专利名称：利用凤眼莲根须氧化并吸附水体中As(Ⅲ)的方法
技术领域：
本发明属于污染防治领域，涉及利用凤眼莲根须氧化并吸附水体中As (III)的方法。
背景技术：
砷元素位于周期表中的第五主族，在地壳中丰度排行第二十位，大约是245种矿物 的组成元素之一。在自然界，砷元素可以以许多不同形态的化合物存在，在水体中发现 的主要砷化物有亚砷酸，As(III)、砷酸，As(V)及它们所形成的盐类，另外无机砷的化 合物可经微生物作用转化为有机砷化物如一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)等。导 致水体中出现较高浓度砷的原因有两大方面第一、自然因素，如火山喷发，又如发生 在某些含砷矿物的低温挥发或者微生物作用都会导致砷的释放；第二、人为因素，如工
业化工废弃物的排放，含砷矿物的熔炼，石油煤炭的燃烧和含砷化学物质的使用等。
一般说来，砷酸盐、亚砷酸盐、二甲基砷酸、甲基砷酸是水环境中砷污染存在的主 要形态。其中无机物形态的砷(包括砷酸盐和亚砷酸盐)的毒性要比有机砷强，它们对 有机体的呼吸系统、消化系统、心血管系统、神经系统、造血系统等均可造成急性或慢 性毒害。通常氧化性环境条件下无机砷的主要形态为As (V)， As (III)主要出现在还 原性的环境条件中。其中As (III)在机体内再吸收的速度要比As (V)快，且As (III) 的毒性更为强烈，因为它跟蛋白质中的巯基极具亲和力从而导致生物酶的失活，对生物 体造成难以修复的毒害。为了减少砷污染对公众健康的毒害，美国环境保护组织 (USEPA)以及世界卫生组织(WHO)均建议将砷的最大污染水平(MCL)从50 pg/L改为 10 (ig/L。
目前砷污染的治理方法主要包括絮凝沉降法、活性氧化铝法、吸附法、膜处理法、 阴离子交换法、电化学方法等。众多的研究表明上述方法处理As (III)的效果不及As (V)理想，故常常在处理之前要先经过将As (III)氧化为As (V)的过程，而As (III)在空气和纯氧中转化为As (V)的速度较慢，常常需要其他试剂(如臭氧、氯气、 次氯酸盐、二氧化氯或双氧水等)的辅助才能提高氧化速度。这无疑将会增加As (m)
去除的操作难度和成本，从而影响这些方法的推广价值。
因此开发简便、高效、经济且环境友好且适用于经济欠发达国家和地区的地表水和 地下水中As (III)污染的治理方法有着非常重要的实际意义。
凤眼莲(Eichhomiacrassipes)，俗称水葫卢,属于雨久花科，凤眼莲属，为多年生浮水 杂草，在适宜的条件下每5天就能繁殖一棵新植株，生活在热带地区和亚热带地区，喜 欢高温和湿润天气，28-30'C是它生长的适宜温度，繁殖速度达160-1000千克/公顷*天， 某些水体营养条件下甚至更高。
水葫芦原产南美洲，它不仅生长、繁殖快，而且具有较高的营养价值，自上世纪六 七十年代我国引种水葫芦以来，为养殖业做出了很大贡献。同时由于水葫芦极强的适应 性及其繁殖极快等生理特点，也带来了一些负面效应，如大量生长繁殖后覆盖水面，堵 塞河道，对水上交通运输造成阻碍；部分腐烂的水草散发出异味，影响水质，威胁环境； 在生长区内形成优势物种，影响其他水生生物的生长，破坏当地生态环境等。
随着对水葫芦的深入研究，人们发现，除了上述的养殖饲料功能外，它本身还对水 体中的氮和磷有很强的吸收净化作用，可用于富营养化水体的生物治理。此外，水葫芦 还能有效去除水中对人体有严重危害的镉、汞、砷、铬、铅、铜、锌等有毒物质，而且 效果大大高于其他水生植物(如水葱、浮萍等)，人们己开始利用它来净化工业、生活 污水。
目前关于水葫芦富集污染物的研究主要针对该植物的活体植株，但是利用活体水葫 芦治理污水受到该植物的生长季节、地域和水体(污水水质可能会影响水葫芦的生长) 的影响，并且可能会导致当地生态环境的恶化，不利于产业化运作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种经济、高效、操作简单、耗时少、 适用地域广且对环境安全、友好的利用凤眼莲(&cMwm'acra^^^)根须氧化并吸附去 除水体中As (III)的方法。
本技术针对受As (III)污染的水体(包括但不限于地表水或者地下水，以下简称水)。
发明人在研究工作中发现凤眼莲根须兼具对As (III)的氧化和吸附功能，干燥的 根须同样具有这种功能。故与使用活体凤眼莲相比，利用该植物干燥后的根须处理受 As (III)污染的水体有一下特点1、不必受限于凤眼莲生长季节、地域和水体(污水 水质可能会影响水葫芦的生长)等因素；2、不会给当地的生态环境带来负面影响。
本发明的目的是通过下列技术措施实现的
利用凤眼莲根须氧化并吸附水体中As (III)的方法，其步骤如下
a、 采集凤眼莲洗净并晾干，截取其根须，经过破碎处理成粉末；
b、 将凤眼莲根须粉末与受AS (III)污染的水加入容器，并采用间歇搅拌的方法处 理适当时间；
C、分离处理后的水与凤眼莲根须粉末即可。
所述的方法，其中凤眼莲根须粉末为长度不大于0.5厘米的粉末。
所述的方法，其中间歇搅拌为每6 9小时搅拌一次，每次搅拌持续时间为5~10分钟。
所述的方法，其中采用间歇搅拌处理的时间为30~45小时。
所述的方法，其中水体中As (III)浓度不大于150 Pg/L的条件下，凤眼莲根须粉 末的使用量与受As (III)污染的水体质量比为1: 60-250;优选凤眼莲根须粉末的使用 量为受As (III)污染的水体质量的l: 60~100;进一步，优选凤眼莲根须粉末的使用量 为受As (III)污染的水体质量的1%。
