專利名稱：高鐵酸鹽多功能水處理劑的制備及除污染技術(shù)的制作方法
高鐵酸鹽(MFeO4)是一種無(wú)機(jī)強(qiáng)氧化劑，其氧化性可以應(yīng)用于漂白、滅菌等許多方面。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鹽在飲用水除污染領(lǐng)域具有明顯的應(yīng)用潛力。本發(fā)明的目的在于使高鐵酸鹽實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，推動(dòng)其在水處理行業(yè)中的應(yīng)用。
國(guó)外的許多學(xué)者進(jìn)行過(guò)高鐵酸鹽制備方法的研究，并提出了多種制備合成方法。但是由于其合成過(guò)程復(fù)雜、高鐵酸鹽產(chǎn)率低，如實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備則投資大、產(chǎn)品成本過(guò)高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者近年來(lái)也越來(lái)越關(guān)注高鐵酸鹽在飲用水除污染領(lǐng)域的應(yīng)用，但是由于沒(méi)有成熟的合成經(jīng)驗(yàn)借鑒，國(guó)內(nèi)也尚未實(shí)現(xiàn)高鐵酸鹽的商業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)明人在廣泛考察前人制備方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)所需合成原料的性能、價(jià)格情況，提出了一種可用于商業(yè)化生產(chǎn)高鐵酸鹽的合成工藝。本發(fā)明主要采用工業(yè)純硫酸亞鐵(硫酸鐵、氯化鐵、氯化亞鐵)、過(guò)氧化氫、氫氧化鉀(氫氧化鈉、氫氧化鈣)、氯氣、碳酸鉀(碳酸氫鉀)為主要原料，經(jīng)過(guò)改性、氧化等步驟，制備高鐵酸鹽。本法工藝簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本低廉。
采用廉價(jià)的亞鐵鹽，經(jīng)過(guò)改性處理得到反應(yīng)活性較高的三價(jià)鐵氧化物，再經(jīng)過(guò)氧化過(guò)程制備高鐵酸鹽。產(chǎn)品中的主要成分是高鐵酸鉀，另外含有少量的鉀鹽等雜質(zhì)，經(jīng)試驗(yàn)證明這些雜質(zhì)不會(huì)影響高鐵酸鹽在水處理中的應(yīng)用。
實(shí)施例配制5-50％的硫酸亞鐵溶液(采取濃度為質(zhì)量體積比)，配制5-50％的碳酸鉀溶液，溶入少量的K3PO4。將硫酸亞鐵溶液緩慢加熱至30-80℃，緩慢攪拌，緩慢加入一定量30％的過(guò)氧化氫，繼續(xù)緩慢攪拌。將反應(yīng)體系升溫50℃以上，緩慢加入稍過(guò)量的碳酸鉀溶液，反應(yīng)過(guò)程中有氣泡生成，并有膨脹現(xiàn)象，緩慢攪拌，使氣泡逐漸釋放，生成的反應(yīng)物為棕紅色鐵泥。反應(yīng)完成后使其自然降溫，將上面的鐵泥進(jìn)行離心過(guò)濾脫水備用。
配制1-40％濃度的氫氧化鉀溶液，放置于有冷卻系統(tǒng)的容器中。保持反應(yīng)器中溶液的溫度在5-60℃，向系統(tǒng)中通入氯氣與空氣的混合氣體(1∶1)，緩慢攪拌，過(guò)濾除去不溶物。在冷卻狀態(tài)下，向溶液中緩慢溶入氫氧化鉀固體至濃度達(dá)10％-50％，再次過(guò)濾。向溶液中溶入少量碘化鉀固體，制得氧化劑溶液。
將氧化溶液放置于有冷卻系統(tǒng)的反應(yīng)器中，緩慢攪拌。冷卻，將鐵泥投入氧化溶液中，迅速攪拌使鐵泥在溶液中分散，然后緩慢攪拌，控制反應(yīng)溫度在5-50℃之間，反應(yīng)0.5-2小時(shí)。將反應(yīng)體系離心過(guò)濾，獲得黑色固體即為高鐵酸鹽。反應(yīng)余液繼續(xù)溶入氫氧化鉀，重復(fù)使用。
