一種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及改性石英砂濾材，具體涉及一種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材 的制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 地下水環(huán)境中由于一定劑量砷長期暴露而造成的慢性地方砷中毒已引起世界 范圍的廣泛關(guān)注。我國內(nèi)蒙、臺灣、山西、貴州廣大地區(qū)地下水中普遍含砷，嚴重影響居 民健康。因此，美國環(huán)境保護署（USEPA)規(guī)定居民飲用水砷含量不能超過lOug/L，我國 GB5749-2006也將飲用水中砷標準定為10ug/L。常用的除砷方法有：吸附法、離子交換法、 膜處理、電化學法、生物法等，綜合對比各種方法的優(yōu)缺點，吸附法簡單易行，使用最為廣 泛，常用吸附劑有鐵鋁氧化物等。
[0003] 磷是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素，當水體中磷含量超標時，易引起藻類及其它 浮游生物的迅速繁殖，使水體溶解氧含量下降，造成水生生物和魚類死亡，水環(huán)境惡化。生 物法除磷效率有限，出水一般為lmg/L左右，而且二沉池有磷釋放，很難達到國家污水處理 廠一級排放標準0. 5mg/L。吸附法除磷效率較高，通過再生吸附劑可以重復利用，且有利于 磷的深度去除，鐵錳氧化物多作為除磷吸附劑。
[0004] 石英砂是一種廣泛用于各種給水處理、污水處理和環(huán)境治理的凈水材料。但是由 于石英砂濾料表面孔隙少，比表面積和等電點較低，在正常條件下帶負電，使得它對水中有 毒物質(zhì)如重金屬離子等、細菌、病毒和有機物的去除效果不理想。目前，國內(nèi)外研制的各種 新型濾材都是朝著改善濾料表面特性，提高濾料的截污能力進行的。氧化鐵改性石英砂 是研宄及應用較廣的，氧化鐵顆粒具有較高的比表面積及表面電荷，使得氧化鐵改性石英 砂濾料不僅具有截留功能，而且在石英砂表面增加了吸附位，研宄表明氧化鐵改性石英砂 (IOCS)對于水中砷與磷均有較高的吸附性能。
[0005] 常用的氧化鐵改性石英砂濾材制備方法主要有加熱蒸發(fā)法和反復沉淀法。加熱蒸 發(fā)法是通過加熱使金屬鹽水解產(chǎn)生氫氧化物沉淀，然后轉(zhuǎn)變成為金屬氧化物附著在濾料表 面，然后變成金屬氧化物；反復沉淀法是通過金屬鹽與堿反應生成金屬氫氧化物沉淀，然后 變成金屬氧化物。根據(jù)試驗經(jīng)驗可知，含F(xiàn)e 2+水過濾凈化過程中能使石英砂表面披覆大量 γ -FeOOH，將此方法用作改性濾料的制備，一舉兩得，γ -FeOOH披覆量大，改性效果好。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法，改性 石英砂被用于水源水中砷的吸附去除以及污水處理中二級生化處理出水中磷的深度吸附 去除。
[0007] 本發(fā)明的氧化鐵改性石英砂濾材，包括石英砂載體以及包裹在上述載體上的氧化 鐵吸附層，氧化鐵吸附層主要由γ-FeOOH顆粒組成。
[0008] 本發(fā)明采用的石英砂載體粒徑為0. 6~I. 0mm，隨著過濾時間的延長，γ -FeOOH披 覆量增長緩慢，粒徑過大容易造成已經(jīng)披覆的γ-FeOOH層脫落，且常用的濾料粒徑不宜過 大，因此，本發(fā)明中選擇改性后石英砂濾材粒徑為0. 8~2mm。
