專利名稱：含鐵、錳和砷的水的處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水的處理方法。更準確地說，本發(fā)明涉及通過降低鐵、錳和砷而制備旨在用于人類飲用消耗的水的方法。
鐵的去除在原理上依賴于鐵的氧化和由此形成的不溶性氧化物(Fe(OH)3、Fe2O3)的保留。用氧氣或化學氧化劑(可以考慮如氯氣、二氧化氯、過錳酸鉀或臭氧)氧化必須達到充分的氧化還原電勢。在這方面最常使用的氧化劑是過錳酸鉀。
砷的去除原理是根據(jù)其化學氧化和在不溶金屬氫氧化物(一般是鐵或鋁)上的吸收。
從水中除去錳和鐵的典型物理化學方法包括，通過過錳酸鉀、氯氣或臭氧將其中包含的錳和/或鐵化學氧化，之后在粒狀材料如砂上將其過濾。在幾個月后，這種砂上可能會變得涂覆有二氧化錳的沉淀并形成所謂的天然“生砂”。這種“生砂”可以類似地通過預先在載體(可以是砂、酸性粘土、無煙煤、沸石、白云石類材料等)表面上沉積一層水合二氧化錳得到，之后，該二氧化錳可以被認為扮演催化劑的角色。
這類方法的主要缺陷是需要在開始時加入強氧化劑如過錳酸鉀、氯氣或臭氧。
粒狀材料也可以由主要呈惰性的材料為原料制備。為了得到10-60目的粒子，將其與微粒二氧化錳和/或氧化鐵(如Fe3O4)結合，整個通過水泥結合在一起，如專利US2145901和GB471277所述。
這類方法不需要加入氧化劑，相反，它要求特殊地制備粒狀材料，為此需要特定的設備和相應的資金，因此不得不增加制備粒狀材料的成本。
具體而言，本發(fā)明必須將克服先有技術的缺陷與不足作為其目的。
更具體而言，本發(fā)明的目的在于提出一種在不加入強氧化劑的情況下能夠有效脫除水中所含鐵、錳和砷的水的物理化學處理方法。
本發(fā)明的目的也在于提供一種相對于先有技術而言相當簡化地制備過濾材料的方法。
本發(fā)明的目的還在于提供一種使用不需要化學再生，特別是不需要通過氧化劑進行化學再生的過濾材料進行的物理化學方法。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種不造成或造成很少過濾材料損失的水處理方法。
本發(fā)明的再一個目的是提出一種使用過濾材料的方法，這種過濾材料可以是直接來自于采礦業(yè)的殘渣，在使用前例如僅需要簡單的機械處理。
本發(fā)明還有一個目的就是提供一種可用在具有可變和季節(jié)性溶解的鐵、錳及砷量的水中的水處理方法。
本發(fā)明的目的還在于提出一種經濟、使用簡單的方法。
這些目的以及通過以下所述變得顯而易見的其他目的是通過這樣一種水處理方法實現(xiàn)的，該方法具體而言是為了降低鐵、錳和砷的含量，其特征在于包括使所述水通過至少一個過濾材料床的步驟，該過濾材料床包括以下結合-至少一種以氧化鐵或氫氧化鐵、或金屬態(tài)鐵為基礎的呈0.3-2毫米粒子形式的鐵基微粒材料；-表觀密度約為2、硬度大于莫氏6級的二氧化錳顆粒。
應當注意，在本說明書的上下文中，“表觀密度約為2”表示密度可以在1.7-2.3范圍內變化。
根據(jù)本發(fā)明，使用的鐵基微粒材料因此可以是金屬鐵(化合價等于0)或氧化鐵或氫氧化鐵。在第一種情況下，其可以呈鐵屑、鐵片、鐵箔等形式。在第二種情況下，可以考慮氫氧化鐵或氫氧化亞鐵顆粒。
鐵與二氧化錳的這種結合可以呈鐵基微料材料與二氧化錳顆粒的混合物形式，也可以呈鐵基微料材料層與二氧化錳顆粒層的疊層形式。在后一情況下，鐵基微料材料層優(yōu)選位于上部，而二氧化錳顆粒層則優(yōu)選位于下部。
當使用氫氧化鐵顆粒層與二氧化錳顆粒層時，氫氧化鐵層將有利地具有約1.2-1.5的表觀密度。
