同时从水溶液中除去砷和氟化物的系统和方法

专利名称：同时从水溶液中除去砷和氟化物的系统和方法
技术领域：
本发明领域本发明主要涉及从水溶液，如饮用水或废水中除去砷和氟化物的系统和方法。更具体地说，本发明提供同时从水溶液中除去砷和氟化物的改进系统和方法，所述系统和方法使用某些盐进行预处理，并将溶液维持在一定的pH范围内，以助于除去砷和氟化物。相关申请的交叉参考本申请要求2000年7月7日提交的美国临时专利申请系列号60/216,837(代理人登记号P-69369/AJT/MSS)的利益。本申请涉及＿＿提交的美国专利申请系列号＿__＿(代理人登记号A-68835/AJT/MSS)；＿＿＿＿＿提交的美国专利申请系列号＿＿＿＿＿(代理人登记号A-68635/AJT/MSS)；这两件专利申请是与本申请同时提交的，将它们的公开内容完整地结合到本文中作为参考。
根据美国1986年的安全饮用水法案及其修正案，饮用水中的砷被指定为优先考虑的污染物。自1974年以来，由美国环境保护局(EPA)强制规定的砷的最大污染物水平(MCL)为50ppb或μg/L。由于最近发现受饮用水中高的砷浓度影响的人口存在健康危险，EPA建议将砷的MCL由50ppb降至2ppb。人们预期仅在美国就有超过12,000个公用水系统将不符合更为严格的建议砷标准。一项评估表明顺从2ppb的建议MCL标准的成本为一年超过50亿美元。
在美国，不符合50ppb的已有砷MCL或者2ppb的建议砷MCL的私人水井的数目是未知的。相信在美国的许多地区，有大量私人水井产生被砷污染的饮用水，因此对于那些依靠这种自产水的家庭来说会引起潜在的严重健康危险。
而且，饮用水的地区性高砷污染是一个全球性问题。例如在孟加拉邦、印度，估计目前有200,000人患有砷诱发的皮肤损伤，一些损伤已发展为癌症前期的角化过度。因此，从水溶液如饮用水和/或废水中除去砷的系统和方法极为重要。
另一个显著的问题是水溶液如饮用水和/或废水中存在氟化物。处于浓度超过1ppm的氟化物下对于人类来说是有毒的。另外，含氟化物的水能对植物和野生生物产生有害的影响。
工业过程，特别是那些用于生产半导体的工业过程是含氟化物和砷的废水的来源。具体地说，经常用于电信业的由砷化镓制成的装置是废水中可溶性砷的重要来源。半导体衬底中砷原子的离子注入是另一种来源。含氟化物的化学品常被用来蚀刻衬底、清洁材料和相关的处理设备，它们都导致废水中存在氟化物。
砷原子存在四种价态(也称为氧化态)，即-3、0、+3和+5。在标准条件下，+3和+5价态分别以AsO3-3(亚砷酸盐)和AsO4-3(砷酸盐)离子出现。对于通过凝结处理有效除去砷来说，砷应当处于+5氧化态，优选为砷酸盐的形式。通过如吸收和凝结的技术可以除去部分亚砷酸盐，但该办法并不十分有效。这是由于其主要形态亚砷酸(H3AsO3)为弱酸(pKal约9.23)，在最有效地发生吸收除去的pH，即约5-8的pH下仍未离子化。相反，原砷酸(H3AsO4，5+氧化态的砷)是强酸(pKal约2.20)，从pH接近2开始即为离子化的形式。带负电的形式最有效地被吸收和凝结。
人们已将各种先有技术用于从废水中除去砷。例如，人们已经使用了如共沉淀、氧化铝吸附以及传统的用阴离子树脂进行离子交换的技术。这些技术取得了有限的成功，并且除去效率只限于约95％。已经开发出了新的技术，例如美国专利5,368,703号公开了电化学产生亚铁离子的电化学电池的用途。通过加入过氧化物产生温和的氧化条件，将亚铁离子氧化为铁，从而形成氢氧化铁。然后将氢氧化铁用于除去砷。美国专利5,908,557号中描述了另一项先有技术，其中将三价砷氧化为五价砷，然后通过含N-烷基吡啶鎓的吸附介质将其除去。这些新的技术可使除去效率得到改进，但这些技术比较麻烦，需要专门的设备和/或特种化学品，并且不易于安装或操作，对于私人水井处理来说更是如此。
