一種氧化與吸附同步去除水中砷的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供的是一種氧化與吸附同步去除水中砷的裝置。包括含砷原水池(1)、溶藥池(2)、計(jì)量泵(3)、活性炭吸附柱(5)以及清水收集池(8)，其特征是：含砷原水池(1)與溶藥池(2)同時(shí)連接在計(jì)量泵(3)上，計(jì)量泵通過(guò)管道與活性炭柱(5)上部相連，清水收集池(8)連接在活性炭柱(5)的底端，溶藥池(2)內(nèi)溶有氧化復(fù)合藥劑。本實(shí)用新型不需要昂貴的氧化劑和催化劑、不產(chǎn)生二次污染，不僅能快速、有效、方便、安全地去除飲用水、地下水、地表水中的砷，達(dá)到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)確保水質(zhì)安全，并能有效地降低含砷廢水和污水二沉池出水中的砷濃度，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)受砷污染的湖泊及內(nèi)陸海水也可達(dá)到很好的修復(fù)效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氧化與吸附同步去除水中砷的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種水處理裝置，具體地說(shuō)是一種去除水中砷的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]砷是一種廣泛存在于自然界中的有毒元素。根據(jù)流行病調(diào)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(guó)EPA等權(quán)威機(jī)構(gòu)確認(rèn)為致癌物，研究結(jié)果也表明砷與某些疾病有很大的相關(guān)性。隨著自然界分化過(guò)程的加劇以及越來(lái)越多的人類(lèi)活動(dòng)所引起的含砷礦的開(kāi)采、冶煉、以及含砷材料的大規(guī)模應(yīng)用，使得水中的砷污染成為了世界性的問(wèn)題。東南亞一些國(guó)家以及我國(guó)很多地區(qū)的水體，尤其是地下水受到了砷的嚴(yán)重污染，造成了很多地方性的砷中毒現(xiàn)象。水中的砷污染成為了世界飲用水安全的一大問(wèn)題，亦是我國(guó)部分地區(qū)飲用水安全的重大難題。因此，WHO、歐洲、美國(guó)及日本等規(guī)定飲用水中的砷含量低于10μ g/L ;我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)也規(guī)定水中的砷濃度不超過(guò)10yg/L。我國(guó)高砷地下水區(qū)主要分布在內(nèi)蒙、新疆、山西、臺(tái)灣等省(自治區(qū))區(qū)的40個(gè)縣(旗、市)，地下水中最高檢出濃度約為2mg/L，并且飲水中砷含量大于50 μ g/L的高砷暴露人口已超過(guò)近百萬(wàn)人。這些高砷污染造成了很多地方性的砷中毒事件，成為世界飲用水安全的一大問(wèn)題。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(wàn)噸砷通過(guò)各種途徑進(jìn)入水系中，1996年中國(guó)工業(yè)廢水排放量為205.9億噸，其中砷含量達(dá)到1132噸，工業(yè)廢水中砷嚴(yán)重超標(biāo)的含砷廢水達(dá)到億噸以上。國(guó)家“十二五”地方病防治規(guī)劃明確提出對(duì)地方性砷污染要進(jìn)行降砷工程建設(shè)，確保生活飲用水符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，我國(guó)水體中砷污染十分嚴(yán)重，隨著飲用水中砷標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)飲用水中砷的去除刻不容緩。
