一種多元複合金屬氧化物除砷沉降劑及其應用方法

2023-05-15 11:16:41

專利名稱：一種多元複合金屬氧化物除砷沉降劑及其應用方法
技術領域：
本發明屬於沉降去除湖泊、水庫等水中砷等汙染物的材料領域，特別涉及以鐵氧化物、 錳氧化物、鋁氧化物為基礎的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑及應用方法。
背景技術：
砷是一種毒性很強的重金屬元素，其在環境中存在將對人體、水生動植物等產生嚴重影 響。此外，含砷水若被用於進行農業灌溉、漁業、景觀等功能需求使用時，還有可能通過食 物鏈富集作用間接地進入人體，並對人體健康造成威脅。為了控制飲用水、糧食、蔬菜、水 果、水生動物(如魚)等不同途徑對人體等造成的砷暴露風險，我國通過標準的形式對不同 水環境中砷濃度限值進行了嚴格的規定。例如，國家最新飲用水標準規定飲用水中砷最大濃 度必須低於10^lg/L;水環境質量標準中要求四類及其以上水體中砷濃度應該低於50^lg/L;工
業廢水排放標準中規定排放入水體中的工業廢水中砷濃度應低於0.50 mg/L。
水中砷的去除技術國內外研究的熱點與難點問題。近十年來，恆河三角洲地區由於地下 水砷汙染導致數千萬人通過飲用水途徑暴露於砷並有數百萬人因此出現砷中毒症狀。為此， 許多研究與技術開發工作著眼於飲用水中砷的去除，開發了大量的除砷新技術與新方法，如 吸附、絮凝-沉澱-過濾、絮凝-直接過濾、電滲析、離子交換、膜分離等。在除砷吸附材料上， 開發了活性氧化鋁、赤泥、改性活性炭、羥基氧化鐵、GFH 、 READ-As 、錳砂、水合錳 氧化物、鐵錳複合氧化物/硅藻土等材料。飲用水處理中往往將上述材料裝填在吸附柱中，含 砷水流經吸附柱過程中砷汙染物得以從水相中吸附去除。
對於湖泊、水庫、河流等水體中砷的沉降去除，上述用於去除飲用水中砷的吸附材料雖 然具有吸附砷的能力，但往往存在平衡吸附容量過低、沉降速度過快、吸附反應時間不足、 缺乏適宜的混合等環境水力學條件等問題，從而難以具有明顯的除砷效果。申請者前期研究 開發的鐵錳複合氧化物/硅藻土除砷吸附材料，有效提高了材料吸附容量及其吸附砷的動力學 反應速度，但仍由於其沉降過快而難以有效沉降去除水中的砷。申請者前期發明的複合氧化 絮凝劑在水中沉降速度能夠明顯降低，但在除砷過程中對混合、反應的水力學條件要求很高， 對於龐大的湖泊、水庫等水體中砷汙染控制難以適用。蔡亞岐等人發明的氧化鐵-氧化鋁複合 納米材料(專利申請號CN200710118307.1)能夠有效去除水中砷、氟等汙染物，且在水體 中沉降速度很低能夠有效保證吸附沉降去除砷的反應時間，但材料製備工藝複雜，成本昂貴， 難以在工程實際中大規模推廣應用。
因此，針對湖泊、水庫等水體的砷汙染，開發高效、成本低廉、使用方便、沉降速度適 宜且可在工程中大規模應用的除砷沉降劑，這是目前研究與工程應用中亟需解決的難點問題。

發明內容
本發明的目的之一是針對水中砷汙染物，尤其是湖泊、水庫等大型水體中砷，提供一種性能高效、經濟可行、易於在工程中應用的多元複合金屬氧化除砷沉降劑。 本發明的目的之二是提供多元複合金屬氧化除砷沉降劑的製備方法。 本發明的目的之三是提供多元複合金屬氧化除砷沉降劑的應用方法。
本發明所涉及的多元複合金屬氧化除砷沉降劑的除砷技術原理在於將具有優異除砷性 能的水合鐵氧化物(Fe203*xH20)、水合氫氧化鐵(Fe(OH)3，xH20)、水合羥基氫氧化鐵 (FeOOH*xH20)、水合鋁氧化物(Al203'xH20)、水合羥基氧化鋁(A100H'xH20)、水合 氫氧化鋁(Al(OH)3*xH20)、水合錳氧化物(Mn(VxH20)、水合羥基氫氧化錳(MnOOH*xH20) 等進行復配，獲得具有豐富活性吸附位點與表面羥基的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。在 吸附除砷過程中，利用除砷沉降劑表面活性位點的氧化、吸附、表面絡合作用實現砷從水相 中分離及其在材料內部的固化；吸附了砷的沉降劑在自身重力作用下向下沉降至底部，從而 實現砷從水體中的沉降與去除。採用該除砷沉降劑去除湖泊、水庫等水體中的砷，處理水能 達到我國地表水環境質量標準中三類(及其以上)水體對砷汙染物的規定要求。該除砷沉降 劑也能有效去除河流、地下水、飲用水、工業廢水等水體中砷汙染物；此外，該沉降劑也可 用於沉降去除上述水體中的銅、鉻、鎘、鉛等重金屬和鐵、錳、磷酸鹽等汙染物。
本發明所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑由鐵鹽溶液、鋁鹽溶液、亞鐵鹽溶液、錳 鹽溶液、高錳酸鹽溶液經化學反應製備而成。多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的復配組分包 括水合鐵氧化物(Fe203 xH20)、水合氫氧化鐵(Fe(OH)3 xH20)、水合羥基氫氧化鐵 (FeOOH xH20)、水合鋁氧化物(Al203，xH20)、水合羥基氧化鋁(A100H，xH20)、水合 氫氧化鋁(Al(OH)3，xH20 )、水合錳氧化物(Mn02*xH20 )和水合羥基氫氧化錳(MnOOH*xH20) 等，其中X為水分子的個數。
在上述多元複合金屬氧化物除砷沉降劑中還可以進一步含有矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷酸 鈉、海藻酸鈉、殼聚糖、澱粉、聚丙烯醯胺(PAM)等組分。
在上述多元複合金屬氧化物除砷沉降劑中還可以進一步含有硅藻土、高嶺土、紅壤、粉 煤灰、赤泥、粘土等組分。其中，上述材料的顆粒粒徑在100目以下。
所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等 中的一種或大於一種以上的混合鹽。
所述的鋁鹽溶液選自硫酸鋁、氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、硝酸鋁、聚合硝酸鋁、 明礬等溶液中的一種或大於一種以上的混合物。
所述的亞鐵鹽溶液包括氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵等溶液中的一種或大於一種以上 的混合物。
所述的高錳酸鹽溶液包括高錳酸鉀、高錳酸鈉等溶液中的一種或大於一種以上的混合物。
在上述的鋁鹽、鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽溶液中還可以加入鈣鹽、鎂鹽中的一種或大於 一種以上的混合鹽溶液； 一般鈣鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的摩爾數 的比為0 1:1，鎂鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的摩爾數的比為0 1:1。在上述的鋁鹽、鐵鹽、亞鐵鹽溶液中還可以加入錳鹽溶液； 一般鈣鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵
鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的摩爾數的比為0 2:1
所述的鈣鹽可選自氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣等中的一種或大於一種以上的混合鹽。 所述的鎂鹽可選自氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂等中的一種或大於一種以上的混合鹽。 所述的錳鹽可選自氯化錳、硫酸錳、硝酸錳等中的一種或大於一種以上的混合鹽。 所述矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷酸鈉、海藻酸鈉、殼聚糖、澱粉、聚丙烯醯胺(PAM)等