所述的方法，根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中的分离方法是采用 200目筛网对处理后的水与凤眼莲根须粉末进行分离。
该方法在环境温度下进行反应。
以下结合说明书附图进一步说明本发明
采集凤眼莲洗净并晾干，截取其根须，经过破碎处理至长度不大于0.5厘米的粉末；
如图1所示，将受As(III)污染的水l,凤眼莲根须粉末2加入预混罐3中，在预 混罐内，采用机械搅拌装置4，将加入的受As (III)污染的水、凤眼莲根须粉末混合物 进行间歇搅拌(每8小时搅拌一次，持续时间5 — 10分钟)，处理30 45小时。然后将 经过预混、平衡过的水、根须混合物5经带有阀门的管道6再通过200筛网7，净化后 的水体8进入收集罐9。
处理过程中，根须的加入量由待处理的水体质量和其中As (III)的浓度决定。对 于对于As (III)浓度不大于150Pg/L的水体根须的加入比例优选为水体重量的1/100。 每8小时间歇械搅拌约5 — 10分钟，处理36小时，氧化程度近于100%而吸附去除效率 达92%。
该方法在环境温度下进行反应。
本发明的有益效果
本技术针对受As (III)污染的水。通过在水中加入该水生植物根须并间歇搅拌， 再通过过滤分离该水生植物根须的分离过程，可以有效地将As (III)转化为As (V)， 并除去该污染物。在As (III)初始浓度为150 pg/L，根须的加入比例约为水体重量的 1/100的条件下价态转化率近100%,吸附去除率约为92%使出水浓度有效减至现行环 境标准以下(11.7 pg/L)(在更低浓度的砷污染或者降低水与该植物根须的质量比的条 件下，该方法有更为优良的效果，详见实施例公开的效果)。该方法适用于受As (III) 污染的饮用水源水的治理，也可用于个体用户的小规模饮用水净化处理。该方法对操作 场所无特殊要求，不受活体植物生长场所的限制，且对设备及操作条件要求低，简单易 行。可直接在受污染场所附近操作，并可就地取材，从而大大节约治理过程的运输成本， 并且操作时间短，有利于产业化运用；该方法使用的这种水生植物生物量大，且繁殖力 极强，廉价易得，无需添加其他药剂，操作简便，成本低廉。且对环境安全、友好，不 会造成二次污染而且不会危害当地生态环境。且该方法的处理效果基本不受地表水和地 下水体中常见浓度的腐殖酸和包括碳酸根、硝酸根和硫酸根在内的阴离子的影响。
图1是本发明利用凤眼莲根须处理受As (III)污染的水体示意图。
图中1为受As (III)污染的水体，2为凤眼莲根须，3为预混罐，4为搅拌装置，5
为经过预混过的水、根须混合物，6为带有阀门的管道，7为分离筛网，8为过滤后的水
体，9为收集罐。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达150lJg/L，以下称为受污染的水。 处理方法采集凤眼莲洗净并晾干，截取其根须，经过破碎处理至长度不大于0.5 厘米的粉末；结合说明书附图，将受污染的水l，凤眼莲根须粉末2加入预混罐3中， 凤眼莲根须粉末的使用量与受As (III)污染的水体质量比为1: 100，在预混罐内，采 用机械搅拌装置4，每8小时间歇机械搅拌约5 — 10分钟，持续36小时。然后将经过预 混过的水、根须混合物5经带有阀门的管道6通过200筛网7，过滤后的水体8进入收 集罐9。以上处理过程均在环境温度下进行。
普通自来水含As (III)达150 Pg/L，按照水体质量的1/100加入根须，每8小时间
歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过砂槽过滤后净化之后的水体中As (III) 浓度为11.7^/L,去除率92X，且As (III)均被转化为As (V)。
实施例2
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达60Pg/L，以考察较低砷浓度条件下， 降低该植物根须用量时的处理效果。 处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达60化/L,按照水体质量的1/250加入凤眼莲根须粉末， 每8小时间歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过砂槽过滤后净化之后的水体 中As (III)浓度为12.8Pg/L，去除率79X，且As (III)均被转化为As (V)。
实施例3
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达30Hg/L，以考察更低砷浓度条件下， 降低该植物根须用量时的处理效果。 处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达30 Pg/L，按照水体质量的1/250加入凤眼莲根须粉末， 每8小时间歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过砂槽过滤后净化之后的水体 中As (III)浓度为7.2Pg/L,去除率76X，且As (III)均被转化为As (V)。
实施例4