除去氟化物的技术包括用钙和其他化合物以单步或多步法沉淀氟化物，如在美国专利4,145,282、5,043,072和5,403,495号中所述。这些技术的除去效率不同，并且没有与砷一起除去氟化物。
因此，极希望提供能够同时从水溶液，特别是从饮用水和工业废水中除去氟化物和砷以达到安全水平的系统和方法。还希望这种系统和方法灵活耐用，以针对工业、大型市政供水系统、私人水并以及发达国家和不发达国家的水的不同要求。
一般来说，本发明提供一种从包括+5氧化态(也可以存在+3氧化态)的砷和氟化物(游离氟化物阴离子)的水溶液中除去砷和氟化物的方法和系统，其特征在于在5-8的pH下依次用钙盐的组合物、铁或铝盐处理所述水溶液，以形成含有砷和氟化物的沉淀或固体。然后过滤所述固体，从而从所述水溶液中除去砷和氟化物。
在另一方面，本发明提供一种同时从水溶液中除去砷和氟化物的方法和系统，它包括如下步骤提供包括为砷酸盐离子形式的砷和氟化物的水溶液。将所述水溶液的pH调节至约5-8。在大于8的pH下砷的除去效率显著降低。向所述水溶液中加入钙盐以促进氟化物沉淀而形成含氟化物的颗粒或絮凝物。然后向所述水溶液中加入铁或铝基盐。铁或铝基盐形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收含有砷酸盐离子和氟化物的颗粒而形成含砷和氟化物的固体。然后从所述水溶液中除去含砷和氟化物的固体。
本发明另一方面提供一种系统，它包括用于接收包括砷和氟化物的所述水溶液的第一反应罐。将所述水溶液的pH调节至5-8。第一喷射装置与所述第一反应罐连接以将钙盐注入所述水溶液中。优选第一混合器与所述第一反应罐连接以混合所述水溶液，从而促进氟化物沉淀形成含有氟化物的颗粒。用于接收来自第一反应罐的水溶液的第二反应罐，其中根据需要再次调节所述水溶液的pH以将pH维持在约5-8。第二喷射装置与所述第二反应罐连接以将铁或铝基盐注入所述水溶液中。优选第二混合器与所述第二反应罐连接以混合所述水溶液和盐，并形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收砷离子、含砷和氟化物的颗粒，从而形成含砷和氟化物的固体。除去所述固体的过滤系统，它包括一个或多个过滤容器和一个或多个沉降罐，所述过滤容器具有一个或多个按管状袋(tubular sock)配置排列并置于开槽管上的滤膜。
图2是本发明系统和方法的处理系统的一个例子的框图。
图3是表示本发明的氟化物浓度的图。
图4是说明本发明的砷浓度的图。
本发明详述本发明者发现了一种新的系统和方法，它在选择的pH范围内使用某些盐进行处理以同时从水溶液如饮用水或废水中除去砷和氟化物。本发明中所用术语“同时除去砷和氟化物”是指在同一个过程中除去砷和氟化物，并且不需要分离过程。
一般来说，本发明提供一种从包括+5氧化态(也可以存在+3氧化态)的砷和氟化物离子(游离氟化物阴离子)的水溶液中除去砷和氟化物的系统和方法，其特征在于在5-8的pH下依次用钙盐的组合物、铁或铝盐处理所述水溶液，以形成含有砷和氟化物的固体。然后过滤所述固体，从而从所述水溶液中除去砷和氟化物固体。
更详细地说，从包括为砷酸盐离子形式的砷(+5氧化态的砷)和氟化物离子的水溶液中除去砷和氟化物。在一个实施方案中，通过用预氧化步骤处理提供主要为+5氧化态的砷。在标准条件下，+3和+5氧化态(也称为价态)的砷通常以AsO33-(亚砷酸盐)和AsO43-(砷酸盐)出现。对于通过凝结处理更有效地除去砷来说，优选砷主要以+5氧化态存在。