[0003]自然水體中的砷多為無(wú)機(jī)砷，以三價(jià)和五價(jià)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(xiàn)不同的存在形態(tài)。其中，三價(jià)砷As(III)在自然界中流動(dòng)性強(qiáng)，因此廣泛存在于地下水、地表水中，且毒性遠(yuǎn)高于五價(jià)砷As (V)，故對(duì)水中的三價(jià)砷As (III)進(jìn)行有效去除，是控制砷危害的關(guān)鍵。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，采用物理化學(xué)、生物降解及高級(jí)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(jí)氧化等。目前關(guān)于水中砷的吸附研究，多數(shù)集中在金屬氧化物吸附上，并且此類(lèi)吸附劑具有很好的除砷效能，然而，金屬氧化物吸附存在價(jià)格昂貴、再生困難、運(yùn)行維護(hù)成本高等問(wèn)題，很難應(yīng)用于現(xiàn)有水廠中，特別是對(duì)于一些落后高砷地區(qū)，無(wú)飲用水處理廠，更難被直接使用。相比而言，活性炭是一種很好的吸附材料，已被廣泛用于水中有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的去除，采用活性炭吸附被認(rèn)為是控制水中污染物的一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和便于實(shí)際應(yīng)用的有效技術(shù)。但是采用活性炭吸附去除水中的砷的報(bào)道極少。雖然各種方法對(duì)水中砷都能進(jìn)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(guò)高而無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。
[0005]混凝法去除機(jī)理是:氫氧化鐵與As(V)發(fā)生共價(jià)鍵作用，利用混凝過(guò)程中形成的絮體，在絮體表面形成內(nèi)層絡(luò)合物而實(shí)現(xiàn)共沉，對(duì)As (V)的去除能力在90 %以上，然而，處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，造成二次污染，并且利用鐵鹽絮凝處理砷，會(huì)造成水體的毒性增力口，最主要的是該法只能實(shí)現(xiàn)As(V)的有效去除，而對(duì)As(III)的效果不明顯。離子交換法主要使用樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)水中砷的去除，但是成本高，受水質(zhì)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(shí)現(xiàn)砷的高效分離去除，但運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。微濾(MF)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)水中溶解態(tài)或者膠體態(tài)砷的有效去除，一般需要和絮凝劑聯(lián)用，達(dá)到截留絮體的目的，并且對(duì)As (III)的去除效果遠(yuǎn)低于As (V)，運(yùn)行處理費(fèi)用相對(duì)較高?；瘜W(xué)氧化，是利用氧化劑將As (III)氧化為As (V)，之后通過(guò)沉淀、吸附等過(guò)程實(shí)現(xiàn)去除。氧化劑可以是H202、KMn04、NaC10、NH2Cl、K2Fe04等，也可使通過(guò)光催化、超聲、電化學(xué)等高級(jí)氧化方式進(jìn)行，但過(guò)程只能實(shí)現(xiàn)砷價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化，不能達(dá)到徹底除砷的目的。
[0006]相比而言，吸附法簡(jiǎn)單、可以規(guī)模應(yīng)用，因此更具優(yōu)勢(shì)，吸附除砷已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。考慮鐵、錳、鋁等絮體對(duì)砷有很好的吸附性能，近年來(lái)，一個(gè)新興的方向是在吸附劑表面負(fù)載金屬或多金屬改性用于提高對(duì)砷的吸附，如鐵氧化物鍍層的聚合物、鐵氧化物負(fù)載砂、鐵氧化物浸潰活性氧化鋁等。活性炭具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，廣泛應(yīng)用于吸附處理水中的污染物，是一種很好的吸附材料，其對(duì)無(wú)機(jī)物的吸附主要基于目標(biāo)物與活性炭表面的含氧官能團(tuán)之間的絡(luò)合作用或靜電作用。雖然商品活性炭已被證實(shí)除As(III)能力極低，但對(duì)As( V )具有一定的吸附能力，目前少有研究報(bào)道采用活性炭直接吸附除砷。
