[发明专利]一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及改性石英砂滤材，具体涉及一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法。

背景技术：

地下水环境中由于一定剂量砷长期暴露而造成的慢性地方砷中毒已引起世界范围的广泛关注。我国内蒙、台湾、山西、贵州广大地区地下水中普遍含砷，严重影响居民健康。因此，美国环境保护署(USEPA)规定居民饮用水砷含量不能超过10ug/L，我国GB5749-2006也将饮用水中砷标准定为10ug/L。常用的除砷方法有：吸附法、离子交换法、膜处理、电化学法、生物法等，综合对比各种方法的优缺点，吸附法简单易行，使用最为广泛，常用吸附剂有铁铝氧化物等。

磷是造成水体富营养化的重要因素，当水体中磷含量超标时，易引起藻类及其它浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，造成水生生物和鱼类死亡，水环境恶化。生物法除磷效率有限，出水一般为1mg/L左右，而且二沉池有磷释放，很难达到国家污水处理厂一级排放标准0.5mg/L。吸附法除磷效率较高，通过再生吸附剂可以重复利用，且有利于磷的深度去除，铁锰氧化物多作为除磷吸附剂。

石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。但是由于石英砂滤料表面孔隙少，比表面积和等电点较低，在正常条件下带负电，使得它对水中有毒物质如重金属离子等、细菌、病毒和有机物的去除效果不理想。目前，国内外研制的各种新型滤材都是朝着改善滤料表面特性，提高滤料的截污能力进行的。氧化铁改性石英砂是研究及应用较广的，氧化铁颗粒具有较高的比表面积及表面电荷，使得氧化铁改性石英砂滤料不仅具有截留功能，而且在石英砂表面增加了吸附位，研究表明氧化铁改性石英砂(IOCS)对于水中砷与磷均有较高的吸附性能。

常用的氧化铁改性石英砂滤材制备方法主要有加热蒸发法和反复沉淀法。加热蒸发法是通过加热使金属盐水解产生氢氧化物沉淀，然后转变成为金属氧化物附着在滤料表面，然后变成金属氧化物；反复沉淀法是通过金属盐与碱反应生成金属氢氧化物沉淀，然后变成金属氧化物。根据试验经验可知，含Fe²⁺水过滤净化过程中能使石英砂表面披覆大量γ-FeOOH，将此方法用作改性滤料的制备，一举两得，γ-FeOOH披覆量大，改性效果好。

发明内容：

本发明的目的是提供一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，改性石英砂被用于水源水中砷的吸附去除以及污水处理中二级生化处理出水中磷的深度吸附去除。

本发明的氧化铁改性石英砂滤材，包括石英砂载体以及包裹在上述载体上的氧化铁吸附层，氧化铁吸附层主要由γ-FeOOH颗粒组成。

本发明采用的石英砂载体粒径为0.6～1.0mm，随着过滤时间的延长，γ-FeOOH披覆量增长缓慢，粒径过大容易造成已经披覆的γ-FeOOH层脱落，且常用的滤料粒径不宜过大，因此，本发明中选择改性后石英砂滤材粒径为0.8～2mm。

一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，其特征在于：将清洗过粒径为0.6～1.0mm的石英砂铺设于滤柱上层，厚度为700mm，下层为砾石承托层厚度为200mm，抽取一定Fe²⁺离子浓度及Mn²⁺离子浓度超标地下水，其中Fe²⁺离子浓度>0.3mg/L，Mn²⁺离子浓度>0.1mg/L，喷淋曝气后，以6～10m/h滤速通过石英砂滤层过滤，Fe²⁺离子在滤层中发生自催化氧化反应，在砂面上形成γ-FeOOH层，滤柱运行24～36h后进行周期反冲洗，淘洗结合松散的γ-FeOOH，随着运行时间的延长，滤砂表面披覆的γ-FeOOH层越来越厚，石英砂粒径也随之增大，运行20～30d后即可获得密实度较大的颗粒，最后停止操作，将披覆γ-FeOOH的石英砂取出，烘干，最终得到粒径0.8～2mm的吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材。

进一步，喷淋曝气确保滤池中溶解氧DO维持在4～5mg/L。

本发明使用Fe²⁺盐接触催化氧化法在石英砂表面披覆γ-FeOOH，并利用反冲洗淘洗作用，最终形成γ-FeOOH致密披覆的改性石英砂，γ-FeOOH披覆量可达50mg/g～200mg/g，而普通浸泡即FeCl₃盐溶液恒温浸泡法γ-FeOOH披覆量仅为8mg/g左右。

本发明吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂中元素Fe重量百分比、原子百分比相比未改性石英砂骤然提高，γ-FeOOH披覆量可达50mg/g～200mg/g，该滤材吸附容量较大，且孔隙密实。