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达150 Pg/L，并配入碳酸氢钠使其浓度达 到2mM。
处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达150Pg/L，按照水体质量的1/100加入凤眼莲根须粉末， 每8小时间歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过砂槽过滤后净化之后的水体 中As (III)浓度为13.7Hg/L,去除率91X，且As (III)均被转化为As (V)。
实施例5
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达150Pg/L，并配入硫酸钠使其浓度达到 lmM。
处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达150 Pg/L且含有lmM浓度的硫酸钠，按照水体质量的 1/100加入凤眼莲根须粉末，每8小时间歇搅拌5—10分钟，持续36小时平衡后，经过 砂槽过滤后净化之后的水体中As (III)浓度为13.0 ^/、去除率92%，且As (III)均 被转化为As (V)。
实施例6
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达150Pg/L，并配入硝酸钠使其浓度达到 lmM。
处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达150 Pg/L且含有lmM浓度的硝酸钠，按照水体质量的 1/100加入凤眼莲根须粉末，每8小时间歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过 分离砂槽过滤后净化之后的水体中As (III)浓度为14.2^/、去除率90%，且As (III) 均被转化为As (V)。
实施例7
普通自来水配入亚砷酸钠使As (III)浓度达150 Pg/L，并配入腐殖酸使其浓度达到 20mg/L。
处理方法同实施例1。
普通自来水含As (III)达150Pg/L且含有20mg/L浓度的腐殖酸，按照水体质量的 1/100加入凤眼莲根须粉末，每8小时间歇搅拌5 — 10分钟，持续36小时平衡后，经过 砂槽过滤后净化之后的水体中As (III)浓度为17.3卩Lg/L,去除率88X，且As (III)均 被转化为As (V)。
权利要求
1、利用凤眼莲根须氧化并吸附水体中As(III)的方法，其特征在于采用如下步骤a、采集凤眼莲洗净并晾干，截取其根须，经过破碎处理成粉末；b、将凤眼莲根须粉末与受As(III)污染的水加入容器，并采用间歇搅拌的方法处理适当时间；c、分离处理后的水与凤眼莲根须粉末即可。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于凤眼莲根须粉末为长度不大于0.5厘米 的粉末。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于间歇搅拌为每6~9小时搅拌一次，每 次搅拌持续时间为5 10分钟。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用间歇搅拌处理的时间为30 45小时。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在水体中As (III)浓度不大于150 Pg/L 的条件下，凤眼莲根须粉末的使用量与受As (III)污染的水体质量比为l: 60~250。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于在水体中As (III)浓度不大于150 Pg/L 的条件下，凤眼莲根须粉末的使用量与受As (III)污染的水体质量比为l: 60~100。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于在水体中As (III)浓度不大于150 Pg/L 的条件下，凤眼莲根须粉末的使用量为受As (III)污染的水体质量的1%。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中的分离方法是采用200目筛 网对处理后的水与凤眼莲根须粉末进行分离。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法在环境温度下进行反应。
全文摘要
本发明公开了利用凤眼莲根须氧化并吸附水体中As(III)的方法。该方法先采集凤眼莲洗净并晾干，截取其根须，经过破碎处理成粉末；然后将凤眼莲根须粉末与受As(III)污染的水体加入容器，并采用间歇搅拌的方法处理适当时间；最后，分离处理后的水与凤眼莲根须粉末即可。该方法操作简便，成本低廉、耗时少、适用地域广且对环境安全、友好，适于工业化运用。
文档编号C02F1/28GK101100325SQ20071002461
公开日2008年1月9日 申请日期2007年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者荣 唐, 皓 崔, 俊 殷, 静 王, 磊 葛, 谢显传, 郑建中, 建 陈, 欢 陈 申请人:南京大学