[发明专利]一种基于原位生成复合金属氧化物的吸附过滤除砷方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附去除水中砷等污染物的材料领域，特别涉及以铁氧化物、锰氧化物、铝 氧化物为基础的原位生成复合金属氧化物除砷吸附剂及应用方法，尤其是在饮用水除砷中的 应用方法。

背景技术

砷是一种毒性很强的重金属元素，其在环境中存在将对人体、水生动植物等产生严重影 响。此外，含砷水若被用于进行农业灌溉、渔业、景观等功能需求使用时，还有可能通过食 物链富集作用间接地进入人体，并对人体健康造成威胁。长期饮用砷超标的水，将可能导致 皮肤色素沉积、皮肤角质化、皮肤癌、肝癌、心血管疾病等一系列健康问题。为了控制饮用 水、粮食、蔬菜、水果、水生动物(如鱼)等不同途径对人体等造成的砷暴露风险，我国通 过标准的形式对不同水环境中砷浓度限值进行了严格的规定。例如，水环境质量标准中要求 四类及其以上水体中砷浓度应该低于50μg/L；工业废水排放标准中规定排放入水体中的工业 废水中砷浓度应低于0.50mg/L。此外，我国最新《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 对砷浓度限值做出了更为严格的规定，要求饮用水中砷最大浓度必须低于10μg/L。

水中砷的去除技术国内外研究的热点与难点问题。近十年来，恒河三角洲地区由于地下 水砷污染导致数千万人通过饮用水途径暴露于砷并有数百万人因此出现砷中毒症状。为此， 许多研究与技术开发工作着眼于饮用水中砷的去除，开发了大量的除砷新技术与新方法，如 吸附、絮凝-沉淀-过滤、絮凝-直接过滤、电渗析、离子交换、膜分离等。在除砷吸附材料上， 开发了活性氧化铝、赤泥、改性活性炭、羟基氧化铁、GFH、READ-As、锰砂、水合锰 氧化物、氧化铁-氧化铝复合纳米材料、铁锰复合氧化物/硅藻土等材料。例如，李圭白等人前 期申请的铁锰复合氧化物/硅藻土吸附材料(专利申请号：200610008135.8)能够充分实现三 价砷(As(III))的氧化与五价砷(As(V))的吸附，从而表现出优异的吸附除砷能力。蔡亚岐 等人发明的氧化铁-氧化铝复合纳米材料(专利申请号：CN200710118307.1)颗粒粒径细小、 比表面积很大，从而表现出很强的去除水中砷等污染物的能力。

饮用水除砷过程中往往将上述材料装填在吸附罐中，含砷水流经吸附罐过程中砷污染物 得以从水相中吸附去除。将吸附剂装填在吸附罐中形成吸附单元的方法，在农村小规模除砷 工程中容易实现，设备运行管理维护简单。但是，对于处理规模为每天数万吨～数十万吨的除 砷系统，采用此种方式往往需要数量庞大的吸附罐，这不仅大大增加了系统投资费用，也显 著增大了系统运行、再生等操作的复杂程度。采用原位生成的除砷吸附剂吸附水中的砷，从 而将溶解态砷转化为颗粒态砷，之后通过过滤单元将颗粒态砷从体系中去除。这种除砷方法 工艺简单、操作方便，对于大规模除砷系统尤其具有很强的比较优势。申请者前期发明的由 高锰酸钾与三氯化铁组成的复合氧化絮凝剂(申请专利号：200610008135.8)通过氧化作用 将As(III)转化为As(V)，再通过絮凝反应器、复合双层过滤柱和/或超滤膜过滤器将砷从体系中 去除。但是，复合氧化絮凝剂中氧化剂高锰酸钾投量主要由水中As(III)的浓度决定，并为水 中As(III)的当量投量。在这种条件下，不同充分发挥锰氧化物、铁氧化物之间的最佳组成配 比，从而获得更为优异的除砷效果。此外，采用复合氧化絮凝剂除砷需要絮凝反应器、复合 双层过滤柱和/或超滤膜过滤器等反应器，反应器过多，基建投资过大，不同单元之间的水量、 压力调节过于复杂，不利于在大规模除砷水厂中使用。

因此，开发高效、成本低廉、使用方便且可满足大规模除砷需求的除砷吸附剂以及饮用 水除砷方法，这是目前研究与工程应用中亟需解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的之一是针对水中的砷污染物，尤其是大规模饮用水除砷水厂水源中的砷， 提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中大规模应用的原位生成复合金属氧化除砷吸附 剂。

本发明的目的之二是提供原位生成复合金属氧化除砷吸附剂的制备方法。

本发明的目的之三是提供原位生成复合金属氧化除砷吸附剂的应用方法，以及相应的反 应器。