專利名稱：一種O₃與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水處理方法，具體地說(shuō)是一種去除水中砷的方法。
背景技術(shù)：
砷是一種致癌物，可以通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚接觸進(jìn)入人體，危害人體內(nèi)很多系統(tǒng)的功能。砷進(jìn)入人體后，可與蛋白質(zhì)的特定基團(tuán)相結(jié)合形成特定的結(jié)合物，阻礙細(xì)胞的呼吸而顯現(xiàn)出毒性。目前，世界上許多國(guó)家都發(fā)現(xiàn)了水中砷超標(biāo)的現(xiàn)象，嚴(yán)重危害當(dāng)?shù)厝说娘嬘盟踩?。在美?guó)、匈 牙利、印度、孟加拉國(guó)、阿根廷、智利、越南等國(guó)家都發(fā)現(xiàn)了水砷污染，其中印度和孟加拉國(guó)污染最嚴(yán)重，智利北部地區(qū)水砷含量最高達(dá)21000 μ g/L ;在我國(guó)的新疆、內(nèi)蒙古、臺(tái)灣、山西等13個(gè)省份都發(fā)現(xiàn)了砷含量超標(biāo)的水，砷含量多在10 1800 μ g/L之間。因此，非常有必要對(duì)水中的砷進(jìn)行去除。自然水體中的砷的存在形態(tài)主要包括亞神酸鹽As (III)，砷酸鹽As (V)，二甲基胂酸鹽(MMA)，二甲基胂酸鹽(DMA)等，其毒性順序?yàn)锳s (III) > As (V) > MMA > DMA，其中As (III)的毒性是As (V)毒性的60倍，因此，對(duì)水中難以直接去除的As (III)污染進(jìn)行同步控制是極其必要的。研究表明，常規(guī)水處理工藝難以去除水中的砷，經(jīng)過(guò)各國(guó)科研工作者不斷的努力，開(kāi)發(fā)出了許多去除水中砷的方法，如混凝沉淀法、離子交換法、生物技術(shù)、電凝聚法、壓力膜法等方法。雖然各種方法對(duì)去除水中的砷都有一定的效果，但是都存在一定的弊端，有些方法技術(shù)要求和成本太高而無(wú)法應(yīng)用?；炷恋矸ǎㄟ^(guò)向水中投加某一種或幾種藥劑，使其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀或絮凝體，砷參加其中的反應(yīng)或被沉淀吸附達(dá)到去除的目的一種方法。其缺點(diǎn)是需要大量的沉淀劑，產(chǎn)生大量的含砷廢渣，并且沒(méi)有較好的處理含砷廢渣的方法，廢渣長(zhǎng)期堆積容易產(chǎn)生二次污染。離子交換法，利用某些對(duì)砷有交換作用的樹(shù)脂把水中的砷污染物富集到樹(shù)脂上從而凈化水體的方法。其缺點(diǎn)是處理水中會(huì)殘留被砷置換下來(lái)的離子，造成新的污染，需要進(jìn)一步的處理；同時(shí)離子交換法所需的交換劑量大，交換容量不高，造成成本較高，使用有限。生物技術(shù)，利用某些微生物或植物對(duì)水中砷的富集或氧化作用降低水中砷的濃度或毒性。其缺點(diǎn)是需要占用較大的面積，并且仍然處在研究中，在實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)例也不是很多。電凝聚法，以鋁或鐵作為電解槽的電極，在直流電作用下進(jìn)行電解，陽(yáng)極鋁或鐵失去電子后溶于水，形成離子。這些鋁和鐵的三價(jià)離子作為混凝劑，與富集在陽(yáng)極區(qū)域的氫氧根生成氫氧化物，水中的砷酸根離子被吸附在這些具有較大比表面積的無(wú)定形氫氧化物或其聚合體上，隨電解產(chǎn)生的氣泡上浮，或者沉淀在電解池的底部，從而分離以去除水中的砷。其缺點(diǎn)是需要一些特殊的設(shè)備和較高的技術(shù)操作要求，在實(shí)際中應(yīng)用還存在一定的困難。
壓力膜法，利用膜的選擇透過(guò)性，通過(guò)在膜兩側(cè)施加不同的壓力，使水透過(guò)而砷被截留的技術(shù)去除水中的砷。其缺點(diǎn)是對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高、成本高、操作要求高的特點(diǎn)使膜技術(shù)的應(yīng)用受到很大的限制。綜上可見(jiàn)，非常有必要開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、有效、能夠廣泛應(yīng)用的控制水中砷污染的處理技術(shù)，不僅可以在家庭中處理小量的水，同時(shí)可以應(yīng)用于水廠做大規(guī)模處理的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、不產(chǎn)生二次污染、能有效去除水中的砷的O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的按照O3與水中As (III)的摩爾當(dāng)量比為I 10:1的比例向水中投加O3，用O3將水中難以被活性炭吸附的砷直接氧化或在活性炭表面的催化作用下氧化成容易被吸附的 狀態(tài)，然后用活性炭進(jìn)行吸附。