專利名稱：一種泥漿型鐵基赤泥除砷劑的制備與應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理、資源再利用領(lǐng)域，特別涉及水體砷污染的廉價(jià)高效快速處置 材料及其應(yīng)用工藝，可應(yīng)用于發(fā)生砷污染事故時(shí)水體的應(yīng)急處置，也可應(yīng)用于水廠混凝工 藝進(jìn)行常規(guī)砷去除。
背景技術(shù)：
砷是一種廣泛分布于大氣、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(fā)現(xiàn)以來(lái)就以其毒性而聞名。人體接觸高濃度砷會(huì)發(fā)生急性砷中毒，長(zhǎng)時(shí)間接觸 砷會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。砷中毒可嚴(yán)重危及人體的呼吸、消化、心血管、神經(jīng)、泌尿、造血等多個(gè) 系統(tǒng)，甚至威脅人類生命。近幾年，我國(guó)連續(xù)發(fā)生水環(huán)境砷污染和砷中毒事件，如2004年遼 寧省阜新市發(fā)生砷污水泄漏事故，2007年貴州都柳江砷污染事件，2008年廣西河池砷中毒 事件，2008年湖南辰溪砷中毒事件，2008年云南陽(yáng)宗海湖砷泄漏重大污染事件等。一系列 的砷污染，砷中毒事故直接威脅當(dāng)?shù)仫嬎踩?，給生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重影響。目前國(guó)內(nèi)外的砷去除方法主要有吸附，離子交換，絮凝(共沉淀)，納濾，膜蒸餾， 光催化氧化，反滲透和生物法等。吸附法和絮凝(共沉淀)法是簡(jiǎn)單易行的廢水處理技 術(shù)，適用面廣，使用工藝多樣，能處理復(fù)雜水環(huán)境的砷污染。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(guò)物理吸附作用、化學(xué)吸附作用或離子交換作用等機(jī)制將 水中的砷污染物固定在自身的表面上，絮凝(共沉淀)法是通過(guò)添加陽(yáng)離子型化學(xué)藥劑， 與水體中陰離子砷化合物形成不溶性沉淀與水分離，以達(dá)到砷污染去除的目的。目前國(guó)內(nèi) 外已有關(guān)于利用廉價(jià)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 除水中砷污染。將工業(yè)廢料經(jīng)過(guò)一定的改性處理進(jìn)行水中砷去除是一種簡(jiǎn)單易行，效果明 顯的水中砷污染的去除方法。同時(shí)，有學(xué)者關(guān)注利用鐵鹽等化學(xué)藥劑絮凝(共沉淀)法除 砷。(Yongfeng Jia，George P. Demopoulos, Water research42 (2008) 661-668)。目前，利 用絮凝(共沉淀)和吸附法聯(lián)合作用除砷的工作較少，本發(fā)明目的為利用工業(yè)廢料和亞鐵 鹽制備一種結(jié)合絮凝(共沉淀)和吸附法去除水中砷污染的藥劑及該新型除砷藥劑的應(yīng)用 方法。赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的礦物殘?jiān)?，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(chǎn)過(guò)程中，每生產(chǎn)1噸氧化鋁就約有0. 5 1. 3噸的赤泥產(chǎn) 生。近年我國(guó)氧化鋁產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，2007年我國(guó)氧化鋁達(dá)到1000萬(wàn)噸/年，2010年將達(dá)到 1500噸/年。赤泥廢棄物的年堆積量將達(dá)到1200萬(wàn)噸/年以上。堆存處置赤泥一方面耗費(fèi) 大量土地和資源，另一方面，由于其高堿含量，堆存處置赤泥對(duì)生態(tài)環(huán)境有較大的威脅。因 此，將赤泥經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母男曰罨糜谒幚眍I(lǐng)域具有廣泛的市場(chǎng)前景和良好的社會(huì)和環(huán)境 效益。目前已有利用赤泥制備吸附材料的工作，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(guò)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于混凝(沉淀)與吸附結(jié)合除砷的效 率。同時(shí)，有研究利用鐵鹽與砷混凝(共沉淀)去除水中砷污染，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(yīng)用困難。本發(fā)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(yōu)勢(shì)如下1)泥漿型鐵基赤泥砷去除藥劑制備和使用方法均簡(jiǎn)單易行，無(wú)需加熱等耗能過(guò) 程，也無(wú)需投加酸、堿用以改性赤泥，節(jié)約成本。2)游離態(tài)亞鐵可與砷發(fā)生作用，一方面可與砷形成共沉淀化合物，另一方面鐵鹽 水解產(chǎn)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(duì)砷具 有較強(qiáng)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(jià)鐵鹽，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，亞鐵可與三價(jià)砷進(jìn) 行協(xié)同氧化，并且，亞鐵在氧化過(guò)程中可形成中間產(chǎn)物綠銹[Fea_x)nFexm(0H)2r，該中間產(chǎn) 物可高效吸附水中砷污染。4)亞鐵經(jīng)過(guò)氧化和水解反應(yīng)，具備一定的絮凝效果，從而強(qiáng)化該吸附材料與水分 離的能力。同時(shí)，鐵氧化物逐漸在赤泥表面聚集，增強(qiáng)了該藥劑的沉降性能。5)與該泥漿型砷去除藥劑結(jié)合后的砷不易溶出，不易造成環(huán)境的二次污染。因此，利用亞鐵摻混赤泥制備泥漿型除砷藥劑，可以兼顧高效去除砷污染的性能 和優(yōu)良的與水分離特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用工業(yè)廢料赤泥為主要原料，制備一種水體砷污染的廉價(jià) 高效處置材料，高效去除砷污染的同時(shí)具備較好的與水分離能力，且吸附態(tài)砷形態(tài)穩(wěn)定，不 易造成二次污染。同時(shí)，以該材料為基礎(chǔ)的水中砷去除工藝簡(jiǎn)單實(shí)用。具體說(shuō)明如下本發(fā)明所采用的的原料為赤泥和亞鐵鹽，赤泥為燒結(jié)法或拜耳法氧化鋁工業(yè)廢 料，粉碎后即可用于泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑的制備。