選擇這種材料特定的密度和硬度能夠保持兩個均勻、穩(wěn)定的二氧化錳和氫氧化鐵或氫氧化亞鐵層。更準確地說，二氧化錳顆粒的硬度大于莫氏6級能夠使該材料保持起始的粒徑分布和起始的吸附能力。因此，會發(fā)現(xiàn)材料的消耗可以忽略或者為零，結合該材料不構成消耗品這一事實來說，得到的結果是特別有利的。
因此，本發(fā)明除去鐵、砷和錳的原理是基于使用鐵基微粒材料與二氧化錳顆粒的結合，其密度和硬度使得錳在不加入氧化劑的情況下保留下來，并且不必利用氧化劑進行材料的化學再生。
這種方法使得負載有鐵、錳和砷的水能夠通過利用這兩種特性與性能經過選擇的材料得到有效的處理。不管是降低水中的鐵、錳和砷含量，還是再生過濾材料，都不需要加入強氧化劑如過錳酸鉀、氯氣或臭氧，這與當前的實際情況是相反的。
因此，本發(fā)明的方法被發(fā)現(xiàn)特別有效，它不需要如先有技術一樣，通過涂覆、使用水泥和含有二氧化錳顆粒的惰性材料特殊地制備過濾材料。
根據(jù)顯著的特性，當使用的鐵基微粒材料是氫氧化鐵時，它充當吸附劑的作用。
根據(jù)另一顯著的特性，申請人選擇的二氧化錳充當催化劑的角色，并且還用作氧化劑。其催化活性原理類似于用用錳處理過的砂(“生砂”)所得到的催化作用，向其中加入了充當載體的材料的吸附能力，用于吸附水中溶解的錳。
另外，二氧化錳對于待處理水中存在的溶解錳具有氧化作用。
另外，應當注意，這種二氧化錳對于錳不具有選擇性，并且還會氧化鐵、砷和硒。Mn2+和Fe2+被MnO2氧化，并沉積在過濾材料的表面上。
在材料的表面上，在固-液界面上發(fā)生的總的氧化-還原反應導致同時通過溶解錳的氧化和二氧化錳的還原形成倍半氧化錳(Mn2O3)(固體)。這樣形成的Mn2O3逐漸涂覆材料的顆粒。
根據(jù)有利的解決方案，所述方法在需要時包括，通過利用水流和/或氣流如空氣流簡單洗滌而進行所述過濾床的再生。
這一再生步驟可以定期進行，特別是考慮到所處理水的體積和其中錳濃度的季節(jié)性變化時。
根據(jù)另一個實施方案，所述再生步驟也可以在所述過濾材料床達到預定的負載損失時進行。
連續(xù)或者取樣監(jiān)測處理后水中的殘余錳濃度可以表征過濾材料的負載損失并做出再生過濾床的決定。
根據(jù)再生步驟的第一方案，所述洗滌與所述過濾床內的待處理水流逆流進行。
根據(jù)再生步驟的第二方案，所述洗滌與所述過濾床內的待處理水流同向進行。
根據(jù)優(yōu)選實施方案，鐵基微粒材料和/或所述二氧化錳顆粒與至少一種另外的選自下述材料的材料結合-砂；-無煙煤；-活性碳顆粒；-中和材料。
有利的是，該方法包括預先碾壓并篩分二氧化錳以得到0.3-1毫米粒徑的步驟。
應當注意，根據(jù)可以被關注的其他實施方案，可以根據(jù)希望的過濾變化碾壓與篩分的順序以得到不同的粒徑。
該方法優(yōu)選包括，在過濾步驟的上游，通過用空氣、苛性鈉、或石灰水處理而調節(jié)所述水的pH值的補充步驟。
所述結合有利的是包括5-95體積％的鐵基微粒材料和95-5體積％的二氧化錳顆粒。
所述結合優(yōu)選包括約70％的鐵基微粒材料和約30％的二氧化錳顆粒。
根據(jù)一個實施方案，所述使水通過至少一個過濾材料床的步驟在大氣壓下進行，但是根據(jù)另一個實施方案，該步驟可以選擇性地在加壓下進行。
在進行所述使水通過至少一個過濾材料床的步驟時，接觸時間為30秒-10分鐘。
該方法可以通過利用在大氣壓下操作的過濾器或者在加壓下操作的過濾器使用。
