同时从水溶液中除去砷和氟化物的系统和方法技术方案

提供一种在同一个过程中从水溶液中除去砷和氟化物的方法。具体地说，将所述水溶液的ｐＨ调节至约５－８。加入钙盐的组合物和铁或铝盐以形成含有砷和氟化物的不溶性固体。然后从所述水溶液中除去所述固体。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利
本专利技术主要涉及从水溶液，如饮用水或废水中除去砷和氟化物的系统和方法。更具体地说，本专利技术提供同时从水溶液中除去砷和氟化物的改进系统和方法，所述系统和方法使用某些盐进行预处理，并将溶液维持在一定的pH范围内，以助于除去砷和氟化物。相关申请的交叉参考本申请要求2000年7月7日提交的美国临时专利申请系列号60/216,837(代理人登记号P-69369/AJT/MSS)的利益。本申请涉及＿＿提交的美国专利申请系列号＿__＿(代理人登记号A-68835/AJT/MSS)；＿＿＿＿＿提交的美国专利申请系列号＿＿＿＿＿(代理人登记号A-68635/AJT/MSS)；这两件专利申请是与本申请同时提交的，将它们的公开内容完整地结合到本文中作为参考。根据美国1986年的安全饮用水法案及其修正案，饮用水中的砷被指定为优先考虑的污染物。自1974年以来，由美国环境保护局(EPA)强制规定的砷的最大污染物水平(MCL)为50ppb或μg/L。由于最近发现受饮用水中高的砷浓度影响的人口存在健康危险，EPA建议将砷的MCL由50ppb降至2ppb。人们预期仅在美国就有超过12,000个公用水系统将不符合更为严格的建议砷标准。一项评估表明顺从2ppb的建议MCL标准的成本为一年超过50亿美元。在美国，不符合50ppb的已有砷MCL或者2ppb的建议砷MCL的私人水井的数目是未知的。相信在美国的许多地区，有大量私人水井产生被砷污染的饮用水，因此对于那些依靠这种自产水的家庭来说会引起潜在的严重健康危险。而且，饮用水的地区性高砷污染是一个全球性问题。例如在孟加拉邦、印度，估计目前有200,000人患有砷诱发的皮肤损伤，一些损伤已发展为癌症前期的角化过度。因此，从水溶液如饮用水和/或废水中除去砷的系统和方法极为重要。另一个显著的问题是水溶液如饮用水和/或废水中存在氟化物。处于浓度超过1ppm的氟化物下对于人类来说是有毒的。另外，含氟化物的水能对植物和野生生物产生有害的影响。工业过程，特别是那些用于生产半导体的工业过程是含氟化物和砷的废水的来源。具体地说，经常用于电信业的由砷化镓制成的装置是废水中可溶性砷的重要来源。半导体衬底中砷原子的离子注入是另一种来源。含氟化物的化学品常被用来蚀刻衬底、清洁材料和相关的处理设备，它们都导致废水中存在氟化物。砷原子存在四种价态(也称为氧化态)，即-3、0、+3和+5。在标准条件下，+3和+5价态分别以AsO3-3(亚砷酸盐)和AsO4-3(砷酸盐)离子出现。对于通过凝结处理有效除去砷来说，砷应当处于+5氧化态，优选为砷酸盐的形式。通过如吸收和凝结的技术可以除去部分亚砷酸盐，但该办法并不十分有效。这是由于其主要形态亚砷酸(H3AsO3)为弱酸(pKal约9.23)，在最有效地发生吸收除去的pH，即约5-8的pH下仍未离子化。相反，原砷酸(H3AsO4，5+氧化态的砷)是强酸(pKal约2.20)，从pH接近2开始即为离子化的形式。带负电的形式最有效地被吸收和凝结。人们已将各种先有技术用于从废水中除去砷。例如，人们已经使用了如共沉淀、氧化铝吸附以及传统的用阴离子树脂进行离子交换的技术。这些技术取得了有限的成功，并且除去效率只限于约95％。已经开发出了新的技术，例如美国专利5,368,703号公开了电化学产生亚铁离子的电化学电池的用途。通过加入过氧化物产生温和的氧化条件，将亚铁离子氧化为铁，从而形成氢氧化铁。然后将氢氧化铁用于除去砷。美国专利5,908,557号中描述了另一项先有技术，其中将三价砷氧化为五价砷，然后通过含N-烷基吡啶鎓的吸附介质将其除去。这些新的技术可使除去效率得到改进，但这些技术比较麻烦，需要专门的设备和/或特种化学品，并且不易于安装或操作，对于私人水井处理来说更是如此。