[发明专利]多元复合絮凝沉降剂及在砷污染水体治理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于河流水体污染治理技术领域，特别涉及一种多元复合絮凝沉降剂及多元复合絮凝沉降剂在砷污染水体治理中的应用。 

背景技术

化学化工、冶金钢铁、能源矿产等工业生产过程产生的含砷废水是水体环境污染的重要污染源，若未经妥善处理进入环境中将可能对河流、湖泊、水库等水体环境造成严重污染，并危及沿岸饮用水源及水质的安全，对饮用水造成重大隐患。尤其对于某些高负荷含砷废水在短时间内排放导致的水体砷污染事件，更有可能由于其污染负荷高、污染强度大等特点而对下游百姓生活、渔业生产、社会稳定等造成严重影响。近年来我国频繁发生由于含砷废水排放而导致的环境污染事件。例如，2006年4月，湖南岳阳发生新墙河砷污染事件；2008年，相继发生云南阳宗海、广西河池、河南商丘等砷污染事件。 

为了控制砷污染以及对人体、水生动植物与生态造成的风险，我国对不同水体环境中砷浓度限值进行了严格的规定。国家现行饮用水标准(GB5749-2006)明确规定饮用水中砷最大浓度必须低于0.10mg/L；地表水环境质量标准中要求四类及其以上水体中砷浓度应该低于0.05mg/L；工业废水排放标准中规定排放入水体中的工业废水中砷浓度应低于0.50mg/L。此外，对于土壤、农业灌溉用水、食物等体系中砷的浓度也作明确规定。 

水中砷的去除技术主要包括吸附、絮凝-沉淀-过滤、絮凝-直接过滤、电渗析、离子交换、膜分离等。对于除砷吸附材料，常见的除砷材料主要有活性炭、活性氧化铝、赤泥、斜发沸石、改性活性炭、羟基氧化铁、 锰砂、水合锰氧化物、铁锰复合氧化物/硅藻土等材料。上述用于去除饮用水中砷的吸附材料虽然具有吸附砷的能力，但往往存在平衡吸附容量过低、沉降速度过快、吸附反应时间不足、缺乏适宜的混合等环境水力学条件等问题，从而难以具有明显的除砷效果。本申请人前期开发的铁锰复合氧化物/硅藻土除砷吸附材料(CN2006100081358)，有效提高了材料吸附 容量及其吸附砷的动力学反应速度，但仍由于其沉降过快而难以有效沉降去除水中的砷。李圭白等开发的复合氧化絮凝剂(CN200410058308.8)在水中沉降速度能够明显降低，但在除砷过程中对混合、反应的水力学条件要求很高，难以应用于庞大湖泊、水库、河流等水体砷污染治理。此外，蔡亚岐等人发明了氧化铁-氧化铝复合纳米材料(CN200710118307.1)。该材料能够有效去除水中砷、氟等污染物，但材料制备工艺复杂，成本昂贵，难以在工程实际中大规模应用。 

对于饮用水中砷的去除，往往将颗粒态吸附材料装填在吸附柱中，含砷水流经吸附柱过程中砷污染物得以从水相中吸附去除；对于湖泊、水库等静止水体中砷的去除技术，国内外迄今为止鲜有报道。本申请人前期开发的多元复合金属氧化物除砷沉降剂(CN200810266740.1)，通过形成沉降剂的吸附与沉降作用将水中砷沉降至湖底，从而实现水体中砷的去除。但是，该除砷沉降剂主要针对湖泊、水库等静止水体砷污染的如下特点进行治理：受污染水体的空间分布相对集中，易于实施除砷沉降剂投加等工程措施；沉降时间可以在数天、数十天甚至上百天的时间尺度范围。采用该除砷沉降剂(CN200810266740.1)能够解决湖泊、水库等静止水体砷污染问题。但是，对于遭受砷污染的河流，河道长度往往在数十至数百公里范围，范围过广而难以投加除砷沉降剂；河道断面不规则，难以对投加工程过程进行合理设计与控制；河道砷污染处理所允许的沉降时间往往相对较短，往往要求数小时到数十小时范围内能够完成砷的沉降。因此，若采用多元复合金属氧化物除砷沉降剂(CN200810266740.1)在上述较短时间范围内吸附了砷的沉降剂难以充分沉降而除砷效果有限，而若形成颗粒较大沉降剂加快沉降速率则难以确保吸附除砷效果。因此，采用上述针对湖泊、水库等静止水体的多元复合金属氧化物除砷沉降剂及其工程技术方案难以有效解决河流砷污染水体治理工程的问题。 

针对河流水体地形地貌特点以及砷污染特点，开发性能高效、成本低廉、使用方便、且可在工程中大规模应用的河流砷污染治理方法，这是目前研究与工程应用中亟需解决的难点问题。本发明以上述多元复合金属氧化物除砷沉降剂(CN200810266740.1)为基础，在投加多元复合金属氧化物除砷沉降剂之后一定时间，再投加一种多元复合絮凝沉降剂，从而优化控制除砷吸附与沉降过程，实现水中砷的吸附与沉降过程可控，确保砷的去除。 

发明内容

本发明的目的之一是针对水中砷污染物，尤其是河流等水体中砷，提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中大规模应用的多元复合絮凝沉降剂。