通過參考附圖，閱讀以下通過舉例而非以限定形式給出的本發(fā)明的幾個實施方案的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將更加顯而易見。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明用于脫除鐵和錳以及除去砷的工業(yè)單元的第一實施方案，圖2示出其中通過過濾器凈化水的相同類型單元的第二實施方案。
在圖1示意性示出的工業(yè)水處理單元中，水通過管道1送入過濾器2中，該過濾器2在這一情況下是開放的，即處于大氣壓下，但是在其他實施方案中它可以是任何其他的類型。
該過濾器包含由約70體積％氫氧化鐵顆粒與約30體積％二氧化錳顆粒的混合物組成的過濾床。還應注意，在可以考慮，特別是根據(jù)待處理水中鐵與錳的含量考慮的其他實施方案中，這些比例可以，例如變化。更通常的情況是，所述床包含5-95體積％的鐵和95-5體積％的錳。
過濾介質3負載在穿孔或帶條紋的底板11上。另外，注意，過濾器2上安裝有能用的排空裝置13。
在圖1所示開放過濾器的情況下，水通過重力作用通過所述過濾床3并在過濾器的底部通過凈化水出口管4收集。如果需要的話提供溢流管10。
在過濾的上游，如果需要的話，通過空氣處理而對水進行pH調節(jié)。如果待處理水的pH低于7.2則要進行這一調節(jié)。這種調節(jié)使用空氣壓縮機5和連接到水進口管1上的空氣過濾器6進行。
為了進行過濾材料的再生，該單元具有通向過濾器2的底部連接到管道8上的洗滌空氣升壓器7。
通過這種方式，洗滌空氣與洗滌水同時或分開，與待處理水逆流輸送到過濾床3上。用排泄管9收集洗滌水。
為了表明本發(fā)明方法的有效性，使用圖1所示單元，觀察第一次用于脫除地表水中的錳和除去其中的砷時未凈化水和凈化水中砷和錳的含量。
在該單元中，水與過濾床的接觸時間為約3分鐘。但是，在其他實施方案中，根據(jù)所需的去除百分比和希望的殘余量，接觸時間可以是30秒-10分鐘。
雖然未凈化水中錳的含量在40-410微克/升之間變化，但觀察到本發(fā)明方法的效果是，凈化水中的殘余量始終低于10微克/升，或者降低率高達97.5％。
因此清楚地表明，所述方法能夠降低可能顯示相當程度季節(jié)性變化的待處理水中的錳和砷含量。
由于結果相當于或者優(yōu)于先有技術的結果，使用特定過濾材料的方法避免-在過濾步驟和過濾床再生兩個步驟中使用氧化劑，-如先有技術的情況那樣，依賴于苛刻的、昂貴的過濾材料的制備。
對于圖2，其中，與圖1中相同的標記表示與圖1相同或類似的結構部件，水不再以下行方式而是以上行方式通過過濾床。為此，管道1移到過濾器2的下部，而排泄管4則裝在其上部。
過濾器的洗滌通過同向注入空氣和/或洗滌水進行。
過濾床3，由上部占過濾床3總體積約30％、密度約為1.2-1.5的氫氧化鐵層3a和下部占過濾床總體積約70％、密度約為4、硬度大于莫氏6級的二氧化錳顆粒層3b組成。
權利要求
1.一種水處理方法，特別是為了降低其中的鐵、錳和砷的含量，其特征在于包括至少一個使所述水通過至少一個過濾材料(3)床的步驟，該過濾材料床包括以下結合-至少一種以氧化鐵或氫氧化鐵、或金屬態(tài)鐵為基礎的呈0.3-2毫米粒子形式的鐵基微粒材料；-表觀密度約為2、硬度大于莫氏6級的二氧化錳顆粒。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于使用的所述鐵基微粒材料是金屬鐵。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于使用的所述鐵基微粒材料呈屑和/或片和/或箔的形式。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于使用的所述鐵基微粒材料呈氫氧化物形態(tài)。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于使用的所述鐵基微粒材料呈氫氧化鐵和/或氫氧化亞鐵顆粒形式。