为了提供+5氧化态，优选在预氧化步骤中处理所述水溶液。在预氧化步骤中可以使用任何适当的氧化处理。适当的氧化处理包括，但不限于臭氧处理、UV照射、漂白、用氧化化学品或试剂如高锰酸盐处理等。或者，可以使用同时待审的美国专利申请系列号＿__＿(代理人登记号A-68635/AJT/MSS)和2000年7月7日提交的临时专利申请系列号60/216,759(代理人登记号P-68635/AJT/MSS)中所述方法进行预氧化步骤，将这两件专利申请的公开内容完整地结合到本文中作为参考。具体地说，如本文进一步所描述，在约3-5的pH下用过氧化氢和铁或亚铁盐的组合物处理所述水溶液。在选择的pH范围内铁盐和过氧化物的组合物促进+3价的砷离子氧化为+5价。虽然优选该预氧化步骤，但本领域普通技术人员应当理解本发明可以在没有所述预氧化步骤的情况下进行。
在所述预氧化步骤之后，或者不使用所述预氧化步骤，将所述水溶液的pH调节至约5-8，向所述水溶液中加入钙盐以促进氟化物离子沉淀形成含氟化物的颗粒。接下来，向所述水溶液中加入铁或铝基盐。所述铁或铝基盐形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收含砷酸盐离子和氟化物的颗粒而形成含砷和氟化物的不溶性固体。在处理期间，根据需要使用传统方法调节所述水溶液的pH以将pH维持在约5-8。然后如下面所详细描述，优选通过过滤从所述水溶液中除去含砷和氟化物的固体。在大于8的pH下，砷的除去效率显著降低。
在优选的实施方案中，增加了另外一个步骤，在该步骤中向所述水溶液中加入凝结剂和/或絮凝剂以助于含砷和氟化物的固体沉淀。本发明可使用任何适当的凝结剂和/或絮凝剂。优选所述凝结剂和/或絮凝剂是中等分子量的有机聚合物，如分子量约2,500-500,000的聚合物。
所述水溶液中氟化物的初始浓度将在很大范围内变化，通常约1-5,000ppm。所述水溶液中砷的初始浓度也将在很大范围内变化，通常约0.010-500ppm。根据本发明的方法，将所述水溶液的pH调节至约5-8，最优选约7.5。向所述水溶液中加入钙盐。优选所述钙盐选自氯化钙、氢氧化钙和碳酸钙，最优选氯化钙。所述钙盐可以是溶液的形式，并以一定浓度加入到所述水溶液中，以使钙与氟化物的摩尔比为2摩尔氟化物约1-2摩尔钙。这样，加入所述水溶液中的钙的实际量将取决于所述水溶液中氟化物的浓度。
在上述pH范围内向所述水溶液中加入钙盐促进氟化物沉淀而形成不溶性氟石(fluospar)或二氟化钙颗粒。优选使该反应进行足够长的时间以沉淀氟化物。所述时间将取决于所述水溶液中存在的氟化物的初始浓度和所述水溶液的流量，通常为约5分钟至1小时，最优选至少10分钟。优选基本上所有的氟化物都从溶液中沉淀出来，但也可以如下所述加入另外的凝结剂和/或絮凝剂以助于氟化物和砷颗粒更完全地沉淀。
为了除去砷离子，接下来向所述水溶液中加入铁或铝基盐。氟化钙颗粒被铝或铁基凝结剂的氢氧化物形式卷入并吸收，所述铝或铁基凝结剂也作为砷吸收和表面吸附的基底。通过常规方式监测所述水溶液的pH，并根据需要进行调节以将pH维持在约5-8，最优选pH约7.5。可以使用任何在上述pH范围内形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液的铁或铝基盐，如氯化物或硫酸盐。例如，适用于本发明的铁盐可以选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁铵、氯化铁铵、氢氧化铁和氧化铁。优选铁盐，原因是与铝盐相比它们在更宽的pH范围内形成吸收砷的金属氢氧化物絮凝物。最优选氯化铁。


图1是表示砷(砷酸盐)的吸附百分比作为pH的函数的吸附曲线。从图1可以看出，本发明方法的目标在于通过将pH选择在约5-8范围内，最优选约7.5而促进有效除去砷酸盐。另外，在大于8的pH下，砷的除去效率显著降低。在大于8的pH下，能发生电荷逆转，使砷从金属氢氧化物絮凝物中释放出来。