這種制備高鐵酸鹽的工藝幾乎將低價(jià)鐵全部氧化為六價(jià)鐵，而且步驟簡(jiǎn)單，反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，易于控制。反應(yīng)中產(chǎn)生的廢料較少，易于處理。由于生成的高鐵酸鹽能夠迅速結(jié)晶沉淀出來(lái)，分離簡(jiǎn)單。反應(yīng)后余液可以回收利用，降低了高鐵酸鹽的造價(jià)。上述改進(jìn)的制備方法制得的高鐵酸鹽較穩(wěn)定，容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。本發(fā)明的制備方法易于實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)高鐵酸鹽，產(chǎn)品在水處理行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
本發(fā)明制備的高鐵酸鹽產(chǎn)品，由于具有強(qiáng)氧化性并同時(shí)具有絮凝劑的特點(diǎn)，對(duì)天然水體中的多種污染物有廣譜的去除作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，高鐵酸鹽預(yù)氧化處理具有氧化、吸附、共沉、消毒、殺菌、除藻等多功能的凈水效能。相對(duì)常規(guī)混凝處理，水中有機(jī)污染物和重金屬的去除效率提高50％左右；除藻效率提高一倍。
高鐵酸鹽水處理藥劑除污染技術(shù)是一種給水處理技術(shù)。本發(fā)明的特征是用上述制備的高鐵酸鹽作為給水處理的預(yù)處理藥劑，通過(guò)高鐵酸鹽的預(yù)氧化達(dá)到全面改善出水水質(zhì)的目的。
本發(fā)明的原理是，在對(duì)飲用水源(包括地表水、地下水)進(jìn)行混凝沉淀處理時(shí)，采用制備的高鐵酸鹽或通過(guò)與其它的無(wú)機(jī)鹽類進(jìn)行復(fù)合形成的復(fù)合藥劑進(jìn)行預(yù)氧化處理，通過(guò)高鐵酸鹽的強(qiáng)氧化作用及其分解后產(chǎn)生的水解產(chǎn)物的絮凝作用，達(dá)到去除有機(jī)污染物，滅活藻類、殺菌、消毒、助凝、共沉重金屬的作用。其特點(diǎn)是能夠經(jīng)濟(jì)、高效地去除水中的多種污染物。本發(fā)明通過(guò)及在不同水質(zhì)的地表水水源為對(duì)象進(jìn)行了小試、中試試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了高鐵酸鹽預(yù)氧化除污染技術(shù)對(duì)水中污染物的去除效能。考察了高鐵酸鹽水處理藥劑及其復(fù)合藥劑的最佳配比，溶液的配制濃度、投加方式、投加位置、處理時(shí)間等相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，研究了該除污染技術(shù)對(duì)各種水質(zhì)的影響規(guī)律。
本發(fā)明的工藝流程是首先將高鐵酸鹽水處理藥劑或其復(fù)合藥劑配制一定濃度的使用溶液，然后通過(guò)投加設(shè)備定量地投加于取水口、混合池、源水輸送管道等。
實(shí)施例以地表水為源水的給水處理廠，采用常規(guī)混凝沉淀工藝處理，在水質(zhì)惡化期，如，色度升高，嗅、味嚴(yán)重，出廠水水質(zhì)不能得到保證。在混凝劑投加之前投加高鐵酸鹽，經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)后，可以使色度降低至國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求之下，嗅、味完全去除。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)高效、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理方便，適合中國(guó)國(guó)情。該技術(shù)不需要增加大型的設(shè)備，不需改變現(xiàn)有的常規(guī)處理工藝流程，易于在我國(guó)大多數(shù)水廠推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化的商用高鐵酸鹽制備工藝，其特征是采用工業(yè)純鐵鹽或亞鐵鹽、過(guò)氧化氫、氫氧化鉀、氯氣、碳酸鉀等為原料，經(jīng)過(guò)改性、氧化等步驟，制備高鐵酸鹽。