組分，其任意一種與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的質量比為0 0.5:1。
所述硅藻土、高嶺土、紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土等組分，其任意一種與鋁鹽(或鐵鹽、
亞鐵鹽、高錳酸鹽)的質量比為0 1000:1。
本發明的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的製備方法是採用異位製備方法或採用原位
製備方法進行製備，其中
一. 採用異位製備方法進行製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑
採用如下方式之一分別製得混合液A和混合液B:
1) 將鐵鹽、鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將高錳酸鹽溶液作為混合液B;
2) 將鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A,將鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混
合液B;
3) 將鐵鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鋁鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混
合液B;
4) 將亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鋁鹽、鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混 合液B。
在上述溶液中，鐵、錳、鋁元素任意二者之間的摩爾比範圍為6:1 1:6。 將混合液A加入混合液B溶液中進行充分混合，或將混合液B加入混合液A溶液中進行充
分混合，或將混合液A與混合液B同時加入一個容器中進行混合；混合之後攪拌反應時間範圍
為10 min~6 h。
作為優化，在將混合液A、混合液B進行混合之前，還可以將矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷 酸鈉、海藻酸鈉、殼聚糖、澱粉、聚丙烯醯胺(PAM)等中的一種或任意比的混合物加入混 合液A和/或混合液B，並充分攪拌溶解；和/或，
作為優化，在將混合液A、混合液B進行混合之前，還可以將硅藻土、高嶺土、紅壤、 粉煤灰、赤泥、粘土等組分中的一種或任意比的混合物加入混合液A和/或混合液B，並充分 攪拌。
二. 採用原位製備方法進行製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑 採用如下方式之一分別製得混合液A和混合液B:
1) 將鐵鹽、鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將高錳酸鹽溶液作為混合液B;
2) 將鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混 合液B;
3) 將鐵鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鋁鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混合液B;
4)將亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鋁鹽、鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混
合液B。
在上述溶液中，鐵、錳、鋁元素任意二者之間的摩爾比範圍為6:1 1:6。
將混合液A與混合液B分別均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水體水面上，二者噴撒時間 先後順序可以是以下方式之一先噴撒混合液A，後噴撒混合液B;先噴撒混合液B，後噴撒 混合液A;混合液A與混合液B噴撒先後時間間隔為O h~120 h。
作為優化，在將混合液A、混合液B進行混合之前，還可以將矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷 酸鈉、海藻酸鈉、殼聚糖、澱粉、聚丙烯醯胺(PAM)等中的一種或任意比的混合物加入混 合液A和/或混合液B，並充分攪拌溶解；和/或，
作為優化，在將混合液A、混合液B進行混合之前，還可以將硅藻土、高嶺土、紅壤、 粉煤灰、赤泥、粘土等組分中的一種或任意比的混合物加入混合液A和/或混合液B，並充分 攪拌。
本發明的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑(採用異位方法得到的)的應用方法在遭受 砷汙染的待淨化水體水面上均勻噴撒多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，投量在0.5 mg/L 5 g/L之間。對於程度較嚴重的砷汙染(總砷X).5mg/L)，也可以採用二次或二次以上噴撒多元 複合金屬氧化物除砷沉降劑的方式進行處理。
本發明的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑(採用原位方法得到的)的應用方法在遭受 砷汙染的待淨化水體水面上先後均勻噴撒混合液A或混合液B。其中，混合液A與混合液B噴 撒先後時間間隔為0h 120h;混合液A與混合液B反應獲得的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑 投量在0.5mg/L 5g/L之間。對於程度較嚴重的砷汙染(總砷X).5mg/L)，也可以採用多次 順序噴撒混合液A或混合液B的方式進行處理。
該多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的應用能將水中的砷降低到國家地表水環境質量標 準中三類水體對砷濃度的規定要求(<0.05mg/L)。
本發明實現的技術效果如下
本發明涉及的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，採用普通常見的水處理藥劑和/或材料制 備而成，製備方法簡單，成本低廉，使用操作簡便。本發明涉及的除砷沉降劑具有優異的除 砷性能。
1. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的製備方法僅為將混合液A與混合液B進行混合，操 作過程簡單，易於實現；
2. 製備所用的混合液A與混合液B為水處理中常用的淨水藥劑或淨水材料，成本低廉；
3. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的除砷過程通過界面氧化、吸附、表面絡合、螯合、 沉降、共沉降、架橋、巻掃等多種途徑實現，吸附位點豐富，多種作用機制協同， 從而具有良好的除砷效果；
4. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的應用方法僅為將異位製備而得的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水體水面上，或將混合液A與混合液 B先後噴撒在遭受砷汙染的待淨化水體水面上，工程施工操作過程簡單，工期短見效 快；
5. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的應用能將水中的砷降低到國家地表水環境質量標 準中三類水體對砷濃度的規定要求(<0.05mg/L);
6. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑可用於去除湖泊、水庫、河流、地下水、飲用水、 工業廢水等水體中砷汙染物；
7. 多元複合金屬氧化物除砷沉降劑除了去除水中砷之外，還可以用於沉降去除水中的 銅、鉻、鎘、鉛等重金屬和鐵、錳、磷酸鹽等汙染物。
具體實施方式
實施例l
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置 高猛酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為l g/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合 10 min。
應用於水含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合反應後獲得的多元複合 金屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉 降劑投量為IO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例2
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鋁、硫酸
亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置由三氯化鐵、高錳酸鹽 溶液組成的混合液B (三氯化鐵濃度為2g/L，高錳酸鹽濃度為l g/L)。將混合液B加入混合液 A中，攪拌混合120min。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為10mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求 (<0.05mg/L)。
實施例3
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由硫酸亞鐵溶液並 將其作為混合液A (硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置由三氯化鋁、三氯化鐵、高錳酸鹽溶液組 成的混合液B (三氯化鋁、三氯化鐵濃度均為2 g/L，高錳酸鹽濃度為lg/L)。將混合液A與混 合液B同時加入容器中，攪拌混合4h。應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.50mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為200 mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0,05mg/L)。
實施例4
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵、氯化錳溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵、氯化錳濃 度均為2 g/L);配置高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為l g/L)。將混合液A加入混 合液B中，攪拌混合10min。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為IOmg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求 (<0.05mg/L)。
實施例5
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵、氯化錳溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵、氯化錳濃 度均為2 g/L);配置高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為l g/L)。將混合液A加入混 合液B中，攪拌混合10min。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為10mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求 (<0.05mg/L)。
實施例6
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、硫酸 鐵、硝酸鐵、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化錳、硫酸錳溶液組成的混合液A (三氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化錳、硫酸錳溶 液均為2g/L);配置高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為5g/L)。將混合液B加入混合 液A中，攪拌混合10min。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.80mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為IOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。實施例7
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、硫酸 鐵、硝酸鐵、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化錳、硫酸錳溶液組成的混合液A (三氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、三氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化錳、硫酸錳溶 液均為2g/L);配置由高錳酸鹽、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵溶液作為混合液B (高 錳酸鹽濃度為5g/L，聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵溶液濃度為lg/L)。將混合液B加 入混合液A中，攪拌混合6h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為l.O mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為500 mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例8