所述活性炭采用顆?；钚蕴?是煤質(zhì)炭、椰殼炭或泥炭。所述活性炭直接投加到水中，或者在反應(yīng)器內(nèi)以固定床形式存在，或者在反應(yīng)器內(nèi)以流化床形式存在。所述O3以O(shè)3氣體通氣投加，或者以臭氧水的形式投加。本發(fā)明的原理是03或飽和臭氧水投加到含砷的水中發(fā)生如下反應(yīng)03+As (III) — As (IV) +O203+H20 — OH · +O2OH · +As (III) — As (IV) +HO2As (IV) +O3 ^ As (V)As (IV)+02+H+ —As (V) +HO2VO2-As (IV) +02+0H—As (V) +O2OH · +As (IV) — As (V)O3直接氧化和活性炭催化氧化氮的二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)分別為I. OX IO6M-1S4和I. OX IO9IT1S'從而把水中的As (III)氧化成As (V)。然后用活性炭吸附水中比較容易去除的As (V)，達(dá)到去除水中砷的目的。本發(fā)明O3/活性炭聯(lián)用去除水中的砷的方法速度較快，而且不會(huì)對(duì)水體和大氣造成污染。與混凝沉淀法相比，不需要大量的沉淀劑，不產(chǎn)生大量的含砷廢渣，不產(chǎn)生二次污染；與離子交換法相比，不會(huì)造成新的污染，不需要離子交換法所需的交換劑，成本不較高；與生物技術(shù)相比，不需要占用較大的面積；與電凝聚法相比，不需要一些特殊的設(shè)備和較高的技術(shù)操作要求；與壓力膜法相比，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求不高、操作要求不高。本發(fā)明采用的除砷方法相比傳統(tǒng)的方法而言，對(duì)水中砷的去除能力提高了 24. 6%，主要是O3氧化或飽和臭氧水氧化使水中的難以去除的As (III)轉(zhuǎn)化成容易去除的As (V)，使活性炭對(duì)砷的吸附效率明顯提高。本發(fā)明的除砷方法能夠單獨(dú)使用進(jìn)行給水或污水處理，也可與其它水處理工藝聯(lián)合使用。該方法用于給水與污水的處理，能夠有效地去除水中存在的砷，同時(shí)可將其它有機(jī)污染物、異味、色濁及細(xì)菌、病毒、重金屬等污染物一并去除，具有很高的除污染效率，能夠全面提高處理后水質(zhì)。其對(duì)水中砷的去除能力全面超過(guò)傳統(tǒng)的水處理方法，便于目前水處理 廠的改造應(yīng)用。此外本發(fā)明與傳統(tǒng)的除砷方法相比，由于活性炭易再生，故可延長(zhǎng)活性炭的使用壽命，大大降低原料的成本投資。本發(fā)明適用于各種水質(zhì)中砷的處理。本發(fā)明它解決了現(xiàn)有采用混凝沉淀法、離子交換法、生物技術(shù)、電凝聚法、壓力膜法等方法的許多弊端。本發(fā)明不需要混凝劑和助凝劑，不產(chǎn)生二次污染，不需要昂貴的離子交換膜和離子交換樹(shù)脂，不需要特殊的設(shè)備和操作技術(shù)，不引入微生物，不需要占用大量的土地，可方便的設(shè)置反應(yīng)器，有效去除水中的砷，保障水質(zhì)安全。


圖I是具體實(shí)施方式
二的除砷效果圖；圖2是具體實(shí)施方式
三的除砷效果圖。
具體實(shí)施例方式下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式O3/活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法按以下方式進(jìn)行向水中通入O3并或投加飽和臭氧水并攪拌，然后向含砷的水中投加顆粒活性炭，即完成去除水中的砷；其中活性炭采用顆?；钚蕴浚?3的投加量按臭氧與水中As (III)反應(yīng)的摩爾當(dāng)量比I 10:1投加。本實(shí)施方式中顆粒活性炭的投加采用設(shè)備投加。本實(shí)施方式中O3的通入量03劑量越大，除砷的效果越好，但需要做好安全防護(hù)，以免過(guò)量的O3對(duì)身體造成傷害。本實(shí)施方式中的發(fā)生器要要保證臭氧濃度和防止臭氧泄露，需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)施方式去除水中的砷時(shí)，對(duì)水中的有機(jī)物指標(biāo)和微生物指標(biāo)等沒(méi)有要求。