一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及改性石英砂滤材，具体涉及一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材 的制备方法。
【背景技术】：
[0002] 地下水环境中由于一定剂量砷长期暴露而造成的慢性地方砷中毒已引起世界 范围的广泛关注。我国内蒙、台湾、山西、贵州广大地区地下水中普遍含砷，严重影响居 民健康。因此，美国环境保护署（USEPA)规定居民饮用水砷含量不能超过lOug/L，我国 GB5749-2006也将饮用水中砷标准定为10ug/L。常用的除砷方法有：吸附法、离子交换法、 膜处理、电化学法、生物法等，综合对比各种方法的优缺点，吸附法简单易行，使用最为广 泛，常用吸附剂有铁铝氧化物等。
[0003] 磷是造成水体富营养化的重要因素，当水体中磷含量超标时，易引起藻类及其它 浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，造成水生生物和鱼类死亡，水环境恶化。生 物法除磷效率有限，出水一般为lmg/L左右，而且二沉池有磷释放，很难达到国家污水处理 厂一级排放标准0. 5mg/L。吸附法除磷效率较高，通过再生吸附剂可以重复利用，且有利于 磷的深度去除，铁锰氧化物多作为除磷吸附剂。
[0004] 石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。但是由 于石英砂滤料表面孔隙少，比表面积和等电点较低，在正常条件下带负电，使得它对水中有 毒物质如重金属离子等、细菌、病毒和有机物的去除效果不理想。目前，国内外研制的各种 新型滤材都是朝着改善滤料表面特性，提高滤料的截污能力进行的。氧化铁改性石英砂 是研宄及应用较广的，氧化铁颗粒具有较高的比表面积及表面电荷，使得氧化铁改性石英 砂滤料不仅具有截留功能，而且在石英砂表面增加了吸附位，研宄表明氧化铁改性石英砂 (IOCS)对于水中砷与磷均有较高的吸附性能。
[0005] 常用的氧化铁改性石英砂滤材制备方法主要有加热蒸发法和反复沉淀法。加热蒸 发法是通过加热使金属盐水解产生氢氧化物沉淀，然后转变成为金属氧化物附着在滤料表 面，然后变成金属氧化物；反复沉淀法是通过金属盐与碱反应生成金属氢氧化物沉淀，然后 变成金属氧化物。根据试验经验可知，含Fe 2+水过滤净化过程中能使石英砂表面披覆大量 γ -FeOOH，将此方法用作改性滤料的制备，一举两得，γ -FeOOH披覆量大，改性效果好。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的是提供一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，改性 石英砂被用于水源水中砷的吸附去除以及污水处理中二级生化处理出水中磷的深度吸附 去除。
[0007] 本发明的氧化铁改性石英砂滤材，包括石英砂载体以及包裹在上述载体上的氧化 铁吸附层，氧化铁吸附层主要由γ-FeOOH颗粒组成。
[0008] 本发明采用的石英砂载体粒径为0. 6~I. 0mm，随着过滤时间的延长，γ -FeOOH披 覆量增长缓慢，粒径过大容易造成已经披覆的γ-FeOOH层脱落，且常用的滤料粒径不宜过 大，因此，本发明中选择改性后石英砂滤材粒径为0. 8~2mm。
[0009] -种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，其特征在于：将清洗过 粒径为〇· 6~1.0 mm的石英砂铺设于滤柱上层，厚度为700mm，下层为烁石承托层厚度为 200mm，抽取一定Fe2+离子浓度及Mn 2+离子浓度超标地下水，其中Fe 2+离子浓度>0. 3mg/L， Mn2+离子浓度>0. lmg/L，喷淋曝气后，以6~10m/h滤速通过石英砂滤层过滤，Fe2+离子在滤 层中发生自催化氧化反应，在砂面上形成γ -FeOOH层，滤柱运行24~36h后进行周期反冲 洗，淘洗结合松散的γ -FeOOH，随着运行时间的延长，滤砂表面披覆的γ -FeOOH层越来越 厚，石英砂粒径也随之增大，运行20~30d后即可获得密实度较大的颗粒，最后停止操作， 将披覆γ -FeOOH的石英砂取出，烘干，最终得到粒径0. 8~2_的吸附除砷除磷氧化铁改 性石英砂滤材。
[0010] 进一步，喷淋曝气确保滤池中溶解氧DO维持在4~5mg/L。
[0011] 本发明使用Fe2+盐接触催化氧化法在石英砂表面披覆γ -FeOOH，并利用反冲洗 淘洗作用，最终形成γ-FeOOH致密披覆的改性石英砂，γ-FeOOH披覆量可达50mg/g~ 200mg/g，而普通浸泡即FeCl 3盐溶液恒温浸泡法γ -FeOOH披覆量仅为8mg/g左右。
[0012] 本发明吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂中元素 Fe重量百分比、原子百分比相比 未改性石英砂骤然提高，γ -FeOOH披覆量可达50mg/g~200mg/g，该滤材吸附容量较大，且 孔隙密实。
【附图说明】：
[0013] 图1-试验装置示意图。
[0014] 1-进水水箱2-水泵3-阀门4-流量计5-喷淋头6-滤柱7-垫层
[0015] 8-反冲洗水箱
[0016] 图2-未改性石英砂滤材放大50倍的SEM扫描电镜图。
[0017] 图3-未改性石英砂放大2000倍的SEM扫描电镜图。
