一種泥漿型鐵基赤泥除砷劑的製備與應用方法

2023-11-11 20:52:07

專利名稱：一種泥漿型鐵基赤泥除砷劑的製備與應用方法
技術領域：
本發明屬於水處理、資源再利用領域，特別涉及水體砷汙染的廉價高效快速處置 材料及其應用工藝，可應用於發生砷汙染事故時水體的應急處置，也可應用於水廠混凝工 藝進行常規砷去除。
背景技術：
砷是一種廣泛分布於大氣、水、土壤、巖石和生物體中具有類金屬特性的元素。砷 化物從被發現以來就以其毒性而聞名。人體接觸高濃度砷會發生急性砷中毒，長時間接觸 砷會導致慢性中毒。砷中毒可嚴重危及人體的呼吸、消化、心血管、神經、泌尿、造血等多個 系統，甚至威脅人類生命。近幾年，我國連續發生水環境砷汙染和砷中毒事件，如2004年遼 寧省阜新市發生砷汙水洩漏事故，2007年貴州都柳江砷汙染事件，2008年廣西河池砷中毒 事件，2008年湖南辰溪砷中毒事件，2008年雲南陽宗海湖砷洩漏重大汙染事件等。一系列 的砷汙染，砷中毒事故直接威脅當地飲水安全，給生產生活帶來嚴重影響。目前國內外的砷去除方法主要有吸附，離子交換，絮凝(共沉澱)，納濾，膜蒸餾， 光催化氧化，反滲透和生物法等。吸附法和絮凝(共沉澱)法是簡單易行的廢水處理技 術，適用面廣，使用工藝多樣，能處理複雜水環境的砷汙染。吸附法是以具有高比表面積、 不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理吸附作用、化學吸附作用或離子交換作用等機制將 水中的砷汙染物固定在自身的表面上，絮凝(共沉澱)法是通過添加陽離子型化學藥劑， 與水體中陰離子砷化合物形成不溶性沉澱與水分離，以達到砷汙染去除的目的。目前國內 外已有關於利用廉價材料吸附水中砷的研究，焚燒爐煤灰(Fan Yun Fana, Fu-ShenZhang, Yinan Feng, Journal of Hazardous Materials 159 (2008) 313-318)沸石巖(F. Ruggieri, V. Marin, D. Gimeno, Engineering Geology 101(2008)245-250)等均作為吸附材料用以去 除水中砷汙染。將工業廢料經過一定的改性處理進行水中砷去除是一種簡單易行，效果明 顯的水中砷汙染的去除方法。同時，有學者關注利用鐵鹽等化學藥劑絮凝(共沉澱)法除 砷。(Yongfeng Jia，George P. Demopoulos, Water research42 (2008) 661-668)。目前，利 用絮凝(共沉澱)和吸附法聯合作用除砷的工作較少，本發明目的為利用工業廢料和亞鐵 鹽製備一種結合絮凝(共沉澱)和吸附法去除水中砷汙染的藥劑及該新型除砷藥劑的應用 方法。赤泥是氧化鋁生產過程中產生的礦物殘渣，因其富含氧化鐵(15 50% )呈紅褐 色而被稱為赤泥。在氧化鋁生產過程中，每生產1噸氧化鋁就約有0. 5 1. 3噸的赤泥產 生。近年我國氧化鋁產業高速發展，2007年我國氧化鋁達到1000萬噸/年，2010年將達到 1500噸/年。赤泥廢棄物的年堆積量將達到1200萬噸/年以上。堆存處置赤泥一方面耗費 大量土地和資源，另一方面，由於其高鹼含量，堆存處置赤泥對生態環境有較大的威脅。因 此，將赤泥經過適當的改性活化用於水處理領域具有廣泛的市場前景和良好的社會和環境 效益。目前已有利用赤泥製備吸附材料的工作，例如，S. W Zhang等(S. W. Zhang, C. J. Liu, Ζ. K. Luan, Χ. J. Peng, Hazard. Mater. 