[0009] -種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法，其特征在于：將清洗過 粒徑為〇· 6~1.0 mm的石英砂鋪設(shè)于濾柱上層，厚度為700mm，下層為爍石承托層厚度為 200mm，抽取一定Fe2+離子濃度及Mn 2+離子濃度超標地下水，其中Fe 2+離子濃度>0. 3mg/L， Mn2+離子濃度>0. lmg/L，噴淋曝氣后，以6~10m/h濾速通過石英砂濾層過濾，F(xiàn)e2+離子在濾 層中發(fā)生自催化氧化反應，在砂面上形成γ -FeOOH層，濾柱運行24~36h后進行周期反沖 洗，淘洗結(jié)合松散的γ -FeOOH，隨著運行時間的延長，濾砂表面披覆的γ -FeOOH層越來越 厚，石英砂粒徑也隨之增大，運行20~30d后即可獲得密實度較大的顆粒，最后停止操作， 將披覆γ -FeOOH的石英砂取出，烘干，最終得到粒徑0. 8~2_的吸附除砷除磷氧化鐵改 性石英砂濾材。
[0010] 進一步，噴淋曝氣確保濾池中溶解氧DO維持在4~5mg/L。
[0011] 本發(fā)明使用Fe2+鹽接觸催化氧化法在石英砂表面披覆γ -FeOOH，并利用反沖洗 淘洗作用，最終形成γ-FeOOH致密披覆的改性石英砂，γ-FeOOH披覆量可達50mg/g~ 200mg/g，而普通浸泡即FeCl 3鹽溶液恒溫浸泡法γ -FeOOH披覆量僅為8mg/g左右。
[0012] 本發(fā)明吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂中元素 Fe重量百分比、原子百分比相比 未改性石英砂驟然提高，γ -FeOOH披覆量可達50mg/g~200mg/g，該濾材吸附容量較大，且 孔隙密實。
【附圖說明】：
[0013] 圖1-試驗裝置示意圖。
[0014] 1-進水水箱2-水泵3-閥門4-流量計5-噴淋頭6-濾柱7-墊層
[0015] 8-反沖洗水箱
[0016] 圖2-未改性石英砂濾材放大50倍的SEM掃描電鏡圖。
[0017] 圖3-未改性石英砂放大2000倍的SEM掃描電鏡圖。
[0018] 圖4-吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂放大50倍的SEM掃描電鏡圖。
[0019] 圖5-吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂放大2000倍的SEM掃描電鏡圖。
[0020]圖6-未改性石英砂濾材X-射線能譜分析
[0021] (說明：采集條件：加速電壓：15. OOkeV活時間：59秒出射角：34· 17度）
[0022] 圖7-吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂X-射線能譜分析
[0023] (說明：采集條件：加速電壓：15. OOkeV活時間：59秒出射角：34· 17度）
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明采用的噴淋曝氣形式為蓮蓬頭曝氣，設(shè)定蓮蓬頭距水面高度為0. 5m，能夠 確保濾池中溶解氧DO維持在4-5mg/L，可以滿足除鐵對DO的需求。
[0025] 實施例一
[0026] 一、未改性石英砂預處理
[0027] 1.用孔徑分別為0. 6mm和1.0 mm的篩網(wǎng)篩選未經(jīng)處理的石英砂，獲得直徑范圍為 0. 6mm~1.0 mm的待表面預處理的石英砂濾料。
[0028] 2.用自來水反復沖洗干凈，清除其表面污染物及其它雜質(zhì)。
[0029] 二、反應器運行及改性石英砂的制備
[0030] 將備用石英砂置于上述反應器中，并抽取鐵錳含量超標地下水進行過濾運行，地 下水中Fe2+離子濃度10mg/L，Mn 2+離子濃度0. 6mg/L，濾速10m/h，噴淋曝氣，濾柱內(nèi)溶解氧 DO維持在4. 5mg/L左右，當濾柱出水不達標，即鐵離子濃度>0. 3mg/L，猛離子濃度>0.1 mg/ L時，對濾柱進行反沖洗，采用反沖洗周期24h，反沖洗時間5min~lOmin，反沖洗強度12L/ (s · m2)，運行20d，γ -FeOOH改性石英砂逐漸形成，最終披覆γ -FeOOH改性石英砂濾材粒 徑可達1~2謹。