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵、氯化鈣、氯化鎂溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃 度均為2g/L，氯化鈣、氯化鎂溶液濃度為0.5 g/L);配置高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸 鹽濃度為lg/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合10min。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為l.O mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為400 mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例9
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵、矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷酸鈉溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、
硫酸亞鐵濃度均為2 g/L，矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷酸鈉溶液濃度為0.5g/L);配置高錳酸鹽溶 液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為lg/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合6h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為500 mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例IO
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵、矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸 亞鐵濃度均為2 g/L，矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為1 g/L);配置高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為4g/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合6h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為IOOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例ll
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯
化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置 由高錳酸鹽、矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液組成的混合液B (高錳酸鹽濃度為4 g/L，矽酸鈉、 殼聚糖、PAM溶液濃度為1 g/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合6h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為IOOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例12
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯
化鋁、硫酸亞鐵溶液(三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L)，並加入硅藻土、高嶺 土、紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土 (硅藻土、高嶺土、紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土濃度均為5g/L) 並攪拌混合獲得混合液A;配置由高錳酸鹽、矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液組成的混合液B (高 錳酸鹽濃度為4g/L，矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為1 g/L)。將混合液A加入混合液B中， 攪拌混合6 h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為IOOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例13
材料製備採用異位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液(三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L)，並加入硅藻土、高嶺 土 (硅藻土、高嶺土濃度均為50g/L)並攪拌混合獲得混合液A;配置由高錳酸鹽、矽酸鈉、 殼聚糖、PAM溶液並加入紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土等充分攪拌獲得混合液B (高錳酸鹽濃 度為4g/L，矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為lg/L，紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土的濃度均為 50g/L)。將混合液A加入混合液B中，攪拌混合6h。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合反應後獲得的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降 劑投量為5000mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要 求(<0.05mg/L)。
實施例14
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置 高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為l g/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合液A均勻噴撒在遭受砷汙 染的待淨化水面上，間隔5min後將混合液B均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元復 合金屬氧化物除砷沉降劑投量為IO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三 類水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例15