152(2008),486-492.)通過酸、熱活化，鐵鹽改性等方法提高赤泥的砷吸附能力。單純吸附法的除砷效率低於混凝(沉澱)與吸附結合除砷的效 率。同時，有研究利用鐵鹽與砷混凝(共沉澱)去除水中砷汙染，其藥劑投加量低，去除效 率高，但是其絮體與水體分離能力差，工程應用困難。本發明提出的泥漿型鐵基赤泥砷吸附 藥劑一方面具有較高的砷去除效率，另一方面具有良好的與水分離能力。其優勢如下1)泥漿型鐵基赤泥砷去除藥劑製備和使用方法均簡單易行，無需加熱等耗能過 程，也無需投加酸、鹼用以改性赤泥，節約成本。2)游離態亞鐵可與砷發生作用，一方面可與砷形成共沉澱化合物，另一方面鐵鹽 水解產生羥基鐵水體凝膠(如Fe(0H)/JeOH2+Je2 (OH) 24+)，這類水合羥基鐵氧化物對砷具 有較強的親和力且具有極大的比表面積，能高效吸附水中砷。3)亞鐵鹽在好氧水體中逐漸氧化成三價鐵鹽，在轉化過程中，亞鐵可與三價砷進 行協同氧化，並且，亞鐵在氧化過程中可形成中間產物綠鏽[Fea_x)nFexm(0H)2r，該中間產 物可高效吸附水中砷汙染。4)亞鐵經過氧化和水解反應，具備一定的絮凝效果，從而強化該吸附材料與水分 離的能力。同時，鐵氧化物逐漸在赤泥表面聚集，增強了該藥劑的沉降性能。5)與該泥漿型砷去除藥劑結合後的砷不易溶出，不易造成環境的二次汙染。因此，利用亞鐵摻混赤泥製備泥漿型除砷藥劑，可以兼顧高效去除砷汙染的性能 和優良的與水分離特性。

發明內容
本發明的目的在於利用工業廢料赤泥為主要原料，製備一種水體砷汙染的廉價 高效處置材料，高效去除砷汙染的同時具備較好的與水分離能力，且吸附態砷形態穩定，不 易造成二次汙染。同時，以該材料為基礎的水中砷去除工藝簡單實用。具體說明如下本發明所採用的的原料為赤泥和亞鐵鹽，赤泥為燒結法或拜耳法氧化鋁工業廢 料，粉碎後即可用於泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑的製備。亞鐵為工業級、化學純、分析純或 其他純度的亞鐵鹽，可以為氯化亞鐵、硫酸亞鐵等化學形態的亞鐵鹽，實際應用中，可依實 際情況選取亞鐵鹽的有效來源。本發明新型除砷藥劑的製備方法為通過機械力、水力或其他混合方式將赤泥與亞 鐵水溶液進行摻混。本發明新型除砷藥劑的施用方法為通過人工投加，機械噴灑或其他加藥方式作用 於砷汙染水。該藥劑於現場即配即用，原料可以固體形態赤泥及亞鐵鹽進行保存及運輸。本發明製備的新型除砷藥劑為中性(pH = 7. 0-8. 0)材料，不改變待處理水的酸鹼 環境。經該材料處理後與水分離的砷形態穩定，不易再次溶出。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明「泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑」的製備方法及應用工藝實 例，進行進一步說明。

圖1和圖2分別是本發明實施例1和實施例2的工藝流程圖。本實施例1和例2由亞鐵溶液加藥罐1、赤泥加藥罐2、藥劑摻混罐3 (圖1)或藥劑摻混管3 (圖幻、泥漿泵4、反應混合池5、沉降池6以及各部件相互連接的管路組成。其 中，管路中的實心箭頭為藥劑和水流方向，虛線箭頭為汙泥回用和流動方向。
