一种利用铁矿渣去除水中砷的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种去除水中砷的方法和装置，具体说是对高砷地下水进行预加热、预氧化、预消毒和预调节ｐＨ操作，从而提高水温，氧化Ａｓ（ＩＩＩ）和调节ｐＨ值。预处理后，高砷水经过铁矿渣填充的反应器，反应器由两组反应柱组成，两组反应柱并联，根据进水管流量选择同时运行，或单独运行，每组反应柱有２根柱体，为吸附前柱和吸附后柱，高砷水从吸附前柱下端进水，通过输水管进入吸附后柱上端，从吸附后柱下端出水，从达到除砷的目的。本发明专利技术特点：（１）铁矿渣有良好除砷效果，且廉价易得，实现废物再利用；（２）预处理为高效吸附反应创造条件；（３）预氧化水中Ａｓ（ＩＩＩ）和饮用水消毒相结合；（４）可处理浓度达２ｍｇ／Ｌ高砷水，出水浓度低于５０μｇ／Ｌ的限值；（５）装置维护成本低，操作简单，使用周期长，可反冲洗再生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种去除水中砷的方法和装置，具体说是一种对高砷水具有预加热、 预氧化、预消毒和预调节PH功能的利用廉价固体废弃物铁矿渣去除地下水中砷的方法和直o
技术介绍
长期饮用砷超标的水，引起砷中毒，可导致皮肤癌和多种内脏器官癌变。慢性砷中 毒患者除有头痛、头晕等症状外，突出表现为皮肤损害，症状为皮肤色素沉着、皮肤角化过 度及皮肤癌。高砷地下水已成为威胁人类用水安全和健康的全球性问题。我国地下水砷含 量超标地区主要分布于内蒙古、山西、新疆、宁夏和吉林等7个省，受影响人口约230万，其 中饮水型高砷暴露人口已超过50万人。地下水砷超标严重影响我国部分地区人们的身体 健康。目前，国内外主要除砷方法有沉淀法、吸附法、氧化法、离子交换法、生物除砷技术 等。在众多的除砷方法中，吸附技术被认为是适合于社区、以村镇为单位的农户及分散居住 的家庭使用的最为有效的技术。天然矿物、合成的铁及铝的氧化物及羟基氧化物、铁氧化物 负载材料、零价铁、钛氧化物及负载材料、稀土氧化物及活性碳等被用作吸附剂来除砷。但 其中一些材料的昂贵价格，使其缺少批量应用的商业价值。吸附剂往往对于As (III)的吸附效果较差，而地下水中As (III)往往是总砷的主 要组成，且As(III)的毒性高出As (V) 60倍。为降低地下水毒性和提高除砷效果，有必要对 地下水进行预氧化处理。通常用氧化剂将As(III)氧化为As (V)。常用的氧化剂有游离氯、 次氯酸盐、臭氧、高锰酸盐、Fenton试剂等。但在饮用水中应避免使用化学性氧化剂，以免 残留或在氧化过程中产生副产物，因此，氧成为饮水除砷过程中首选的氧化剂，但溶解氧的 氧化动力学很慢，而臭氧的强氧化性可有效促使氧化反应的进行。铁矿渣是冶炼钢铁产生的固体废弃物，具有以下特点①多孔，比表面积大，是良 好的吸附材料；②铁矿渣中的氧化铁可以做氧化剂，絮状铁有良好的吸附性；③具有一定 的机械强度；④廉价易得，处理成本较低。然而，铁矿渣如未合理处置，随意堆放，可能引起 山体滑坡，尾矿堆受雨水长期淋滤可产生次生污染，污染地下水，因此，十分有必要妥善处 置铁矿渣。综上所述，针对我国地下水砷污染分布区的实际，开发出廉价又具有良好除砷效 果的方法和装置对高砷地下水广泛分布的农村地区饮用水安全问题的有效解决具有重要眉、o
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种去除高砷水中砷的方法和装置，同时实现固体废弃物的 再利用。本专利技术的原理是利用铁矿渣中铁氧化物对砷强的结合能力和高的吸附容量吸附水中的砷，从达到除砷的目的。温度影响吸附效果，通过静态批实验得出相对高温有利于铁 矿渣对砷的吸附，因此，对高砷水进行加热预处理。地下水中砷以As(III)和As(V)形式共 存，由于As(V)更易于被吸附的特点，在吸附前用臭氧将As(III)被氧化为As (V)，以利于后 续吸附的进行，实现去除水中砷的目的。在环境扫描电子显微镜和X-射线衍射仪的观察分析下，铁矿渣形貌和成份有以 下特点多孔性，有片状、立方锥四面体、似蜂窝状等多孔结构，比表面积大；主要含有赤铁 矿、铁橄榄石、磁铁矿等。铁矿渣去除水中砷的批实验和土柱实验，也证明其具有良好的吸 附性。研究表明铁矿渣对高砷水中As (V)的吸附符合Langmuir吸附等温曲线，温度对吸 附砷效果影响明显，较高温度有利于砷的吸附(40°C> 30°C> 20°C )，温度主要影响吸附过 程中孔隙扩散阶段的吸附速率。