[0018] 图4-吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂放大50倍的SEM扫描电镜图。
[0019] 图5-吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂放大2000倍的SEM扫描电镜图。
[0020]图6-未改性石英砂滤材X-射线能谱分析
[0021] (说明：采集条件：加速电压：15. OOkeV活时间：59秒出射角：34· 17度）
[0022] 图7-吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂X-射线能谱分析
[0023] (说明：采集条件：加速电压：15. OOkeV活时间：59秒出射角：34· 17度）
【具体实施方式】
[0024] 本发明采用的喷淋曝气形式为莲蓬头曝气，设定莲蓬头距水面高度为0. 5m，能够 确保滤池中溶解氧DO维持在4-5mg/L，可以满足除铁对DO的需求。
[0025] 实施例一
[0026] 一、未改性石英砂预处理
[0027] 1.用孔径分别为0. 6mm和1.0 mm的筛网筛选未经处理的石英砂，获得直径范围为 0. 6mm~1.0 mm的待表面预处理的石英砂滤料。
[0028] 2.用自来水反复冲洗干净，清除其表面污染物及其它杂质。
[0029] 二、反应器运行及改性石英砂的制备
[0030] 将备用石英砂置于上述反应器中，并抽取铁锰含量超标地下水进行过滤运行，地 下水中Fe2+离子浓度10mg/L，Mn 2+离子浓度0. 6mg/L，滤速10m/h，喷淋曝气，滤柱内溶解氧 DO维持在4. 5mg/L左右，当滤柱出水不达标，即铁离子浓度>0. 3mg/L，猛离子浓度>0.1 mg/ L时，对滤柱进行反冲洗，采用反冲洗周期24h，反冲洗时间5min~lOmin，反冲洗强度12L/ (s · m2)，运行20d，γ -FeOOH改性石英砂逐渐形成，最终披覆γ -FeOOH改性石英砂滤材粒 径可达1~2謹。
[0031] 实施例二
[0032] 一、未改性石英砂预处理
[0033] 1.用孔径分别为0. 6mm和1.0 mm的筛网筛选未经处理的石英砂，获得直径范围为 0. 6mm~1.0 mm的待表面预处理的石英砂滤料。
[0034] 2.用自来水反复冲洗干净，清除其表面污染物及其它杂质。
[0035] 二、反应器运行及改性石英砂的制备
[0036] 将备用石英砂置于上述反应器中，并抽取铁锰含量超标地下水进行过滤运行，地 下水中Fe 2+离子浓度5mg/L，Mn 2+离子浓度0. 6mg/L，滤速8m/h，喷淋曝气，滤柱内溶解氧 DO维持在4. 5mg/L左右，当滤柱出水不达标，即铁离子浓度>0. 3mg/L，猛离子浓度>0.1 mg/ L时，对滤柱进行反冲洗，反冲洗时间5min~lOmin，反冲洗周期36h，反冲洗强度12L/ (s · m2)，运行30d，γ -FeOOH改性石英砂逐渐形成，最终披覆γ -FeOOH改性石英砂滤材粒 径可达〇· 8~L 5臟。
[0037] 表1氧化铁改性石英砂与未改性石英砂中元素 Fe含量对比分析结果
【主权项】
1. 一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，其特征在于：将清洗过粒径 为0. 6~I.Omm的石英砂铺设于滤柱上层，抽取Fe2+离子浓度及Mn2+离子浓度超标地下水， 其中Fe2+离子浓度>0. 3mg/L，Mn2+离子浓度>0.lmg/L，喷淋曝气后，以6~10m/h滤速通过 石英砂滤层过滤，Fe2+离子在滤层中发生自催化氧化反应，在砂面上形成Y-FeOOH层，滤柱 运行24~36h后进行周期反冲洗，反冲洗时间5min~lOmin，反冲洗强度12L/(s?m2)，淘 洗结合松散的Y-FeOOH，随着运行时间的延长，滤砂表面披覆的Y-FeOOH层越来越厚，石 英砂粒径也随之增大，运行20~30d后将披覆y-FeOOH的石英砂取出，烘干，最终得到粒 径0. 8~2mm的吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：喷淋曝气确保滤池中溶解氧DO维持 在 4_5mg/L〇
【专利摘要】一种吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材的制备方法，它包括未改性石英砂的预处理、反应器运行及改性石英砂制备两部分。铁锰含量超标的地下水经过喷淋曝气后进入滤柱，Fe2+离子在滤层中发生自催化氧化反应，在砂面上形成γ-FeOOH层，滤柱运行24～36h后进行周期反冲洗，淘洗结合松散的γ-FeOOH，随着运行时间的延长，滤砂表面披覆的γ-FeOOH层越来越厚，石英砂粒径也随之增大，至此获得密实度较大的颗粒，最后停止操作，将披覆γ-FeOOH的石英砂取出，烘干，最终得到粒径0.8～2mm的吸附除砷除磷氧化铁改性石英砂滤材。本发明简单易行，制成的滤材适用于地下水中超标砷处理及污水二级生物处理出水中磷的深度吸附去除。
【IPC分类】B01J20-30, C02F1-58, C02F1-62, C02F1-28, B01J20-10
【公开号】CN104815611
【申请号】CN201510173073
【发明人】张 杰, 张明月, 曾辉平, 李冬
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月13日