[發明專利]一種氧化復合藥劑與活性炭聯用去除水中砷的方法

有效

• 申請號: 201210137218.2
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102642951A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉桂芳;李旭春;鞠然;陸洪宇;官滌;于樹芳;孫亞全
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F101/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種水處理方法。具體地說是一種去除水中砷的方法。

背景技術

砷是一種廣泛存在于自然界中的有毒元素。根據流行病調查顯示，砷化合物可能致人體皮膚癌、肺癌以及膀胱癌等，并已被WHO和美國EPA等權威機構確認為致癌物，研究結果也表明砷與某些疾病有很大的相關性。隨著自然界分化過程的加劇以及越來越多的人類活動所引起的含砷礦的開采、冶煉、以及含砷材料的大規模應用，使得水中的砷污染成為了世界性的問題。東南亞一些國家以及我國很多地區的水體，尤其是地下水受到了砷的嚴重污染，造成了很多地方性的砷中毒現象。水中的砷污染成為了世界飲用水安全的一大問題，亦是我國部分地區飲用水安全的重大難題。因此，WHO、歐洲、美國及日本等規定飲用水中的砷含量低于10μg/L；我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)也規定水中的砷濃度不超過10μg/L。水體的砷污染主要途徑是高濃度含砷廢水的排放，世界上每年約有11萬噸砷通過各種途徑進入水系中，1996年中國工業廢水排放量為205.9億噸，其中砷含量達到1132噸，工業廢水中砷嚴重超標的含砷廢水達到億噸以上。由此可見，我國水體中砷污染十分嚴重，隨著飲用水中砷標準的提高，對飲用水中砷的去除刻不容緩。

自然水體中的砷多為無機砷，以三價和五價的砷酸根形式存在，隨著水中氧化還原電位和pH值的不同，水中的砷呈現不同的存在形態。其中，三價砷As(III)在自然界中流動性強，因此廣泛存在于地下水、地表水中，且毒性遠高于五價砷As(V)，故對水中的三價砷As(III)進行有效去除，是控制砷危害的關鍵。

目前，國內外已有大量文獻報道，采用物理化學、生物降解及高級氧化方法去除水中的砷，主要處理方法包括混凝、吸附、離子交換、膜分離、生物降解、高級氧化等。采用活性炭吸附去除水中的砷的報道極少。雖然各種方法對水中砷都能進行一定程度的去除，但是各種方法都有一定的弊端，有些方法成本過高而無法大規模應用。

混凝法去除機理是：氫氧化鐵與As(V)發生共價鍵作用，利用混凝過程中形成的絮體，在絮體表面形成內層絡合物而實現共沉，對As(V)的去除能力在90%以上，然而，處理過程會產生大量的污泥，造成二次污染，并且利用鐵鹽絮凝處理砷，會造成水體的毒性增加，最主要的是該法只能實現As(V)的有效去除，而對As(III)的效果不明顯。離子交換法主要使用樹脂實現水中砷的去除，但是成本高，受水質干擾大，不適用于飲用水中砷的去除。膜分離處理主要是利用其具有較小的孔徑和帶正電荷截留水中的砷，實現砷的高效分離去除，但運行維護費用較高。微濾（MF）很難實現對水中溶解態或者膠體態砷的有效去除，一般需要和絮凝劑聯用，達到截留絮體的目的，并且對As(Ⅲ)的去除效果遠低于As(V)，運行處理費用相對較高。化學氧化，是利用氧化劑將As(III)氧化為As(V)，之后通過沉淀、吸附等過程實現去除。氧化劑可以是H₂O₂、KMnO₄、NaClO、NH₂Cl、K₂FeO₄等，也可使通過光催化、超聲、電化學等高級氧化方式進行，但過程只能實現砷價態的轉化，不能達到徹底除砷的目的。

相比而言，吸附法簡單、可以規模應用，因此更具優勢，吸附除砷已經引起了國內外學者的廣泛關注。考慮鐵、錳、鋁等絮體對砷有很好的吸附性能，近年來，一個新興的方向是在吸附劑表面負載金屬或多金屬改性用于提高對砷的吸附，如鐵氧化物鍍層的聚合物、鐵氧化物負載砂、鐵氧化物浸漬活性氧化鋁等。活性炭具有復雜的孔隙結構和巨大的比表面積，廣泛應用于吸附處理水中的污染物，是一種很好的吸附材料，其對無機物的吸附主要基于目標物與活性炭表面的含氧官能團之間的絡合作用或靜電作用。雖然商品活性炭已被證實除As(Ⅲ)能力極低，但對As(Ⅴ)具有一定的吸附能力，目前少有研究報道采用活性炭直接吸附除砷。

催化氧化As(Ⅲ)為As(Ⅴ)，是提高活性炭的吸附能力也是一種有效的途徑。活性炭表面具有豐富的表面官能團和反應活性位點，是優良的表面催化反應場所，可以實現對很多化學反應的催化反應，利用這一催化特性，鑒于活性炭對As(Ⅴ)的吸附能力優于As(Ⅲ)，依靠水中溶解的氧氣或外加氧化劑，實現As(Ⅲ)到As(Ⅴ)的有效轉化，可大大提高活性炭的除砷能力。