铁或铝盐可以是溶液的形式。如上所述，在上述pH范围下向所述水溶液中加入铁或铝盐促进形成金属氢氧化物絮凝物或悬浮液，它们吸收砷(主要是砷酸盐离子形式)和在上述步骤中形成的钙颗粒(即氟石或二氟化钙)。优选使该反应进行足够长的时间以吸收砷酸盐离子和氟化物颗粒。所述时间将取决于所述水溶液中存在的氟化物和砷的初始浓度以及所述水溶液的流量，通常为约5分钟至1小时，最优选至少10分钟。优选基本上所有的砷酸盐离子和氟化物颗粒都被金属氢氧化物絮凝物吸收，从而形成含有氟化物和砷的固体，但也可以加入另外的凝结剂和/或絮凝剂。
在优选的实施方案中，过滤之前向所述水溶液中加入另外的凝结剂和/或絮凝剂以助于更完全沉淀。所述凝结剂和/或絮凝剂是低-中等分子量的有机聚合物，优选其分子量约2,500-500,000g/摩尔。适当的凝结剂和/或絮凝剂的例子包括但不限于EPI-DMA、DADMAC以及聚(丙烯酰胺)与DADMAC的共聚物。加入足量所述凝结剂和/或絮凝剂以助于沉淀，它们在所述水溶液中的浓度通常为3-300ppm。
一旦形成含有氟化物和砷的固体，如下面进一步描述的那样，通过过滤技术从所述水溶液中除去所述固体。本发明的方法能够除去所述水溶液中基本上所有的氟化物和砷，具体地说，在经本发明处理后砷的最终浓度通常等于或小于约5ppb，优选等于或小于约2ppb，氟化物的浓度通常等于或小于约10ppm，优选等于或小于约2ppm。
本发明的方法可以用任何适当的水处理系统进行，并且不限于任何具体的装置或系统，但该方法优选在下述的本发明系统中进行。本发明系统的一个例子如图2所示。图2是砷和氟化物除去系统，通常包括一个或多个反应罐、相关混合器和过滤系统。优选所述过滤系统是美国专利5,871,648和5,904,853号中所述类型，将这两篇专利的所有公开内容结合到本文中作为参考。具体地说，将含砷和氟化物的水溶液加入到第一反应罐10中。使用常规的pH调节装置(未示出)将第一反应罐中溶液的pH调节至约5-8，经第一喷射装置11将氯化物盐如氯化钙加入到罐10中。所述第一喷射装置11是任何适当的化学输送单元。加入所述钙盐，直至浓度达到所述水溶液中钙与氟化物的摩尔比为2摩尔氟化物约1-2摩尔钙。优选所述第一喷射装置11，如包括实时监测所述第一反应罐中氟化物浓度的工艺控制特征的氟化物离子选择性电极(ISE)。
用混合器12搅拌所述溶液以促进各组分混合。用混合器12混合所述溶液一段时间以使氟化物颗粒基本上完全沉淀。反应时间将取决于反应罐10的大小和水溶液的初始氟化物浓度，优选至少约10分钟。
然后经输送管线13将所述溶液加入到第二反应罐14中。监测所述水溶液的pH，并根据需要使用常规的pH调节装置进行调整，以将水溶液的pH维持在约5-8的范围内。经第二喷射装置15将铁或铝盐如硫酸铁或氟化铁加入到第二反应罐14中，然后用混合器16搅拌所述溶液以确保使各组分混合。或者，可以经位于输送管线13中的管线混合器(未示出)将铁或铝盐加入到所述溶液中。所述盐可以是固体或者优选是溶液的形式。所述水溶液中铁或铝盐的浓度将很强地依赖于所述溶液中存在的砷和氟化物的量，优选在约10-1000ppm的通常范围内。
用混合器16将所述溶液混合一段时间以使溶液与金属氢氧化物絮凝物有足够的接触时间。所述时间通常为至少约10分钟。
一旦形成金属氢氧化物，经输送管线17将所述溶液加入到第三反应罐18中。如果需要再次调节所述水溶液的pH以将溶液的pH维持在约5-8的范围内。用混合器19将所述溶液混合以促进各组分良好混合。在该pH范围内，不溶性钙颗粒和砷离子被吸收到所述金属氢氧化物絮凝物上而形成含砷和氟化物的固体。使所述反应进行一段时间。优选第三反应罐18的大小应使所述水溶液的停留时间为5分钟或更长，最优选约10分钟。在优选的实施方案中，为了帮助形成含砷和氟化物的固体，可以向进料罐18中加入凝结剂和/或絮凝剂。