本實施例的工作過程為 通過加藥罐1和加藥罐2向藥劑摻混罐3 (圖1，例1)或藥劑摻混管3 (圖2，例2) 中加入一定量的粉碎態赤泥和亞鐵溶液，通過機械力攪拌(圖1，例1)或水力攪拌(圖2， 例2)，製備本發明「泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑」。利用泥漿泵4向反應混合池5中噴灑加 藥。反應混合池5中與砷汙染水均勻混合後，在沉降池6中靜陳分離，上清液中砷濃度將大 幅降低。沉降池6中汙泥可部分回用至反應混合池5中。本實施例1的具體實驗參數為原水砷濃度0. 2mg/l加藥罐1中亞鐵溶液濃度0. 8-1. 2mol/l加藥罐1中亞鐵溶液的流速為0. 8-1. 2L/h加藥罐2中(粒徑 4. 5)小於20% (3 < ρΗ < 4. 5)大於70%(pH<3)本實施例2的具體實驗參數為原水砷濃度lmg/l加藥罐1中亞鐵溶液濃度0. 8-1. 2mol/l加藥罐1中亞鐵溶液的流速為2. 4-3. 61/h加藥罐2中(粒徑 4. 5)小於20% (3 < ρΗ < 4. 5)大於70%(pH<3)通過該實施實例可以確定利用本發明「泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑」製備簡單， 除砷效率高，可以有效控制水中砷汙染。利於砷汙染水體的應急快速除砷。
權利要求
1.一種泥漿型鐵基赤泥除砷劑的製備與應用方法，其特徵在於以氧化鋁生產過程產 生的廢渣赤泥與亞鐵鹽為原料，以亞鐵鹽溶於水後摻混赤泥，製備泥漿狀功能吸附材料，實 地噴灑，其後與砷汙染水混合，靜置沉降，以去除水中砷汙染。
2.根據權利要求1所述的赤泥，其特徵在於可用於本發明的赤泥為拜耳法或燒結法赤 泥。亞鐵鹽為氯化亞鐵或硫酸亞鐵，純度為工業級、化學純或分析純。
3.根據權利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的製備方法，其特徵在於吸附藥劑主 要組分及質量百分含量為赤泥36% -42% ；亞鐵鹽8% -12% ；水49% -51%。
4.根據權利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的製備步驟，其特徵在於將亞鐵鹽 溶於水，將赤泥採用人工、機械或其他方法破碎，將一定量破碎後的赤泥與亞鐵溶液採用機 械、水力或其他混合方法摻混均勻即製得本發明新型除砷劑。其中，亞鐵與赤泥摻混過程的 原料投加次序和投加速率可根據實用要求確定。
5.根據權利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的應用方法，其特徵在於現場製備藥 劑，採用人工投加，機械噴灑或其他方式作用於砷汙染水。
全文摘要
本發明涉及一種泥漿型鐵基赤泥除砷藥劑的製備與應用方法。將燒結法或拜耳法赤泥粉碎，與一定濃度的亞鐵溶液進行人工或機械摻混，製得本發明所涉及的泥漿型鐵基赤泥砷去除藥劑。使用時可利用泥漿泵或人工進行噴灑，利用水流或機械力與水混合，其後靜沉，即可去除水中砷汙染。該藥劑的亞鐵含量約為5-10％，赤泥含量約為40-50％，水含量約為50-55％。此藥劑結合砷吸附與鐵砷共沉澱作用，具有優良的沉降性能，吸附態砷形態穩定，不造成二次汙染。本發明利用鋁冶煉行業工業廢料和廉價亞鐵鹽，大幅降低了水處理成本，尤其在處理工礦等高砷廢水和修復大面積水體砷汙染時具有突出的經濟和社會效益。
文檔編號C02F1/28GK102115225SQ20091024417
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者李亦然, 欒兆坤, 王軍, 賈智萍 申請人:中國科學院生態環境研究中心