[发明专利]一种光催化氧化-混凝除As(III)的方法

说明书

技术领域

本发明属于水质净化领域，涉及一种光催化氧化-混凝除As(III)的方法。

背景技术

砷及砷化合物是世界卫生组织(WHO)下属的国际癌症研究所(IARC)、美国环境卫生科学研究院(NlEHS)、美国环保局(USEPA)等诸多权威机构所公认的致癌物。长期饮用高砷水，会引起黑脚病、神经痛、血管损伤以及增加心脏病的发病几率，所以我国在2006年12月颁布的新的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中规定，生活饮用水中砷的最高允许浓度为10μg/L。根据中国预防医学科学院环境卫生监测所的监测结果，我国饮水中砷的浓度在30～49μg/L范围内的饮用人口为902万人，水中砷浓度为50～99μg/L的饮用人口为334万人，而水中砷浓度超过100μg/L的饮用人口为229万人。新疆、内蒙古、陕西、贵州、吉林、宁夏、青海等省份的一些城市都不同程度地存在着饮用水中砷超标的问题，而且在人群中已经出现了砷中毒的现象，中毒地区范围之大已远远超过孟加拉国。所以在中国发展高效、价廉的方法去除饮用水中的砷已经是亟待解决的问题。

在自然水体中，砷主要以As(III)和As(V)两种形态存在。其中在地表水中砷主要以As(V)的形态存在，但As(III)浓度也可能比较高；由于地下水的还原性环境，在地下水中砷主要以As(III)的形态存在。As(III)的毒性比As(V)高出60倍，而且在pH＜9.5的水体中，As(III)以分子态H₃AsO₃存在，而As(V)通常以H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-的酸根形式存在，所以As(III)较As(V)更难以去除。因此对含有As(III)的水，预氧化是有效去除砷的前提条件。氧化As(III)常用的方法有空气、纯氧、氯气、臭氧、二氧化氯、H₂O₂、高铁酸盐、高锰酸钾、光催化氧化等。

目前常用的水中除砷工艺可以分为离子交换法、反渗透法、混凝沉淀法和吸附法。吸附法和混凝沉淀法是处理含砷水最常用的两个方法。常用的除砷吸附剂有二氧化锰、二氧化钛、活性炭、活性氧化铝、铁氧化物、稀土基金属氧化物、镀铁氧化物的石英砂、沸石、零价铁等。其中二氧化钛由于具有光催化剂和吸附剂的双重功能，价格适中、环境友好、化学和生物稳定性高，能够在紫外光照射下把As(III)氧化成As(V)，且二氧化钛对As(III)和As(V)均有吸附作用，故引起了广泛的关注。但是具有光催化氧化能力的二氧化钛常常是锐钛矿和金红石的混合物，比表面积比较小，虽然在紫外光或太阳光照射下可以有效地把As(III)氧化成As(V)，但是对As(V)的吸附能力有限，常常需要利用其它吸附剂或联合其他方法才能实现砷的有效去除。

混凝沉淀法简便、易于实施，因此混凝沉淀法是饮用水处理中应用最广泛的除砷方法。USEPA的调查显示，超过52％的已经应用的饮用水除砷技术是基于混凝原理的。有研究者比较了由FeCl₃水解原位生成的氢氧化铁絮体与氢氧化铁吸附剂对砷的吸附能力，发现前者的吸附能力远大于后者，原因是砷酸根离子可以与Fe³⁺水解过程中的低聚物和聚合物络合进而从水中分离出去，而氢氧化铁吸附剂的比表面积不可能与Fe³⁺水解过程中生成的低聚物和聚合物相比，因此去除等量的砷，所需的混凝剂远小于相应的吸附剂。钛盐混凝剂对As(III)/As(V)的去除能力也远大于二氧化钛。传统铁盐混凝剂使用过程中残留在水中的铁离子浓度易超标、色度较高而且对设备有强腐蚀性，因此饮用水处理中最常用的混凝剂是铝盐混凝剂。而铝盐混凝剂存在处理后水中Al含量超标的问题，长期饮用铝超标的水会引起老年痴呆症。