[发明专利]一种快速高效去除水体中重金属的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体是一种利用水处理常用氧化剂活化零价铁表面，持续产生新鲜的铁(III)/(II)(氢)氧化物，通过吸附、沉淀、氧化还原等方式快速高效去除水体中重金属的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，我国水体污染越来越严重，其中重金属污染尤为突出，河、湖、水库底质重金属污染率高达81％。我国七大水系水环境调查结果表明，2003年黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域重金属超标断面的污染程度均为超V类。我国水体As污染也非常严重，其中台湾地区、新疆、内蒙古和山西等的三十多个县均发现了As污染病例。重金属多为人体非必须元素，过量摄入会对人体造成各种急慢性毒害作用，能够在人体内长期积累，因而对人体健康构成极大的威胁。重金属中毒的急性表现是使人呕吐、乏力、昏迷乃至死亡；慢性症状则是使人的免疫力长期低下，各种恶性肿瘤、慢性病多发。因此，经济有效地修复受重金属污染水体，保证饮用水安全，一直是水处理领域追寻的目标。

水体中重金属的去除方法包括混凝沉淀法、电解法、离子交换法、膜过滤、吸附法等。混凝沉淀法向水中投加石灰、碳酸盐、铁铝盐等物质，通过沉淀、吸附作用而去除水体中重金属。混凝沉淀法应用很广，是较为成熟的工艺，但处理效果受多种因素影响，当重金属浓度较低时去除效果较差，同时会产生大量含重金属的污泥难以处置，易造成二次污染。电解技术耗能大，水处理量小，不适于处理较低浓度的含重金属水体。离子交换法是利用离子交换剂与污染水体中的重金属发生交换作用，从水体中把重金属交换出来，达到治理目的。经离子交换处理后，水中重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。这类方法具有去除率高，选择性好的特点，缺点是成本高昂，适用范围有限，且树脂再生时会产生高浓度重金属废水，管理不善易造成二次污染。另外，含重金属水体处理的方法还有反渗透等膜分离法，但上述方法都不同程度地存在着成本高、能耗大、操作困难等缺点。吸附法效果可靠，比膜法经济实惠，相对混凝-过滤法污泥产生量少，已广泛用于含重金属水体的处理和修复。

吸附法所依赖的吸附剂包括金属氧化物、活性炭、天然吸附剂等，其中铁氧化物由于性能优良且成本低廉易得而被广泛用于多种重金属的吸附去除。各种铁氧化物如针铁矿、赤铁矿和无定形氢氧化铁等吸附去除As的研究已有大量报道。但这些氧化物大都不具备良好的孔结构，难以应用于固定床。德国的一项专利改进传统的氢氧化铁颗粒(GEH)的制备过程，传统方式是铁盐和碱相继加入，改进方式则是同时加入，经造粒得到的吸附剂GFH，大颗粒更多，具有比(GEH)更好的孔隙度，广泛用于固定床去除As工艺中。但GFH机械强度低、不耐磨损，且在过滤过程中容易结块而堵塞柱子。Guo等(2005)利用棉纤维素球做载体，将铁氢氧化物载于棉纤维素球，制备成载铁球形棉纤维素。铁在该载体上的吸附活性好，含量高，是其他相关吸附剂的数倍到十倍，吸附性能好，其静态和过柱实验都表明该吸附剂有很好的除As能力，并且具有良好的强度和耐磨性能。但是棉纤维成球和载铁过程比较繁杂，导致该吸附剂的制备成本升高，限制了其大规模的应用。

零价铁成本低、来源广、环境友好，在水体修复应用中极具前景。零价铁去除重金属的机理大致可总结为还原作用、沉淀和吸附作用。大量研究已证实零价铁可以高效去除水体和土壤中的Cd、Cr、Pb、As、Ni、Zn等重金属。虽然零价铁可以高效去除水体中的多种污染物且成本低廉，但仍存在一些缺点和不足。零价铁技术面临的一个显著问题是零价铁的表面钝化，以及由此引起的表面活性低，去除污染物的速率非常缓慢。零价铁的钝化是随反应的进行，铁表面会逐渐产生一层致密的铁羟基氧化物，阻止内部的铁与外界污染物接触，从而降低铁的反应活性并导致铁的使用寿命减少。