申請日2013.07.25

　　公開(公告)日2013.10.09

　　IPC分類號C02F1/64; C02F1/72

　　摘要

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

　　權利要求書

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

　　2.根據權利要求1所述的強化零價鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨和單過硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨中的任意一種或多種。

　　3.根據權利要求1或2所述的強化零價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硫酸鹽協同藥劑，所述過硫酸鹽協同藥劑包括氯化/硝酸/硫酸亞鐵和氯化/硝酸/硫酸鐵中的一種或多種;所述過硫酸鹽協同藥劑的投加量按其與過硫酸鹽投加量的摩爾比為0.1:1~1:1。

　　4.根據權利要求3所述的強化零價鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述零價鐵為：粉末零價鐵、零價鐵濾柱或零價鐵滲透墻。

　　5.根據權利要求4所述的強化零價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、工業含砷廢水、污水或集成小型水中的一種或多種。

　　6.根據權利要求5所述的強化零價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.根據權利要求3所述的強化零價鐵除砷的水處理方法，其特征在于，所述過硫酸鹽和過硫酸鹽的協同藥劑的投加方式為固體粉投加或溶液形式投加。

　　8.根據權利要求7所述的強化零價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。

　　說明書

　　一種強化零價鐵除砷的水處理方法

　　技術領域

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

　　背景技術

　　砷及砷化合物是典型的“三致”物質，長期飲用高砷水，會引起黑腳病、神經痛、血管損傷以及增加心臟病發病率。我國的新疆、山西、內蒙古、吉林、寧夏、青海等十幾個省、自治區發現了飲用水砷中毒，污染狀況十分嚴重，其中地下水中砷的污染尤為嚴重，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)兩種形態存在，As(III)的毒性比As(V)高出60倍。我國2006年頒布的《生活飲用水衛生標準》規定砷的限值濃度為10 μg/L，但根據中國預防醫學科學院環境衛生監測所的監測結果，我國飲用水中砷的濃度超過此限值的暴露人群超過調查人群的15%。因此，發展高效經濟的砷去除技術是目前水處理領域亟待解決的問題。

　　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。混凝沉淀法除砷簡便、易于實施，與氧化劑相配合，還可同時去除水中的As(III)和As(V)，但該法很難把水中砷的濃度降到達標排放，而且會產生大量的含砷廢渣，造成對環境的二次污染。離子交換法除砷效率通常不高，因為其他會與砷競爭的離子濃度通常遠遠高于砷的濃度。反滲透工藝除砷效果好，但是該工藝非常昂貴，而且需要預處理。吸附法在處理含砷量較低的水時，具有處理效率高、吸附干擾小等優點，而且吸附劑可以再生重復使用，不會對環境造成二次污染，缺點是作用時間較長，處理費用較高，并且對As(III)的處理效果不理想。

　　零價鐵是一種性能良好、價格低廉的除砷吸附劑，在國外已經大規模應用于地下水修復。零價鐵對As(V)的吸附能力較強，但對As(III)的去除效果一般。同時，零價鐵具有還原能力，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關鍵因素。

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

　　綜上所述，非常有必要研發一種可以有效、經濟、安全的強化零價鐵除砷的水處理技術，這種技術不僅可用于地下水修復和飲用水處理，還可以用于工業含砷廢水處理、污水深度處理、以及集成的小型水處理系統。

　　發明內容

　　為了克服現有技術的不足，本發明提出一種強化零價鐵除砷的水處理方法，本發明的方法可以高效去除水中的砷，其中砷包括As(III)、As(V)與有機砷，達到《生活飲用水衛生標準》規定砷的標準，低于10 μg/L。

　　為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

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

　　更進一步的，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨和單過硫酸鉀/鈉/銨/鈣/鎂/銨中的任意一種或多種。

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

　　本發明的原理是，通過加入過硫酸鹽和其協同藥劑強化零價鐵除砷，零價鐵可以催化過硫酸鹽產生強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，零價鐵表面被過硫酸鹽和SO4·–氧化為新生態氧化鐵，可以更高效的吸附As(V)。過硫酸鹽協同藥劑中的鐵離子和亞鐵離子的加入可以促進過硫酸鹽更快的分解，產生更多的SO4·–，從而使As(III)的降解速度更快。本發明可以完全去除水中砷，比現有的零價鐵吸附除砷的效率提高50~100%。硫酸根自由基氧化砷后產生SO42-，對水質影響不大。

　　As(III) + SO4·– → As(IV) + SO42–

　　As(IV) + SO4·– → As(V) + SO42–

　　As(IV) + O2 + H+ → As(V) + HO2/O2–

　　更進一步的，所述零價鐵為：粉末零價鐵、零價鐵濾柱或零價鐵滲透墻。零價鐵可以采用市售零價鐵、納米零價鐵或加工廠的鐵廢棄物，如：銼屑、切屑、刨屑和鐵粉末等;混合反應方式包括管式混合器混合，攪拌槳攪拌，水力攪拌等。

　　更進一步的，所述含砷的水為地下水、飲用水、工業含砷廢水、污水或集成小型水中的一種或多種。本發明不僅可以用在農村和城市地下水的修復、飲用水中砷的去除，還可以用于污水與工業廢水中砷的去除。根據不同的水體，可以按照水質要求和設計規范，設計不同的反應器構型和藥劑配比，達到快速去除水中砷的目的。

　　更進一步的，所述含砷的水中的砷的含量為：0~1 g/L。

　　更進一步的，所述過硫酸鹽和過硫酸鹽的協同藥劑的投加方式為固體粉投加或溶液形式投加。

　　更進一步的，所述含砷的水PH > 2的任何pH范圍，如果pH太小，零價鐵都溶解了，不適合用零價鐵來處理。本發明對pH> 2條件下的任何水體內的砷均有很好的降解效果，實際應用時，可以根據不同的水質特性，調節藥劑投量，達到砷的最快速的去除。

　　與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明操作十分簡單，易于推廣應用;使用安全，可以用于保障水質安全。