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式中原水砷的含量為50 μ g/L,通入O3的量為2mg/L，IOmin時(shí)去除砷80%，30min時(shí)去除砷95% (附圖I)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是反應(yīng)體系為工業(yè)生產(chǎn)、采礦業(yè)等產(chǎn)生含砷廢水的水體、海水等。以海水為例原水砷的含量為30 μ g/L，通入O3的量為5mg/L，IOmin時(shí)去除砷75%，30min時(shí)去除砷92% (附圖2)。其他與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式對(duì)體系的pH值，溫度的范圍有要求，即pH在4-7之間，溫度在20_30°C之間，因此需要對(duì)廢水進(jìn)行一定的預(yù)處理。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式O3/活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法按以下方式進(jìn)行采用固定床，在一固定反應(yīng)器內(nèi)填充顆粒活性炭作填料，從反應(yīng)器的一側(cè)進(jìn)水，同時(shí)向反應(yīng)器內(nèi)通入03，即完成水中砷的去除；其中活性炭采用顆?；钚蕴?；03的投加量按臭氧與水中As (III)反應(yīng)的摩爾當(dāng)量比I 10:1投加；顆?；钚蕴康母鼡Q頻率按單位體積活性炭吸附砷的量20mg/g和水中砷的總量計(jì)算。本實(shí)施方式反應(yīng)器內(nèi)活性炭的填裝要保證有足夠的孔隙保證水流通過(guò)和O3的擴(kuò)散。
本實(shí)施方式其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是反應(yīng)器為流化床。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是用O3或飽和臭氧水對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，而不向反應(yīng)器內(nèi)通入O3，然后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
權(quán)利要求
1.一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法，其特征是按照O3與水中As (III)的摩爾當(dāng)量比為I 10:1的比例向水中投加O3，用O3將水中難以被活性炭吸附的砷直接氧化或在活性炭表面的催化作用下氧化成容易被吸附的狀態(tài)，然后用活性炭進(jìn)行吸附。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法，其特征是所述活性炭采用顆?；钚蕴浚敲嘿|(zhì)炭、椰殼炭或泥炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法，其特征是所述活性炭直接投加到水中，或者在反應(yīng)器內(nèi)以固定床形式存在，或者在反應(yīng)器內(nèi)以流化床形式存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法，其特征是所述O3以O(shè)3氣體通氣投加，或者以臭氧水的形式投加。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法，其特征是所述O3以O(shè)3氣體通氣投加，或者以臭氧水的形式投加。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種O3與活性炭聯(lián)用去除水中砷的方法。按照O3與水中As(Ⅲ)的摩爾當(dāng)量比為1～10:1的比例向水中投加O3，用O3將水中難以被活性炭吸附的砷直接氧化或在活性炭表面的催化作用下氧化成容易被吸附的狀態(tài)，然后用活性炭進(jìn)行吸附。本發(fā)明不需要混凝劑和助凝劑，不產(chǎn)生二次污染，不需要昂貴的離子交換膜和離子交換樹(shù)脂，不需要特殊的設(shè)備和操作技術(shù)，不引入微生物，不需要占用大量的土地，可方便的設(shè)置反應(yīng)器，有效去除水中的砷，保障水質(zhì)安全。
文檔編號(hào)C02F1/58GK102633346SQ201210137238
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者于樹(shù)芳, 劉桂芳, 孫亞全, 朱麗楠, 李旭春, 王春麗 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)