[0007]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(tuán)和反應(yīng)活性位點(diǎn)，是優(yōu)良的表面催化反應(yīng)場(chǎng)所，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)很多化學(xué)反應(yīng)的催化反應(yīng)，利用這一催化特性，鑒于活性炭對(duì)As ( V )的吸附能力優(yōu)于As (III),依靠水中溶解的氧氣或外加氧化劑，實(shí)現(xiàn)As (III)到As ( V )的有效轉(zhuǎn)化，可大大提聞活性炭的除神能力。
[0008]綜上所述，非常有必要研發(fā)一種可以有效、經(jīng)濟(jì)、方便和安全地去除水中砷的水處理裝置，這種裝置不僅可以用在城市給水處理廠和污水處理廠中，還可以用在大環(huán)境的地下水、地表江河水和湖水的修復(fù)，甚至可以用在海水處理和修復(fù)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供一種處理效果好、成本低的氧化與吸附同步去除水中砷的裝置。
[0010]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011]包括含砷原水池1、溶藥池2、計(jì)量泵3、活性炭吸附柱5以及清水收集池8，含砷原水池I與溶藥池2同時(shí)連接在計(jì)量泵3上，計(jì)量泵通過(guò)管道與活性炭柱5上部相連，清水收集池8連接在活性炭柱5的底端，溶藥池2內(nèi)溶有氧化復(fù)合藥劑。
[0012]所述活性炭吸附柱5包括裝填在下部的粒狀活性炭6，設(shè)置在上端的進(jìn)水布水管
4、位于底部的網(wǎng)絲7。
[0013]所述氧化復(fù)合藥劑是過(guò)氧化鈉與硫酸亞鐵的混合物。
[0014]所述進(jìn)水布水管上開(kāi)有等間距分布的布水孔。
[0015]為了有效、經(jīng)濟(jì)、方便和安全地去除水中砷，本實(shí)用新型提供了一種氧化與吸附同步去除水中砷的裝置，其核心裝置是活性炭柱裝置。包括含砷原水池1，溶藥池2，計(jì)量泵3，活性炭吸附柱5以及清水收集池8。含砷原水池I與溶藥池2同時(shí)連接在計(jì)量泵3上，計(jì)量泵通過(guò)管道與活性炭吸附柱5上部相連，以及清水收集池8連接在活性炭吸附柱5的底端。溶藥池2內(nèi)溶有氧化復(fù)合藥劑。所述的溶藥池2中的氧化復(fù)合藥劑，由過(guò)氧化鈉，硫酸亞鐵復(fù)合而成。氧化復(fù)合藥劑的投加量是按著氧化復(fù)合藥劑與水中砷的摩爾當(dāng)量比I~100:
I投加。計(jì)量泵3的流速為2~8米/小時(shí)?；钚蕴课街?是由粒狀活性炭6填充而成，炭在其中以固定床的形式存在，控制水在活性炭床內(nèi)的停留時(shí)間為10~20分鐘，水流速度為2~8米/小時(shí)。最佳控制水在活性炭床內(nèi)的停留時(shí)間為15分鐘，水流速度為8米/小時(shí)。活性炭吸附柱5上部設(shè)有進(jìn)水布水管4，下部設(shè)有網(wǎng)絲7。含砷水的pH范圍為3~10，溶解氧范圍3~40mg/L，溫度O~40°C。
[0016]本實(shí)用新型的原理:利用氧化復(fù)合藥劑氧化水中高毒性的三價(jià)砷和有機(jī)砷，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘缘奈鍍r(jià)砷，之后通過(guò)活性炭柱將五價(jià)砷吸附去除，最終達(dá)到高效安全除砷的目的。當(dāng)氧化復(fù)合藥劑投加到含砷的水中，在溶解氧或外加催化手段的作用下，會(huì)產(chǎn)生一系列的中間自由基，如H0.、O2._、HO2 ?等。這些自由基可以和水中的三價(jià)砷或有機(jī)砷發(fā)生氧化反應(yīng)，特別是氧化能力很強(qiáng)的H0.，能夠快速?gòu)氐椎貙?shí)現(xiàn)三價(jià)砷的快速氧化與有機(jī)砷的礦化。
[0017]研究表明，氧化復(fù)合藥劑對(duì)As (III )的氧化反應(yīng)速率較傳統(tǒng)的氧化劑氧化可提高19~112倍；并且在酸性條件下，As (IV )與O2的反應(yīng)速率常數(shù)可達(dá)到1kT1S'即使在堿性條件下，As( IV )與O2的反應(yīng)速率常數(shù)可達(dá)到14M-1S-1,因此，采用氧化復(fù)合藥劑氧化，具有明顯的速率和效率上的優(yōu)勢(shì)。
[0018]此外，活性炭表面存在著大量豐富的含氧官能團(tuán)和一定量的金屬灰分，當(dāng)含砷水中添加氧化復(fù)合藥劑后再與活性炭表面接觸時(shí)，通過(guò)色散力或化學(xué)鍵力的作用，使氧化藥劑迅速吸附于活性炭表面，并與炭表面存在的含氧基團(tuán)、金屬灰分及其他活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，快速產(chǎn)生上述的中間自由基，氧化水中的As (III)和有機(jī)砷，從而完成在活性炭表面對(duì)氧化產(chǎn)物及As ( V )的高效吸附去除。