亞鐵為工業(yè)級(jí)、化學(xué)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(xué)形態(tài)的亞鐵鹽，實(shí)際應(yīng)用中，可依實(shí) 際情況選取亞鐵鹽的有效來(lái)源。本發(fā)明新型除砷藥劑的制備方法為通過(guò)機(jī)械力、水力或其他混合方式將赤泥與亞 鐵水溶液進(jìn)行摻混。本發(fā)明新型除砷藥劑的施用方法為通過(guò)人工投加，機(jī)械噴灑或其他加藥方式作用 于砷污染水。該藥劑于現(xiàn)場(chǎng)即配即用，原料可以固體形態(tài)赤泥及亞鐵鹽進(jìn)行保存及運(yùn)輸。本發(fā)明制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堿 環(huán)境。經(jīng)該材料處理后與水分離的砷形態(tài)穩(wěn)定，不易再次溶出。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明“泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑”的制備方法及應(yīng)用工藝實(shí) 例，進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1和圖2分別是本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的工藝流程圖。本實(shí)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(yīng)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(shí)心箭頭為藥劑和水流方向，虛線箭頭為污泥回用和流動(dòng)方向。
本實(shí)施例的工作過(guò)程為 通過(guò)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(tài)赤泥和亞鐵溶液，通過(guò)機(jī)械力攪拌(圖1，例1)或水力攪拌(圖2， 例2)，制備本發(fā)明“泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑”。利用泥漿泵4向反應(yīng)混合池5中噴灑加 藥。反應(yīng)混合池5中與砷污染水均勻混合后，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中污泥可部分回用至反應(yīng)混合池5中。本實(shí)施例1的具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)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< 0. 5mm)赤泥的投加速率為1000_1200g/h反應(yīng)混合池5的進(jìn)水量為3_5t/h反應(yīng)混合池6的沉降時(shí)間為3h出水砷濃度為0. 02mg/l (國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0. 05mg/l)砷溶出率Ν/Α(ρΗ > 4. 5)小于20% (3 < ρΗ < 4. 5)大于70%(pH<3)本實(shí)施例2的具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)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< 0. 5mm)赤泥的投加速率為3000_3600g/h反應(yīng)混合池5的進(jìn)水量為3_5t/h反應(yīng)混合池6的沉降時(shí)間為3h出水砷濃度為0. 03mg/l (國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0. 05mg/l)砷溶出率Ν/Α(ρΗ > 4. 5)小于20% (3 < ρΗ < 4. 5)大于70%(pH<3)通過(guò)該實(shí)施實(shí)例可以確定利用本發(fā)明“泥漿型鐵基赤泥砷吸附藥劑”制備簡(jiǎn)單， 除砷效率高，可以有效控制水中砷污染。利于砷污染水體的應(yīng)急快速除砷。
權(quán)利要求
1.一種泥漿型鐵基赤泥除砷劑的制備與應(yīng)用方法，其特征在于以氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn) 生的廢渣赤泥與亞鐵鹽為原料，以亞鐵鹽溶于水后摻混赤泥，制備泥漿狀功能吸附材料，實(shí) 地噴灑，其后與砷污染水混合，靜置沉降，以去除水中砷污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥，其特征在于可用于本發(fā)明的赤泥為拜耳法或燒結(jié)法赤 泥。亞鐵鹽為氯化亞鐵或硫酸亞鐵，純度為工業(yè)級(jí)、化學(xué)純或分析純。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的制備方法，其特征在于吸附藥劑主 要組分及質(zhì)量百分含量為赤泥36% -42% ；亞鐵鹽8% -12% ；水49% -51%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的制備步驟，其特征在于將亞鐵鹽 溶于水，將赤泥采用人工、機(jī)械或其他方法破碎，將一定量破碎后的赤泥與亞鐵溶液采用機(jī) 械、水力或其他混合方法摻混均勻即制得本發(fā)明新型除砷劑。其中，亞鐵與赤泥摻混過(guò)程的 原料投加次序和投加速率可根據(jù)實(shí)用要求確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿型鐵基赤泥除砷劑的應(yīng)用方法，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)制備藥 劑，采用人工投加，機(jī)械噴灑或其他方式作用于砷污染水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泥漿型鐵基赤泥除砷藥劑的制備與應(yīng)用方法。將燒結(jié)法或拜耳法赤泥粉碎，與一定濃度的亞鐵溶液進(jìn)行人工或機(jī)械摻混，制得本發(fā)明所涉及的泥漿型鐵基赤泥砷去除藥劑。使用時(shí)可利用泥漿泵或人工進(jìn)行噴灑，利用水流或機(jī)械力與水混合，其后靜沉，即可去除水中砷污染。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(jié)合砷吸附與鐵砷共沉淀作用，具有優(yōu)良的沉降性能，吸附態(tài)砷形態(tài)穩(wěn)定，不造成二次污染。本發(fā)明利用鋁冶煉行業(yè)工業(yè)廢料和廉價(jià)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(fù)大面積水體砷污染時(shí)具有突出的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C02F1/28GK102115225SQ20091024417
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者李亦然, 欒兆坤, 王軍, 賈智萍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心