专利名称：高铁酸盐多功能水处理剂的制备及除污染技术的制作方法
高铁酸盐(MFeO4)是一种无机强氧化剂，其氧化性可以应用于漂白、灭菌等许多方面。近年来的研究发现，高铁酸盐在饮用水除污染领域具有明显的应用潜力。本发明的目的在于使高铁酸盐实现工业化生产，推动其在水处理行业中的应用。
国外的许多学者进行过高铁酸盐制备方法的研究，并提出了多种制备合成方法。但是由于其合成过程复杂、高铁酸盐产率低，如实现工业化制备则投资大、产品成本过高，无法实现商业化生产。国内学者近年来也越来越关注高铁酸盐在饮用水除污染领域的应用，但是由于没有成熟的合成经验借鉴，国内也尚未实现高铁酸盐的商业化生产。
发明人在广泛考察前人制备方法的基础上，结合国内所需合成原料的性能、价格情况，提出了一种可用于商业化生产高铁酸盐的合成工艺。本发明主要采用工业纯硫酸亚铁(硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁)、过氧化氢、氢氧化钾(氢氧化钠、氢氧化钙)、氯气、碳酸钾(碳酸氢钾)为主要原料，经过改性、氧化等步骤，制备高铁酸盐。本法工艺简单，能耗低，产品质量稳定，成本低廉。
采用廉价的亚铁盐，经过改性处理得到反应活性较高的三价铁氧化物，再经过氧化过程制备高铁酸盐。产品中的主要成分是高铁酸钾，另外含有少量的钾盐等杂质，经试验证明这些杂质不会影响高铁酸盐在水处理中的应用。
实施例配制5-50％的硫酸亚铁溶液(采取浓度为质量体积比)，配制5-50％的碳酸钾溶液，溶入少量的K3PO4。将硫酸亚铁溶液缓慢加热至30-80℃，缓慢搅拌，缓慢加入一定量30％的过氧化氢，继续缓慢搅拌。将反应体系升温50℃以上，缓慢加入稍过量的碳酸钾溶液，反应过程中有气泡生成，并有膨胀现象，缓慢搅拌，使气泡逐渐释放，生成的反应物为棕红色铁泥。反应完成后使其自然降温，将上面的铁泥进行离心过滤脱水备用。
配制1-40％浓度的氢氧化钾溶液，放置于有冷却系统的容器中。保持反应器中溶液的温度在5-60℃，向系统中通入氯气与空气的混合气体(1∶1)，缓慢搅拌，过滤除去不溶物。在冷却状态下，向溶液中缓慢溶入氢氧化钾固体至浓度达10％-50％，再次过滤。向溶液中溶入少量碘化钾固体，制得氧化剂溶液。
将氧化溶液放置于有冷却系统的反应器中，缓慢搅拌。冷却，将铁泥投入氧化溶液中，迅速搅拌使铁泥在溶液中分散，然后缓慢搅拌，控制反应温度在5-50℃之间，反应0.5-2小时。将反应体系离心过滤，获得黑色固体即为高铁酸盐。反应余液继续溶入氢氧化钾，重复使用。
这种制备高铁酸盐的工艺几乎将低价铁全部氧化为六价铁，而且步骤简单，反应在常温下进行，易于控制。反应中产生的废料较少，易于处理。由于生成的高铁酸盐能够迅速结晶沉淀出来，分离简单。反应后余液可以回收利用，降低了高铁酸盐的造价。上述改进的制备方法制得的高铁酸盐较稳定，容易储存和运输。本发明的制备方法易于实施，可以实现工业化生产高铁酸盐，产品在水处理行业有广阔的应用前景，经济效益可观。
本发明制备的高铁酸盐产品，由于具有强氧化性并同时具有絮凝剂的特点，对天然水体中的多种污染物有广谱的去除作用。试验结果表明，高铁酸盐预氧化处理具有氧化、吸附、共沉、消毒、杀菌、除藻等多功能的净水效能。相对常规混凝处理，水中有机污染物和重金属的去除效率提高50％左右；除藻效率提高一倍。
高铁酸盐水处理药剂除污染技术是一种给水处理技术。本发明的特征是用上述制备的高铁酸盐作为给水处理的预处理药剂，通过高铁酸盐的预氧化达到全面改善出水水质的目的。