除去氟化物的技术包括用钙和其他化合物以单步或多步法沉淀氟化物，如在美国专利4,145,282、5,043,072和5,403,495号中所述。这些技术的除去效率不同，并且没有与砷一起除去氟化物。因此，极希望提供能够同时从水溶液，特别是从饮用水和工业废水中除去氟化物和砷以达到安全水平的系统和方法。还希望这种系统和方法灵活耐用，以针对工业、大型市政供水系统、私人水并以及发达国家和不发达国家的水的不同要求。一般来说，本专利技术提供一种从包括+5氧化态(也可以存在+3氧化态)的砷和氟化物(游离氟化物阴离子)的水溶液中除去砷和氟化物的方法和系统，其特征在于在5-8的pH下依次用钙盐的组合物、铁或铝盐处理所述水溶液，以形成含有砷和氟化物的沉淀或固体。然后过滤所述固体，从而从所述水溶液中除去砷和氟化物。在另一方面，本专利技术提供一种同时从水溶液中除去砷和氟化物的方法和系统，它包括如下步骤提供包括为砷酸盐离子形式的砷和氟化物的水溶液。将所述水溶液的pH调节至约5-8。在大于8的pH下砷的除去效率显著降低。向所述水溶液中加入钙盐以促进氟化物沉淀而形成含氟化物的颗粒或絮凝物。然后向所述水溶液中加入铁或铝基盐。铁或铝基盐形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收含有砷酸盐离子和氟化物的颗粒而形成含砷和氟化物的固体。然后从所述水溶液中除去含砷和氟化物的固体。本专利技术另一方面提供一种系统，它包括用于接收包括砷和氟化物的所述水溶液的第一反应罐。将所述水溶液的pH调节至5-8。第一喷射装置与所述第一反应罐连接以将钙盐注入所述水溶液中。优选第一混合器与所述第一反应罐连接以混合所述水溶液，从而促进氟化物沉淀形成含有氟化物的颗粒。用于接收来自第一反应罐的水溶液的第二反应罐，其中根据需要再次调节所述水溶液的pH以将pH维持在约5-8。第二喷射装置与所述第二反应罐连接以将铁或铝基盐注入所述水溶液中。优选第二混合器与所述第二反应罐连接以混合所述水溶液和盐，并形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收砷离子、含砷和氟化物的颗粒，从而形成含砷和氟化物的固体。除去所述固体的过滤系统，它包括一个或多个过滤容器和一个或多个沉降罐，所述过滤容器具有一个或多个按管状袋(tubular sock)配置排列并置于开槽管上的滤膜。图2是本专利技术系统和方法的处理系统的一个例子的框图。图3是表示本专利技术的氟化物浓度的图。图4是说明本专利技术的砷浓度的图。本专利技术详述本专利技术者发现了一种新的系统和方法，它在选择的pH范围内使用某些盐进行处理以同时从水溶液如饮用水或废水中除去砷和氟化物。本专利技术中所用术语“同时除去砷和氟化物”是指在同一个过程中除去砷和氟化物，并且不需要分离过程。一般来说，本专利技术提供一种从包括+5氧化态(也可以存在+3氧化态)的砷和氟化物离子(游离氟化物阴离子)的水溶液中除去砷和氟化物的系统和方法，其特征在于在5-8的pH下依次用钙盐的组合物、铁或铝盐处理所述水溶液，以形成含有砷和氟化物的固体。然后过滤所述固体，从而从所述水溶液中除去砷和氟化物固体。更详细地说，从包括为砷酸盐离子形式的砷(+5氧化态的砷)和氟化物离子的水溶液中除去砷和氟化物。在一个实施方案中，通过用预氧化步骤处理提供主要为+5氧化态的砷。在标准条件下，+3和+5氧化态(也称为价态)的砷通常以AsO33-(亚砷酸盐)和AsO43-(砷酸盐)出现。对于通过凝结处理更有效地除去砷来说，优选砷主要以+5氧化态存在。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从水溶液中除去砷和氟化物的方法，其特征在于：在约５－８的ｐＨ下用钙盐的组合物和铁或铝铁盐处理所述水溶液，以形成从所述水溶液中除去的含有砷和氟化物的固体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JH戈登，PH迪克，GA克鲁里克，J荣格，G斯维德洛夫，
申请(专利权)人：爱奥尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]