2.一種以工業(yè)純鐵鹽或亞鐵鹽為原料，經(jīng)過(guò)改性制備高鐵酸鹽反應(yīng)物的方法。改性過(guò)程由過(guò)氧化氫、碳酸鉀、磷酸鉀等與硫酸亞鐵反應(yīng)完成。其特征是用過(guò)氧化氫將硫酸亞鐵氧化為三價(jià)鐵，反應(yīng)溫度30-80℃，再用碳酸鉀和磷酸鉀作為改性劑，反應(yīng)條件為50℃以上，常壓。
3.一種以氯氣和氫氧化鉀、氫氧化鈉為原料，經(jīng)過(guò)中和反應(yīng)制備高鐵酸鹽氧化劑溶液。制備方法是在控溫條件下，將氯氣與空氣的混合氣體通入氫氧化鉀溶液中。然后再向溶液中溶入氫氧化鉀，并加入少量碘化鉀制備氧化劑溶液。
4.根據(jù)權(quán)利2要求所述的高鐵酸鹽反應(yīng)物的制備方法，特征是當(dāng)采用亞鐵鹽為原料時(shí)，用30％的過(guò)氧化氫氧化。采用碳酸鉀和磷酸鉀為改性劑。
5.根據(jù)權(quán)利3要求所述的高鐵酸鹽氧化劑制備方法，其特征是在冷卻條件下(40℃以下)制備氧化劑溶液。
6.一種給水處理技術(shù)，其特征是向水中投加高鐵酸鹽或其復(fù)合藥劑。
7.根據(jù)權(quán)利6要求所述的高鐵酸鹽或其復(fù)合藥劑除污染技術(shù)，其特征是高鐵酸鹽或其復(fù)合藥劑由以下藥劑中的一種或幾種復(fù)合而成氧化鈣、氫氧化鈣、氯化鈣、粉末活性炭、高錳酸鹽、氯化鐵、次氯酸鈣、硫酸鋁、聚合鋁、聚合鐵、活化硅酸、聚合硅鋁、聚合硅鐵、硫酸鐵。
8.根據(jù)權(quán)利6要求所述的高鐵酸鹽或其復(fù)合藥劑除污染技術(shù)，其特征是高鐵酸鹽及其復(fù)合藥劑既能溶解后投加也能以固體形式投加。
9.根據(jù)權(quán)利6要求所述的高鐵酸鹽或其復(fù)合藥劑除污染技術(shù)，其特征是高鐵酸鹽及其復(fù)合藥劑的投加點(diǎn)可以是給水處理廠混凝反應(yīng)池前的任意可投加點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能水處理藥劑的制備與除污染技術(shù)。采用廉價(jià)的亞鐵鹽，經(jīng)過(guò)改性處理得到反應(yīng)活性較高的三價(jià)鐵，再經(jīng)過(guò)氧化過(guò)程制備高鐵酸鹽。本法工藝簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本低廉。本發(fā)明制備的高鐵酸鹽產(chǎn)品，由于具有強(qiáng)氧化性并同時(shí)具有絮凝劑的特點(diǎn)，對(duì)天然水體中的多種污染物有廣譜的去除作用。高鐵酸鹽預(yù)氧化處理具有氧化、吸附、共沉、消毒、殺菌、除藻等多功能的凈水效能。相對(duì)常規(guī)混凝處理，水中有機(jī)污染物和重金屬的去除效率提高50％左右；除藻效率提高1倍。此凈水方法的優(yōu)點(diǎn)是高效、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理方便，不需要增加大型設(shè)備，不需改變現(xiàn)有的常規(guī)處理工藝流程，易于在水廠推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C02F1/58GK1535925SQ0310892
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2003年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者馬軍, 劉偉, 馬 軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)