本发明的原理是，在对饮用水源(包括地表水、地下水)进行混凝沉淀处理时，采用制备的高铁酸盐或通过与其它的无机盐类进行复合形成的复合药剂进行预氧化处理，通过高铁酸盐的强氧化作用及其分解后产生的水解产物的絮凝作用，达到去除有机污染物，灭活藻类、杀菌、消毒、助凝、共沉重金属的作用。其特点是能够经济、高效地去除水中的多种污染物。本发明通过及在不同水质的地表水水源为对象进行了小试、中试试验，系统研究了高铁酸盐预氧化除污染技术对水中污染物的去除效能。考察了高铁酸盐水处理药剂及其复合药剂的最佳配比，溶液的配制浓度、投加方式、投加位置、处理时间等相关的技术参数，研究了该除污染技术对各种水质的影响规律。
本发明的工艺流程是首先将高铁酸盐水处理药剂或其复合药剂配制一定浓度的使用溶液，然后通过投加设备定量地投加于取水口、混合池、源水输送管道等。
实施例以地表水为源水的给水处理厂，采用常规混凝沉淀工艺处理，在水质恶化期，如，色度升高，嗅、味严重，出厂水水质不能得到保证。在混凝剂投加之前投加高铁酸盐，经过混合反应后，可以使色度降低至国家水质标准要求之下，嗅、味完全去除。
本发明的优点高效、经济、运行管理方便，适合中国国情。该技术不需要增加大型的设备，不需改变现有的常规处理工艺流程，易于在我国大多数水厂推广应用。
权利要求
1.一种优化的商用高铁酸盐制备工艺，其特征是采用工业纯铁盐或亚铁盐、过氧化氢、氢氧化钾、氯气、碳酸钾等为原料，经过改性、氧化等步骤，制备高铁酸盐。
2.一种以工业纯铁盐或亚铁盐为原料，经过改性制备高铁酸盐反应物的方法。改性过程由过氧化氢、碳酸钾、磷酸钾等与硫酸亚铁反应完成。其特征是用过氧化氢将硫酸亚铁氧化为三价铁，反应温度30-80℃，再用碳酸钾和磷酸钾作为改性剂，反应条件为50℃以上，常压。
3.一种以氯气和氢氧化钾、氢氧化钠为原料，经过中和反应制备高铁酸盐氧化剂溶液。制备方法是在控温条件下，将氯气与空气的混合气体通入氢氧化钾溶液中。然后再向溶液中溶入氢氧化钾，并加入少量碘化钾制备氧化剂溶液。
4.根据权利2要求所述的高铁酸盐反应物的制备方法，特征是当采用亚铁盐为原料时，用30％的过氧化氢氧化。采用碳酸钾和磷酸钾为改性剂。
5.根据权利3要求所述的高铁酸盐氧化剂制备方法，其特征是在冷却条件下(40℃以下)制备氧化剂溶液。
6.一种给水处理技术，其特征是向水中投加高铁酸盐或其复合药剂。
7.根据权利6要求所述的高铁酸盐或其复合药剂除污染技术，其特征是高铁酸盐或其复合药剂由以下药剂中的一种或几种复合而成氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、粉末活性炭、高锰酸盐、氯化铁、次氯酸钙、硫酸铝、聚合铝、聚合铁、活化硅酸、聚合硅铝、聚合硅铁、硫酸铁。
8.根据权利6要求所述的高铁酸盐或其复合药剂除污染技术，其特征是高铁酸盐及其复合药剂既能溶解后投加也能以固体形式投加。
9.根据权利6要求所述的高铁酸盐或其复合药剂除污染技术，其特征是高铁酸盐及其复合药剂的投加点可以是给水处理厂混凝反应池前的任意可投加点。
全文摘要
本发明涉及一种多功能水处理药剂的制备与除污染技术。采用廉价的亚铁盐，经过改性处理得到反应活性较高的三价铁，再经过氧化过程制备高铁酸盐。本法工艺简单，能耗低，产品质量稳定，成本低廉。本发明制备的高铁酸盐产品，由于具有强氧化性并同时具有絮凝剂的特点，对天然水体中的多种污染物有广谱的去除作用。高铁酸盐预氧化处理具有氧化、吸附、共沉、消毒、杀菌、除藻等多功能的净水效能。相对常规混凝处理，水中有机污染物和重金属的去除效率提高50％左右；除藻效率提高1倍。此净水方法的优点是高效、经济、运行管理方便，不需要增加大型设备，不需改变现有的常规处理工艺流程，易于在水厂推广应用。
文档编号C02F1/58GK1535925SQ0310892
公开日2004年10月13日 申请日期2003年4月2日 优先权日2003年4月2日
发明者马军, 刘伟, 马 军 申请人:哈尔滨工业大学