一旦形成含砷和氟化物的固体，则通过泵(未示出)或重力将其送至过滤系统20中。可以使用任何适当的过滤系统。图2举例说明过滤系统的优选实施方案。图2中的过滤系统20一般包括膜式过滤系统，如美国专利5,871,648和5,904,853号中更详细描述的微量过滤系统，将这两篇专利的公开内容结合到本文中作为参考。在该实施例中，过滤系统通常包括一或多个过滤罐或微量过滤罐22以及沉降罐或淤浆收集罐24。可以使用反洗罐26，优选将其置于过滤罐22之前。所述过滤罐22以两种模式操作，即过滤罐操作模式和过滤罐反洗模式。所述过滤罐22通常包括以管状“袋”配置的微量过滤膜。将所述膜袋置于开槽管上以防止使用期间所述袋破裂。所述膜材料可由多种来源买到，优选其孔径为0.5-10微米，最优选孔径为1微米。
在操作模式期间，使含砷和氟化物的固体脱水并从所述水溶液中过滤。将所述水溶液从过滤容器泵唧通过所述膜，并且当水溶液通过所述膜时，颗粒不能通过，而是堆积在所述膜表面外。“清洁的”水溶液溢出过滤罐的顶部以排放或循环。清洁的水溶液基本上不含砷，所含砷的浓度等于或低于10ppb，更优选等于或低于2ppb；并且基本上不合氟化物，所含氟化物的浓度等于或低于10ppm，更优选等于或低于2ppm。
更具体地说，优选过滤罐22装配有一系列微量过滤膜28。优选所述微量过滤膜包括管状“袋”配置以使表面积最大。将所述膜袋置于开槽的支撑管上以防止使用期间所述袋破裂。为了实现高流量和通量值，可以使用各含有许多单独的过滤袋的许多膜或膜组件。优选微量过滤膜的孔径为0.5μm-10μm，优选0.5μm-1.0μm。已发现通过0.5-1μm微量过滤膜的已处理废水的通量可以为约200加仑/英尺2/天(GFD)-1500GFD，希望的通量为800GFD。而且，所述系统的流量可以为约10-10,000加仑/分钟。
优选所述微量过滤膜在盒子或组件中，或者在含所述膜系列的预成形板中。在任一种情况下，通常是通过旋松环形配件从顶部安装或除去所述膜。或者，可以除去整个盒子或板进行维修。所述微量过滤膜以高回收冒口过滤(dead head filtration)排列，以可靠地分离颗粒。该冒口过滤在低压(3-25psi，优选5-10psi)和高流量下有效地操作，使一次处理排出高达99.9％的供应水，其中通过所述微量过滤膜的压差不超过约25psi。定期从所述膜表面反洗除去(并重力沉降)过滤期间积聚在膜表面的固体，以确保连续的清洁过滤介质。目前，优选的用于本发明的过滤袋包括涂有Teflon的聚(丙烯)或聚(乙烯)毡底材料。这类袋子可以由W.L.Gore得到。另一种目前优选的过滤袋由National Filter Media，Salt Lake City，Utah生产，由粘合到聚(丙烯)或聚(乙烯)毡底上的聚丙烯机织膜组成。由于所述膜普通并且廉价，更换所述膜袋、而不是从膜上清洁污染物对于许多操作来说更为经济。但是，应当注意所述膜对于来自酸、碱、还原剂和一些氧化剂的化学浸蚀具有非常强的抵抗性。通过酸洗可以对所述膜进行除垢，而通过用过氧化氢、稀的漂白剂或其他适当的试剂处理可以除去生物附着物。
为了从所述膜表面和过滤容器除去含砷和氟化物的固体，将过滤罐22设置为反洗模式。定期反洗膜28，保持以高流量通过所述系统。优选通过定期反洗所述微量过滤膜，并对其中有膜28的过滤罐22进行排放而从所述膜的表面除去固体。优选当膜28的压力增加至约6psi时开始反洗。周期性的短期反洗从所述微量过滤膜袋的壁上除去污染物的任何累积。通过重力方案进行反洗，但并不限于重力方案。在所述重力方案中打开阀，过滤器组上1-2英尺的水顶空提供了脱除滤饼的力。然后将过滤罐22中的除去的固体物质转移至固体收集罐24以进一步处理所述固体。所述微量过滤是全自动操作，可运行24小时，每周7天，操作者的投入最小。可以使用工艺逻辑控制(PLC)使所述系统完全自动化，所述PLC可以与管理和控制数据获得系统(SCADA)连通。