[0019]本實(shí)用新型的中氧化與吸附同步去除水中砷的裝置，不需要昂貴的氧化劑和催化劑，不產(chǎn)生二次污染，所提供的除砷裝置，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的混合接觸氧化或活性炭表面催化氧化、活性炭吸附，即可達(dá)到快速去除水中砷的目的。該裝置可用于對(duì)作為飲用水源的地下水、地表水中的砷的去除，確保飲用水水質(zhì)安全；也可用于降低含砷廢水和污水二沉池出水中的砷濃度，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)也可對(duì)受砷污染的湖泊及內(nèi)陸海水進(jìn)行修復(fù)。本實(shí)用新型對(duì)無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷化物具有很好的去除效果，滿足各種不同水體的需要，盡快投入使用；運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)，管理方便。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2和圖3為活性炭吸附柱進(jìn)水布水管的布置形式。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:含砷原水通過(guò)計(jì)量泵與氧化復(fù)合藥劑混合并快速攪拌，之后進(jìn)入活性炭柱進(jìn)行吸附?？刂扑诨钚蕴看矁?nèi)的停留時(shí)間為15分鐘，水流速度為8米/小時(shí)。其中氧化復(fù)合藥劑由過(guò)氧化鈉，硫酸亞鐵復(fù)合而成，其投加量是按著氧化復(fù)合藥劑與水中砷的摩爾當(dāng)量比50: I投加。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同在于本實(shí)施方式中向含砷的水中進(jìn)行曝空氣或氧氣，保證水中溶解氧量為3?40mg/L，并控制水體pH為中性。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同在于溶藥池內(nèi)的氧化復(fù)合藥劑通過(guò)計(jì)量泵輸入到含砷原水池內(nèi)，進(jìn)行混合并攪拌，攪拌反應(yīng)氧化3?30分鐘，之后再進(jìn)入活性炭柱進(jìn)行吸附，實(shí)現(xiàn)砷的去除。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與實(shí)施方式三的不同再與氧化復(fù)合藥劑由過(guò)氧化鈉，硫酸亞鐵復(fù)合而成，其投加量是按著氧化復(fù)合藥劑與水中砷的摩爾當(dāng)量比3: I投加。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與實(shí)施方式四的不同在于本實(shí)施方式中向含砷廢水中進(jìn)行曝空氣或氧氣，保證水中溶解氧量為3?30mg/L，并控制溫度10?50°C。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化與吸附同步去除水中砷的裝置，包括含砷原水池(I)、溶藥池(2)、計(jì)量泵(3)、活性炭吸附柱(5)以及清水收集池(8)，其特征是:含砷原水池⑴與溶藥池(2)同時(shí)連接在計(jì)量泵(3)上，計(jì)量泵通過(guò)管道與活性炭柱(5)上部相連，清水收集池(8)連接在活性炭柱(5)的底端，溶藥池(2)內(nèi)溶有氧化復(fù)合藥劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化與吸附同步去除水中砷的裝置，其特征是:所述活性炭吸附柱(5)包括裝填在下部的粒狀活性炭(6)，設(shè)置在上端的進(jìn)水布水管(4)、位于底部的網(wǎng)絲(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化與吸附同步去除水中砷的裝置，其特征是:所述進(jìn)水布水管上開(kāi)有等間距分布的布水孔。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK203922894SQ201420283192
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉桂芳, 閆紅梅, 高遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)