专利名称：一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法
技术领域：
本发明涉及水处理技术与应用，尤其涉及一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法。
背景技术：
砷是一种严重危害人类健康的元素。砷的用途非常广泛，涉及人类生产、生活的方方面面，除草剂、杀虫剂、木材防腐剂的使用，以及采矿、冶金、电子工业、半导体生产等过程都会涉及到砷的排放。砷以及所有含砷的化合物都是有毒的，而且多半是致癌、致畸的物质。砷会蓄积在人体的肝、肾、肺、脾、子宫、胎盘、骨胳、肌肉等部位上，特别是毛发、指甲中，从而引起慢性砷中毒，潜伏期长达几年甚至几十年。由于含砷化学品的大量使用以及冶金和化工行业含砷废水废渣的排放,造成了砷在土壤和水体沉积物中大量累积。地下水砷污
染是最近二十年曝露出来的问题，据统计:在包括中国在内的许多国家和地区,如孟加拉国、印度、泰国、智利、阿根廷、墨西哥、加拿大、和美国等均存在地下水砷污染问题。有数据显示:孟加拉国约有5千万人，中国约有6百万人正使用浓度超过50u g/L的饮用水,世界范围内估计人口数量超过1亿五千万。水体和土壤砷污染正引起人们越来越多的关注。最近砷污染事故不断发生严重威胁饮用水安全、食品安全和人群健康，如贵州省曾发生过化肥厂排放含砷废水，导致下游发生大面积砷中毒；2008年云南阳宗海砷污染事件，造成阳宗海受污染的水体总量达6.04亿立方米。目前国内外尚无一套行之有效的治理大量砷泄漏造成河流严重污染事故的野外现场应急处理的科学办法。
环境中砷的质量标准越来越严格。美国环境保护总署(U. S. EPA)早在2001年就提出要将原来的50pg/L的砷饮用水标准降低到10pg/L，其远期目标是2pg/L。世界卫生组织在1993年也暂定饮用水的砷浓度在10 pg/L。
水中砷污染的去除方法与其它金属一样，常规处理方法分为三类，即物理法、化学法和生化法。另外，目前国内外有关工业处理砷废水的新兴处理方法,也有不少的报道，主要有沉淀法、絮凝法、过滤法、吸附法、氧化法、离子交换法、膜分离法、电解法和生物法等，但这些方法并不适用于治理大量砷泄漏造成河流严重污染事故的野外现场应急处理。一般工程应用与研究中多采用活性炭吸附以及化学混凝沉淀等技术对含砷废水进行处理，但存在流程长、工艺复杂及费用高等缺点。因此，寻找新的高效低费用且工艺流程简单的吸附剂和处理方法对该类废水的处理和研究具有重要的意义。
利用铁盐除砷是常用的处理方法，氯化铁和明矾常用作絮凝剂加入水体。较高pH值条件下，氯化铁会产生大量羟基铁，溶液中的砷酸根与氢氧化铁还可发生吸附共沉淀，从而可以得到较高的除砷率。羟基铁对As(V)的去除效果要远大于对As(III)的去除效果，铁浓度的增加有利于As(V)的去除，但对As(III)的去除效果影响不大。因此需要通过预氧化将废水中的As (in)氧化为As(V)，再使羟基铁与废水中的砷起作用。
膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土岩，是应用最为广泛的非金属矿产之一。蒙脱石主要由含水的铝硅酸盐矿物组成，其单位晶胞由两层硅氧四面体夹一层铝氢氧四面体组成；蒙脱石八面体中的A产和(或)四面体中的Si"往往部分(或全部)被其它阳离子置换，具有高的阳离子交换容量。根据交换性钠和钙离子含量，膨润土分为钠基膨润土和钙基膨润土等。膨润土不但对砷能产生一定的吸附作用，而且可以加速吸附了砷之后的羟基铁的沉淀。我国膨润土资源十分丰富，居世界首位，总蕴藏量为77.4亿吨，探明储量17.2亿吨，具有较高利用价值的钠基膨润土达5.86亿吨，其中工业储量2.05亿吨，在环境保护特别是废水的处理中具有广泛的应用前景。经检索，已有氯化铁用于含砷废水处理的相关专利，如含砷地下水的处理方法(发明专利公开号CN1733616A)。但未见有关铁复合膨润土一体化方法处理含砷废水的专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法。
铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法包括如下步骤
(1) 在含砷废水中加入氧化剂进行预氧化；
(2) 将铁盐固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为5 50;
(3) 用石灰调节废水pH值为4 7，形成羟基铁吸附剂，OH"与Fe的摩尔比为0.5~5.0;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质量体积比为lg:100mL lg:20000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物高效去除，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。所述的氧化剂包括臭氧、纯氧、空气、H202或Mn02。铁盐为氯化铁或硫 酸铁。Fe与As的摩尔比优选为20~40。废水pH值优选为5~7。 OfT与Fe的摩 尔比优选为2 4。膨润土为钙基膨润土原土。含砷废水中加入氧化剂进行预氧化 后的产物为H2AsCV"、 HAs042—或/和As043_。
本发明的净化方法所采用铁盐与天然矿物，原料易得。我国膨润土资源十 分丰富，居世界首位，总储量大于70亿吨。该方法工艺简单、技术要求低、固 -液分离迅速，处理效果好，运行成本低；且经简单处理，特别适合于含砷工业 废水处理、砷泄漏污染事故的应急处理。
具体实施方式
实施例1
(1) 在含砷废水中加入臭氧进行预氧化；
(2) 将氯化铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为10;
(3) 用石灰调节废水pH值为4-5，形成羟基铁吸附剂，OH—与Fe的摩尔 比为2.5;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质 量体积比为lg:100mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物 高效去除，去除率>95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
实施例2
(1) 在含砷废水中加入臭氧进行预氧化；
(2) 将氯化铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为20;
(3) 用石灰调节废水pH值为6-7，形成羟基铁吸附剂，OH'与Fe的摩尔 比为2.5;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质 量体积比为lg:1000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物 高效去除，去除率〉95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