本专利技术采用电加热方式，增加水温以提高吸附效果。高砷地下水中除了含有砷的各种离子以外，还含有Fe2+、Fe3+、Mn2+、S0广、Cl_、硬度、 Si02及腐殖酸等有机物，因此，需要对作为饮用水的地下水进行消毒处理，目前饮用水消毒 的氧化物有臭氧、次氯酸钠、氯铵、高锰酸钾等。目前使用较多的是氯消毒和臭氧消毒。因 此，选择臭氧或者次氯酸钠既氧化As (III)，又可对水体进行消毒。水中含有的N02-也会被 氧化，Fe3+、Mn2+会以水合羟基氧化物等形式从水中沉淀出来，它们对As(V)也有吸附作用。吸附过程与pH和氧化还原电位明显相关，高砷水呈酸性时吸附效果优于碱性条 件。天然水体中硅酸来源于岩石侵蚀、风化及一些矿物(例如硅酸盐、铝硅酸盐及钠长石 等)的溶解，硅酸在天然水体中的形态主要是含氧阴离子形式存在。由于硅酸在地下水中 广泛存在，硅酸对地下水Eh-pH的调节导致对As (V)的吸附作用有重要影响。因此，本专利技术 采用钛钌网和不锈钢网，用直流电源的在电极板加载电容，通过电吸附去除硅酸根离子，同 时利用两电极板间的氧化还原电势不同，通过电解水达到调节水中PH值的作用，通过检测 电流变化确定电吸附水平，通过电极板气泡产生情况确定PH的调节范围。本专利技术特点1、吸附材料铁矿渣有良好的吸附除砷效果，且廉价易得；2、预加热、 预氧化、预消毒和预调节pH为高效吸附反应创造有利条件；3、预氧化地下水中As (III)和 饮用水消毒相结合；4、可处理砷浓度达2mg/L的高砷水，出水浓度低于《生活饮用水卫生标 准》中规定的农村小型集中式供水和分散式供水砷含量50y g/L的限值；5、装置维护成本 低，操作简单，使用周期长，可反冲洗再生。附图说明图1是除砷系统装置示意2是吸附反应装置示意图其中1-抽水水泵、2-预反应储水罐、3-加热电阻丝、4-直流电源、5-电化学反 应电极、6-臭氧发生器(次氯酸钠投放器)、7_潜水泵、8-流量调节阀、9-吸附反应装置、 10——洗液储备罐、11-出水调节阀、12-废液储备罐、13-进水管、14-反冲洗液进水调节 阀、15-反冲洗尾液出水调节阀、16-单组吸附前柱、17——单组吸附后柱、18——固定支架具体实施例方式铁矿渣经预处理，填充于吸附反应器柱内，遵循吸附反应器设计及操作运行的一4般规律。具体实施过程包括对吸附剂性质、来水预处理、吸附操作方式及设备、再生过程的 考虑，结合图示阐述具体实施步骤，包括以下几个方面1、铁矿渣填料制备将铁矿渣粉碎、过筛，选择粒径为即0. 0750mm-0. 850mm的铁 矿渣在蒸馏水中浸泡24h，再用去离子水冲洗，105°C烘干后作为反应柱填充材料，在单组吸 附前柱(16)中填装铁矿渣粒径为0. 150mm-0. 850mm，单组吸附后柱(17)中填装铁矿渣粒径 为 0. 0750mm-0. 150mm。2、高砷水预加热处理抽水泵将地下水抽到预反应储水罐(2)中，通过储水罐内 加热电阻丝(3)预先加热，水温可调节至20°C、3(TC、4(rC三档，尤其适用于我国高砷地下 水分布的北方冬季使用，夏季或温度较高时可选择关闭。3、高砷水电化学调节预处理电化学反应电极(5)采用钛钌网和不锈钢网分别组 成阳极和阴极，通过直流电源(4)对在预反应储水罐(2)中的电化学反应电极(5)通直流 电源，通过电化学调节PH水化学条件。4、高砷水预氧化处理利用臭氧发生器(6)以1. 5mg/L的臭氧浓度注入预反应储 水罐(2)中，潜水泵(7)水力搅拌使氧化充分，将高砷水中砷(III)氧化为砷(V)。臭氧发 生器(6)可以根据当地经济情况，选择次氯酸钠投放器代替。5、吸附除砷反应铁矿渣除砷反应器由两组反应柱组成，两组反应柱并联，根据流 量调节阀(8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用铁矿渣去除水中砷的方法及装置，其特征是通过如下方法来实现的：对含砷水进行预加热、预氧化、预消毒、预调节ｐＨ操作，提高水温，将地下水中的Ａｓ（Ⅲ）氧化成Ａｓ（Ｖ）和调节ｐＨ值，预处理后，含砷水经过铁矿渣，然后经出水口流出。吸附饱和的铁矿渣通过碱液反冲洗再生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘懿颉，李泽唐，
申请(专利权)人：刘懿颉，李泽唐，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]