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置 高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為lg/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20mg/L。將混合液B均勻噴撒在遭受砷汙 染的待淨化水面上，間隔5min後將混合液A均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元復 合金屬氧化物除砷沉降劑投量為IO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三 類水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例16
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置
高錳酸鹽溶液作為混合液B (高錳酸鹽濃度為lg/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為0.20 mg/L。將混合液B與混合液A同時均勻 噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降劑投量為10mg/L。處理後 水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例17
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液組成的混合液A (三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L);配置 由高錳酸鹽、矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液組成的混合液B (高錳酸鹽濃度為4 g/L，矽酸鈉、 殼聚糖、PAM溶液濃度為1 g/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0mg/L。將混合液B與混合液A同時均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降劑投量為1000mg/L。處理後 水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例18
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯
化鋁、硫酸亞鐵溶液(三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L)，並加入硅藻土、高嶺 土、紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土 (硅藻土、高嶺土、紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土濃度均為5g/L) 並攪拌混合獲得混合液A;配置由高錳酸鹽、矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液組成的混合液B (高 錳酸鹽濃度為4g/L，矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為lg/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0mg/L。將混合液B與混合液A同時均勻噴 撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬氧化物除砷沉降劑投量為1000mg/L。處理後 水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例19
材料製備採用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液(三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L)，並加入硅藻土、高嶺 土 (硅藻土、高嶺土濃度均為50g/L)並攪拌混合獲得混合液A;配置由高錳酸鹽、矽酸鈉、 殼聚糖、PAM溶液並加入紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土等充分攪拌獲得混合液B (高錳酸鹽濃 度為4g/L,矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為lg/L，紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土的濃度均為 50g/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0mg/L。將混合液B噴撒在遭受砷汙染的待 淨化水面上，間隔2 d以後將混合液A均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金屬 氧化物除砷沉降劑投量為IOOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類水 體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
實施例20
材料製備釆用原位方法製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑。配置由三氯化鐵、三氯 化鋁、硫酸亞鐵溶液(三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸亞鐵濃度均為2g/L)，並加入硅藻土、高嶺 土 (硅藻土、高嶺土濃度均為50g/L)並攪拌混合獲得混合液A;配置由高錳酸鹽、矽酸鈉、 殼聚糖、PAM溶液並加入紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土等充分攪拌獲得混合液B (高錳酸鹽濃 度為4g/L,矽酸鈉、殼聚糖、PAM溶液濃度為lg/L，紅壤、粉煤灰、赤泥、粘土的濃度均為 50g/L)。
應用於含砷水淨化砷汙染水體中砷濃度為2.0 mg/L。將混合液A噴撒在遭受砷汙染的 待淨化水面上，間隔5 d以後將混合液B均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水面上，多元複合金 屬氧化物除砷沉降劑投量為IOOO mg/L。處理後水中砷濃度達到國家地表水環境質量標準三類 水體對砷濃度的要求(<0.05mg/L)。
權利要求
1. 一種多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵是復配組分包括水合鐵氧化物、水合氫氧化鐵、水合羥基氫氧化鐵、水合鋁氧化物、水合羥基氧化鋁、水合氫氧化鋁、水合錳氧化物、水合羥基氫氧化錳等，並通過原位反應過程製得。
2. 根據權利要求l所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，由鐵鹽溶液、鋁鹽溶液、亞鐵鹽溶液、高錳酸鹽溶液經化學反應製備而成。