6.根據(jù)在前權利要求1-5任一項的方法，其特征在于所述鐵基微粒材料和二氧化錳的結合呈鐵基微粒材料和二氧化錳顆粒的混合物。
7.根據(jù)在前權利要求1-5任一項的方法，其特征在于所述鐵基微粒材料和二氧化錳的結合以鐵基微粒材料和二氧化錳顆粒層的疊層形式(3a，3b)存在。
8.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于所述鐵基微粒材料和二氧化錳的結合以上部鐵基微粒材料層(3a)和下部二氧化錳顆粒層(3b)的形式存在。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其特征在于所述鐵基微粒材料和二氧化錳的結合以上部氫氧化鐵顆粒層(3a)和下部二氧化錳顆粒層(3b)的疊層形式存在。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于氫氧化鐵顆粒層的表觀密度為約1.2-1.5。
11.根據(jù)在前權利要求1-10任一項的水處理方法，其特征在于在需要時包括通過利用水流和/或氣流如空氣流簡單洗滌而進行所述過濾材料(3)的再生的步驟。
12.根據(jù)權利要求11的水處理方法，其特征在于洗滌與所述過濾床內的待處理水流逆流進行。
13.根據(jù)權利要求11的水處理方法，其特征在于洗滌與所述過濾床內的待處理水流并流進行。
14.根據(jù)在前權利要求1-13任一項的水處理方法，其特征在于鐵和/或二氧化錳顆粒與至少一種另外的選自下述材料的材料結合-砂；-無煙煤；-活性碳顆粒；-中和材料。
15.根據(jù)在前權利要求1-14任一項的水處理方法，其特征在于它包括預先碾壓并篩分二氧化錳以得到0.3-1毫米粒徑的步驟。
16.根據(jù)在前權利要求1-15任一項的水處理方法，其特征在于所述鐵基微粒材料與二氧化錳顆粒的結合包括5-95體積％的鐵基微粒材料和95-5體積％的二氧化錳顆粒。
17.根據(jù)權利要求16的水處理方法，其特征在于所述結合包括約70體積％的鐵基微粒材料和約30體積％的二氧化錳顆粒。
18.根據(jù)在前權利要求1-17任一項的水處理方法，其特征在于它包括，在過濾步驟的上游，通過用空氣、苛性鈉或石灰水處理而調節(jié)所述水的pH值的補充步驟。
19.根據(jù)在前權利要求1-18任一項的水處理方法，其特征在于所述使水通過至少一個過濾材料床的步驟在大氣壓下進行。
20.根據(jù)在前權利要求1-18任一項的水處理方法，其特征在于所述使水通過至少一個過濾材料床的步驟在加壓下進行。
21.根據(jù)在前權利要求1-20任一項的水處理方法，其特征在于進行所述使水通過至少一個過濾材料床的步驟時，接觸時間為30秒-10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水處理方法，特別是為了降低其中的鐵、錳和砷的含量，其特征在于包括至少一個使所述水通過至少一個過濾材料(3)床的步驟，該過濾材料床包括以下結合－至少一種以氧化鐵或氫氧化鐵、或金屬態(tài)鐵為基礎的呈0.3－2毫米粒子形式的鐵基微粒材料；－表觀密度約為2、硬度大于莫氏6級的二氧化錳顆粒。
文檔編號C02F1/64GK1656025SQ03812045
公開日2005年8月17日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權日2002年5月7日
發(fā)明者A·蓋德 申請人:Otv股份有限公司