实施例3
(1) 在含砷废水中加入空气进行预氧化；
(2) 将硫酸铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为15;
(3) 用石灰调节废水pH值为4 5，形成羟基铁吸附剂，OH—与Fe的摩尔 比为1.5;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质
5量体积比为lg:1000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物 高效去除，去除率>95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。 实施例4
(1) 在含砷废水中加入空气进行预氧化；
(2) 将硫酸铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为30;
(3) 用石灰调节废水pH值为6-7，形成羟基铁吸附剂，OH—与Fe的摩尔 比为3.0;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质 量体积比为lg:10000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染 物高效去除，去除率>95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
实施例5
(1) 在含砷废水中加入H202进行预氧化；
(2) 将硫酸铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为25;
(3) 用石灰调节废水pH值为5 6，形成羟基铁吸附剂，OH—与Fe的摩尔 比为3.5;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质 量体积比为lg:5000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物 高效去除，去除率>95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
实施例6
(1) 在含砷废水中加入11202进行预氧化；
(2) 将硫酸铁固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为50;
(3) 用石灰调节废水pH值为6-7，形成羟基铁吸附剂，OH'与Fe的摩尔 比为3.5;
(4) 将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质 量体积比为lg:20000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染 物高效去除，去除率>95%，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
实施例7
将0.4 kg氯化铁固体直接投加到1吨pH=7含5 mg/L As(V)废水中，搅拌 lh，吸附去除废水中的砷。将l kg钙基膨润土直接投加到含砷废水中，吸附去 除废水中剩余的砷，同时加速羟基铁沉淀，对废水中As(V)的去除率达97M，废 水达标排放。实施例8
将0.4 kg氯化铁固体直接投加到1吨经预氧化的pH-7含5 mg/L As废水中， 搅拌lh,吸附去除废水中的砷。将lkg钙基膨润土直接投加到含砷废水中，吸 附去除废水中剩余的砷，同时加速羟基铁沉淀，对废水中As的去除率达97Q/。， 废水达标排放。
权利要求
1. 一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于包括如下步骤(1)在含砷废水中加入氧化剂进行预氧化；(2)将铁盐固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为5～50；(3)用石灰调节废水pH值为4～7，形成羟基铁吸附剂，OH-与Fe的摩尔比为0.5～5.0；(4)将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质量体积比为1g∶100mL～1g∶20000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物高效去除，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。
2. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的氧化剂包括臭氧、纯氧、空气、H202或Mn02。
3. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的铁盐为氯化铁或硫酸铁。
4. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的Fe与As的摩尔比为20-40。
5. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的废水pH值为5 7。
6. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的OHT与Fe的摩尔比为2~4。
7. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述的膨润土为钙基膨润土原土。
8. 根据权利要求1所述的一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法，其特征在于所述含砷废水中加入氧化剂进行预氧化后的产物为H2As04_、HAs042—或/和AsO —。
全文摘要
本发明公开了一种铁复合膨润土处理含砷废水的一体化方法。包括如下步骤(1)在含砷废水中加入氧化剂进行预氧化；(2)将铁盐固体直接投加到含砷废水中，Fe与As的摩尔比为5～50；(3)用石灰调节废水pH值为4～7，形成羟基铁吸附剂，OH<sup>-</sup>与Fe的摩尔比为0.5～5.0；(4)将膨润土直接投加到预处理后的含砷废水中，膨润土与含砷废水的质量体积比为1g∶100mL～1g∶20000mL，经搅拌，同时实现铁复合膨润土合成和废水中砷污染物高效去除，加速羟基铁沉淀，废水达标排放。该方法可用于含砷工业废水处理、砷泄漏污染事故的应急处理。
文档编号C02F1/58GK101475252SQ20081016225
公开日2009年7月8日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者朱利中, 陈宝梁, 黄文海 申请人:浙江大学