简单而耐用的硬件连续监测流入物和流出物的性质，并根据需要调节化学进料。自动监测的参数的例子包括pH、浊度、氧化还原电位、颗粒的zeta电位以及金属污染物浓度。通过连续监测工艺参数，之后根据已知的技术控制调节来进行过程开发和微调。在反洗模式中，所述系统的流动相反，来自过滤器组上顶部空间的水反向流动。这通过打开过滤罐22上的阀实现。所述颗粒或污泥沉降在过滤罐22的底部，然后通过泵或重力被送入固体收集罐24后除去。如果需要，可以使用压滤机30以使颗粒进一步脱水。重要的是应注意虽然仅描述了一类处理系统，但本发明的方法可在各种不同类型的处理系统，如重力沉降和交叉流过滤系统中实施。实验下述预期的实施例仅用于说明，并不意味以任何方式限制本发明。实施例1制备砷化镓太阳能电池的装置产生包括砷和酸性氟化物的混合含水废液流。砷的来源是HF蚀刻处理和砷气体洗涤器。废水中砷的浓度为0-2,000ppm。氟化物浓度为0-500ppm。废水的流量为20-50加仑/分钟。根据本发明，在该废水处理系统中，在pH5-8之间通过氢氧化铁吸收连续除去砷，使其低于50ppb的排放限制。根据需要，按照氟化物离子选择性电极(ISE)传感器读数，通过作为氟石(CaF2)沉淀除去氟化物，使其低于10ppm。所述过滤系统的压力，特别是通过所述膜滤器的压力为3-10psig，平均为5psig。估计以加仑/英尺2膜/天(GFD)表示的平均通量为800GFD。对于自动操作来说，优选设计为高流量、低压力过滤系统，优选每天操作24小时，操作者的投入最小。控制和故障检查及排除可以在现场进行，或者通过位于任何地方的调制解调器进行。
在典型的实施方案中，将含有溶解的氟化物和砷的废水加入到预收集罐(未示出)中，并将废水的pH调节至约8。在进行粗略的pH调节之后，将废水加入到第一反应罐10中，以一定速率注入氯化钙溶液(试剂的35％本体溶液)，使钙与氟化物的摩尔比维持在相对于2摩尔氟化物为1-2摩尔钙。钙的加入量取决于第一反应罐中氟化物浓度的实时监测，优选经ISE监测。钙溶液的注入可以经管线混合器进行，或者直接注入罐10中。以约50rpm良好搅拌罐10，并将pH维持在5-8，优选7。然后将产生的氟石沉淀和水溶液转移至第二反应罐14，在此用35％的氯化铁溶液处理包含砷和氟化钙沉淀的溶液，优选连续注入所述氯化铁溶液。将pH维持在5-8，并小心地使pH不超过8.0，这样吸收在絮凝物颗粒上的砷不会由于表面电荷相反而解吸。由此得到的氢氧化铁絮凝物颗粒含有氟化钙沉淀和砷。为了增强所述絮凝物的凝结和过滤性，向第三反应罐18中加入分子量约250,000的EPI-DMA阳离子聚合物。在优选5psig的压差下经微量过量系统20过滤大的和易于过滤的颗粒。
12分钟后实际的最大入口浓度为863.7ppm氟化物。在第一次分析测试时，半小时后，入口砷浓度为2.4ppm。倾倒后1小时48分钟氟化物的实际最大系统出口浓度为6.06ppm。在1小时的测试后，第二次测试期间砷的实际最大浓度为13.6ppb。图3和4根据本发明的实施例，分别用图以时间为函数说明了氟化物和砷的浓度。
所述系统在化学处理下连续运行4小时，以除去砷和氟化物。在倾倒期间，进入系统的平均流量为15.22gpm。氟化钙的平均加料速度为52.79ml/分钟；铝酸钠的平均速度为9.58ml/分钟；氯化铁的平均速度为1.41ml/分钟；EPI-DMA的平均速度是1.41ml/分钟。氯化钙的加料浓度为30％；氯化铁的加料浓度为35％；EPI-DMA的加料浓度为5％；铝酸钠的加料浓度为38％。下表1中的数据表明本发明的稀释和化学处理都将砷和氟化物降低到可接受的水平。
表1