3. 根據權利要求1和2所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，所述的鐵 鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或大 於一種以上的混合鹽。所述的鋁鹽溶液選自硫酸鋁、氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、硝酸鋁、聚合硝酸鋁、 明碸等溶液中的一種或大於一種以上的混合物。所述的亞鐵鹽溶液包括氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵等溶液中的一種或大於一種以上 的混合物。所述的高錳酸鹽溶液包括高錳酸鉀、高錳酸鈉等溶液中的一種或大於一種以上的混合物。
4. 根據權利要求1和2所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，在上述的 鋁鹽、鐵鹽、亞鐵鹽和/或高錳酸鹽溶液中還可以加入鈣鹽、鎂鹽中的一種或大於一種以上的 混合鹽溶液；鈣鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的摩爾數的比為0 1:1， 鎂鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的摩爾數的比為0 1:1。在上述的鋁鹽、 鐵鹽、亞鐵鹽溶液中還可以加入錳鹽溶液，錳鹽的摩爾數與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸 鹽)的摩爾數的比為0 2:1。
5. 根據權利要求1和2所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，所述的鈣鹽 選自氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣中的一種或大於一種以上的混合鹽；所述的鎂鹽選自氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂中的一種或大於一種以上的混合鹽； 所述的鐵鹽選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的一種或大於一種以上的混合鹽； 所述的錳鹽選自氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或大於一種以上的混合鹽。
6. 根據權利要求1和2所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，在上述原位 生成複合金屬氧化物除砷吸附劑中還可以進一步含有矽酸鈉、聚矽酸鈉、聚磷酸鈉、海藻酸 鈉、殼聚糖、澱粉、聚丙烯醯胺(PAM)等組分，其任意一種與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高 錳酸鹽)的質量比為0 0.5:1。
7. 根據權利要求1和2所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，其特徵在於，在上述原位 生成複合金屬氧化物除砷吸附劑中還可以進一步含有硅藻土、高嶺土、紅壤、粉煤灰、赤泥、 粘土等組分，其任意一種與鋁鹽(或鐵鹽、亞鐵鹽、高錳酸鹽)的質量比為0 1000:1。
8. —種根據權利要求1 7任一項所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的製備方法， 其是採用異位製備方法或採用原位製備方法進行製備，其特徵在於，採用異位製備方法和/或原位製備方法進行製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑時，首先 製得混合液A和混合液B，且混合液A和混合液B釆用如下方式之一獲得1) 將鐵鹽、鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將高錳酸鹽溶液作為混合液B;或，2) 將鋁鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混 合液B;或，3) 將鐵鹽、亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A，將鋁鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混 合液B;或，4) 將亞鐵鹽溶液進行混合獲得混合液A,將鋁鹽、鐵鹽、高錳酸鹽溶液進行混合獲得混 合液B。在上述溶液中，鐵、錳、鋁元素任意二者之間的摩爾比範圍為6:1 1:6。 採用異位製備方法進行製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑時，將混合液A加入混合液 B溶液中進行充分混合，或將混合液B加入混合液A溶液中進行充分混合，或將混合液A與混 合液B同時加入一個容器中進行混合；混合之後攪拌反應時間範圍為10 min~6 h。釆用原位製備方法和進行製備多元複合金屬氧化物除砷沉降劑時，將混合液A與混合液 B分別均勻噴撒在遭受砷汙染的待淨化水體水面上，二者噴撒時間先後順序可以是以下方式之一先噴撒混合液A，後噴撒混合液B;先噴撒混合液B，後噴撒混合液A;混合液A與混合液B噴撒先後時間間隔為0 h~l20 h。
9. 一種根據權利要求1 8任一項所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的應用方法，其 特徵在於，採用異位方法得到的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑進行應用時，在遭受砷汙染 的待淨化水體水面上均勻噴撒多元複合金屬氧化物除砷沉降劑，投量在0.5 mg/L 5 g/L之間。 對於程度較嚴重的砷汙染(總砷X).5mg/L)，也可以採用二次或二次以上噴撒多元複合金屬 氧化物除砷沉降劑的方式進行處理。
10. —種根據權利要求1 8任一項所述的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑的應用方法，其 特徵在於，採用原位方法得到的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑進行應用時，在遭受砷汙染 的待淨化水體水面上先後均勻噴撒混合液A或混合液B。其中，混合液A與混合液B噴撒先後 時間間隔為O h~120 h;混合液A與混合液B反應獲得的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑投量在 0.5mg/L 5g/L之間。對於程度較嚴重的砷汙染(總砷X).5mg/L)，也可以採用多次順序噴 撒混合液A或混合液B的方式進行處理。
全文摘要
本發明屬於沉降去除水中砷的材料領域，特別涉及以鐵氧化物、錳氧化物、鋁氧化物為基礎的多元複合金屬氧化物除砷沉降劑及應用方法。本發明採用異位製備方法或採用原位製備方法製備得到多元複合金屬氧化物除砷沉降劑由水合鐵氧化物、水合羥基氫氧化鐵、水合鋁氧化物、水合羥基氧化鋁、水合錳氧化物等組成。本發明提供多元複合金屬氧化物除砷沉降劑可用於去除湖泊、水庫、河流、地下水、飲用水、工業廢水等水體中砷汙染物；此外，該沉降劑也可用於沉降去除水中的銅、鉻、鎘、鉛等重金屬和鐵、錳、磷酸鹽等汙染物。
文檔編號C02F1/58GK101423278SQ200810226740
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月24日 優先權日2008年11月24日
發明者蘭華春, 劉會娟, 劉銳平, 曲久輝, 王洪傑 申請人:中國科學院生態環境研究中心