[0031] 實施例二
[0032] 一、未改性石英砂預處理
[0033] 1.用孔徑分別為0. 6mm和1.0 mm的篩網(wǎng)篩選未經(jīng)處理的石英砂，獲得直徑范圍為 0. 6mm~1.0 mm的待表面預處理的石英砂濾料。
[0034] 2.用自來水反復沖洗干凈，清除其表面污染物及其它雜質(zhì)。
[0035] 二、反應器運行及改性石英砂的制備
[0036] 將備用石英砂置于上述反應器中，并抽取鐵錳含量超標地下水進行過濾運行，地 下水中Fe 2+離子濃度5mg/L，Mn 2+離子濃度0. 6mg/L，濾速8m/h，噴淋曝氣，濾柱內(nèi)溶解氧 DO維持在4. 5mg/L左右，當濾柱出水不達標，即鐵離子濃度>0. 3mg/L，猛離子濃度>0.1 mg/ L時，對濾柱進行反沖洗，反沖洗時間5min~lOmin，反沖洗周期36h，反沖洗強度12L/ (s · m2)，運行30d，γ -FeOOH改性石英砂逐漸形成，最終披覆γ -FeOOH改性石英砂濾材粒 徑可達〇· 8~L 5臟。
[0037] 表1氧化鐵改性石英砂與未改性石英砂中元素 Fe含量對比分析結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法，其特征在于：將清洗過粒徑 為0. 6~I.Omm的石英砂鋪設(shè)于濾柱上層，抽取Fe2+離子濃度及Mn2+離子濃度超標地下水， 其中Fe2+離子濃度>0. 3mg/L，Mn2+離子濃度>0.lmg/L，噴淋曝氣后，以6~10m/h濾速通過 石英砂濾層過濾，F(xiàn)e2+離子在濾層中發(fā)生自催化氧化反應，在砂面上形成Y-FeOOH層，濾柱 運行24~36h后進行周期反沖洗，反沖洗時間5min~lOmin，反沖洗強度12L/(s?m2)，淘 洗結(jié)合松散的Y-FeOOH，隨著運行時間的延長，濾砂表面披覆的Y-FeOOH層越來越厚，石 英砂粒徑也隨之增大，運行20~30d后將披覆y-FeOOH的石英砂取出，烘干，最終得到粒 徑0. 8~2mm的吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：噴淋曝氣確保濾池中溶解氧DO維持 在 4_5mg/L〇
【專利摘要】一種吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材的制備方法，它包括未改性石英砂的預處理、反應器運行及改性石英砂制備兩部分。鐵錳含量超標的地下水經(jīng)過噴淋曝氣后進入濾柱，F(xiàn)e2+離子在濾層中發(fā)生自催化氧化反應，在砂面上形成γ-FeOOH層，濾柱運行24～36h后進行周期反沖洗，淘洗結(jié)合松散的γ-FeOOH，隨著運行時間的延長，濾砂表面披覆的γ-FeOOH層越來越厚，石英砂粒徑也隨之增大，至此獲得密實度較大的顆粒，最后停止操作，將披覆γ-FeOOH的石英砂取出，烘干，最終得到粒徑0.8～2mm的吸附除砷除磷氧化鐵改性石英砂濾材。本發(fā)明簡單易行，制成的濾材適用于地下水中超標砷處理及污水二級生物處理出水中磷的深度吸附去除。
【IPC分類】B01J20-30, C02F1-58, C02F1-62, C02F1-28, B01J20-10
【公開號】CN104815611
【申請?zhí)枴緾N201510173073
【發(fā)明人】張 杰, 張明月, 曾輝平, 李冬
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月13日