正如以上描述及实施例所公开的，本发明提供了一种在同一个过程中从水溶液中除去砷和氟化物的改进方法。尽管已用一些前述实施例说明了本发明，但本发明的上述具体实施方案和实施例的描述用于举例说明和描述，而不是用来进行限制。它们不是穷举或者将本发明局限于公开的准确形式，按照上述公开，许多修改、实施方案和变化是很明显的。本发明的范围通过其所附的权利要求和它们的等价物包括本文公开的通用领域。
权利要求
1.一种从水溶液中除去砷和氟化物的方法，其特征在于在约5-8的pH下用钙盐的组合物和铁或铝铁盐处理所述水溶液，以形成从所述水溶液中除去的含有砷和氟化物的固体。
2.权利要求1的方法，其中将所述水溶液的pH维持在约7.5。
3.权利要求1的方法，其中所述钙盐为氯化钙。
4.权利要求1的方法，其中所述铁盐是氯化铁。
5.权利要求1的方法，其中所述pH不超过8。
6.权利要求1的方法，它还包括如下步骤在除去所述含有砷和氟化物的固体之前，用凝结剂、絮凝剂或它们的组合物处理所述水溶液，以增进所述固体的形成。
7.权利要求1的方法，其中所述处理进行至少约5分钟。
8.权利要求1的方法，其中通过下述技术的任一种或者它们的任意组合除去所述含有砷和氟化物的固体过滤、重力或沉降。
9.权利要求1的方法，其中钙与氟化物的摩尔比为2摩尔氟化物约1-2摩尔钙。
10.权利要求4的方法，其中所述水溶液中铁盐的浓度为约10-1,000ppm。
11.权利要求6的方法，其中所述凝结剂或絮凝剂选自EPI-DMA、DADMAC、聚(丙烯酰胺)和DADMAC的共聚物以及它们的任意组合。
12.一种从水溶液中除去砷和氟化物的方法，它包括如下步骤提供包括砷和氟化物的水溶液；将所述水溶液的pH调节至约5-8；向所述水溶液中加入钙盐以形成含氟化物的颗粒；向所述水溶液中加入铁或铝盐形成金属氢氧化物絮凝物，该絮凝物吸收所述氟化物颗粒和砷，产生含有砷和氟化物的固体；和从所述水溶液中除去所述含砷和氟化物的固体。
13.权利要求12的方法，其中所述铁盐选自硝酸铁、氯化铁、硫酸铁铵、氯化铁铵、氢氧化铁和氧化铁。
14.权利要求12的方法，其中所述钙盐是氯化钙。
15.权利要求12的方法，它还包括如下步骤在除去步骤之前，用凝结剂、絮凝剂或它们的组合物处理所述水溶液，以增进含有砷和氟化物的固体的形成。
16.权利要求12的方法，其中所述方法进行至少约5分钟。
17.权利要求12的方法，其中钙与氟化物的摩尔比为2摩尔氟化物约1-2摩尔钙。
18.权利要求12的方法，其中所述水溶液中铁盐的浓度为约10-1,000ppm。
19.一种从水溶液中除去砷和氟化物的系统，它包括接收所述水溶液的第一反应罐，其中将所述水溶液的pH调节至约5-8，并具有向所述第一反应罐中加入钙盐的第一喷射装置；接收来自第一反应罐的水溶液的第二反应罐，并具有向所述第二反应罐中加入铁或铝盐的第二喷射装置；除去在所述第二反应罐中形成的含有砷和氟化物的不溶性固体的过滤系统，所述过滤系统包括一个或多个按管状袋配置排列并置于开槽管上的微量过滤膜和一个或多个沉降罐。
20.权利要求19的系统，其中所述过滤系统能以约200-1500加仑/英尺2/天的通量过滤水溶液。
21.权利要求19的系统，其中所述过滤系统在约10psi的最大压力下操作。
22.权利要求19的系统，其中通过所述一个或多个微量过滤膜的压差不超过约25psig。
23.权利要求19的系统，它还包括第三反应罐，它位于过滤系统之前，用于接收协助形成所述含和氟化物的不溶性固体的凝结剂和或絮凝剂。
全文摘要
提供一种在同一个过程中从水溶液中除去砷和氟化物的方法。具体地说，将所述水溶液的pH调节至约5－8。加入钙盐的组合物和铁或铝盐以形成含有砷和氟化物的不溶性固体。然后从所述水溶液中除去所述固体。
文档编号C02F1/52GK1450978SQ01815105
公开日2003年10月22日 申请日期2001年7月6日 优先权日2000年7月7日
发明者J·H·戈登, P·H·迪克, G·A·克鲁里克, J·荣格, G·斯维德洛夫 申请人:爱奥尼克斯公司