扰物，苯酚类有机污染物，苯胺类有机污染物、农药等一种或任意几种的任意组合。
本实施方式能使有机污染物的去除效率提高30～50％，使TOC的去除效率提高20～40％，并使消毒副产物生成势减少30～50％。
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向pH值为6～8的含有无机污染物的水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：10～1：2.5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在500～1000r/min的搅拌速度下反应10～30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施方式所述高铁酸钾的投加量为10～50μmol/L，所处理的水体中无机污染物包括砷、锰、硒、铊、锑、铜、铅、镉等无机污染物。
本实施方式能够使无机污染物的去除效率提高30～60％，使TOC的去除效率提高20～30％，并使消毒副产物生成势减少30～40％。
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向pH值为5～8的污水厂二次出水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：10～1：2.5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在600～1000r/min的搅拌速度下反应60～120min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施方式所述高铁酸钾的投加量为50～150μmol/L，所处理的水体中包括无机污染物和有机污染物。
本实施方式能够使无机污染物的去除效率提高30～60％，使有机污染物的去除效率提高30～45％，使TOC的去除效率提高30～40％。
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所述的高铁酸盐为高铁酸钠。
实施例一：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有磺胺甲恶唑的地表水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：5的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在600r/min的搅拌速度下反应30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述高铁酸钾的投加量为50μmol/L，所处理的磺胺甲恶唑的浓度为5μmol/L；所处理水体的pH值为7.5。
本实施例相对单独使用高铁酸钾能使磺胺甲恶唑的去除效率(相同处理时间内的氧化效率)提高50％，使TOC的去除效率提高30％，并使消毒副产物生成势减少30％～40％。
实施例二：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有内分泌干扰物E2和EE2的地表水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：1的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在1000r/min的搅拌速度下反应60min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述高铁酸钾的投加量为25μmol/L，所处理的E2和EE2的浓度均为1μmol/L；所处理水体的pH值为7。
本实施例相对单独使用高铁酸钾能使内分泌干扰物E2和EE2的去除效率提高40％，使TOC的去除效率提高30％，并使消毒副产物生成势减少30％～40％。
实施例三：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有铊的地表水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：5的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在300r/min的搅拌速度下反应15min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述高铁酸钾的投加量为15μmol/L，所处理水中铊的浓度为1μg/L；所处理水体的pH值为7。
本实施例相对单独使用高铁酸钾能使铊的去除效率提高30％，使TOC的去除效率提高40％，并使消毒副产物生成势减少40％～45％。
实施例四：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有砷的地表水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：8.5的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在500r/min的搅拌速度下反应20min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述的高铁酸钾的投加量为30μmol/L，所处理水体中砷的浓度为5mg/L；所处理水体的pH值为7。
本实施例相对单独使用高铁酸钾能使砷的去除效率提高40％，使TOC的去除效率提高40％，并使消毒副产物生成势减少30％～35％。
实施例五：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有藻毒素和铜的地表水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：4的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在1000r/min的搅拌速度下反应30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例述的高铁酸钾的投加量为60μmol/L，所处理水中铜的浓度为5mg/L，藻毒素的浓度为10μg/L；所处理水体的pH值为8。
通过本实施例能使铜的去除效率提高30％，使藻毒素的去除率提高38％，使TOC的去除效率提高30％，并使消毒副产物生成势减少30％～36％。
实施例六：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有卡马西平的污水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：1的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在1000r/min的搅拌速度下反应30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述高铁酸钾的投加量为50μmol/L，所处理水体中卡马西平的浓度为5mg/L，所处理水体的pH值为7。
通过本实施例能使卡马西平的去除效率提高40％，使TOC的去除效率提高30％。
实施例七：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有阿特拉津的污水厂二次出水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为2.5：1的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在1000r/min的搅拌速度下反应60min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述的高铁酸钾的投加量为100μmol/L，所处理的阿特拉津的浓度为25μg/L，所处理水体的pH值为7。
通过本实施例能使阿特拉津的去除效率提高45％，使TOC的去除效率提高40％。
实施例八：本实施例高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法按以下步骤实施：
向含有镉的污水中按次氯酸钠与高铁酸钾的摩尔比为1：1的比例同时投加高铁酸钾和次氯酸钠，在500r/min的搅拌速度下反应30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
本实施例所述高铁酸钾的投加量为100μmol/L，所处理水中镉的浓度为25mg/L，所处理水体的pH值为6.5。
通过本实施例能使镉的去除效率提高40％，使TOC的去除效率提高30％。

Claims (9)

1.一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于该方法按以下步骤实现：
向含有污染物的水中同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后搅拌含有污染物的水，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物；
其中所述的高铁酸盐为高铁酸钾、高铁酸钠中的一种或两者混合物，次氯酸盐为次氯酸钠、次氯酸钙和次氯酸钾中的一种或多种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于在50～1000r/min的速度下搅拌含有污染物的水反应1～180min。
3.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于含有污染物的水的pH值范围为6～10。
4.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于高铁酸盐和次氯酸盐的摩尔比为(1～20)：(1～20)。
5.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于所述高铁酸盐的投加量为0.1～500μmol/L。
6.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于向pH值为6～8的含有有机污染物的水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：20～1：5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在500～1000r/min的搅拌速度下反应30～60min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
7.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于向pH值为6～8的含有无机污染物的水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：10～1：2.5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在500～1000r/min的搅拌速度下反应10～30min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
8.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于向pH值为5～8的污水厂二次出水中按次氯酸盐与高铁酸盐的摩尔比范围为1：10～1：2.5的比例同时投加高铁酸盐和次氯酸盐，然后在600～1000r/min的搅拌速度下反应60～120min，从而完成高铁酸盐与次氯酸盐耦合作用去除水中的污染物。
9.根据权利要求1所述的一种高价态铁盐复合药剂去除水中污染物的方法，其特征在于所述的高铁酸盐为高铁酸钠。
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