專利名稱：利用鳳眼蓮根須氧化并吸附水體中As(Ⅲ)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污染防治領(lǐng)域，涉及利用鳳眼蓮根須氧化并吸附水體中As (III)的方法。
背景技術(shù)：
砷元素位于周期表中的第五主族，在地殼中豐度排行第二十位，大約是245種礦物 的組成元素之一。在自然界，砷元素可以以許多不同形態(tài)的化合物存在，在水體中發(fā)現(xiàn) 的主要砷化物有亞砷酸，As(III)、砷酸，As(V)及它們所形成的鹽類，另外無機(jī)砷的化 合物可經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)砷化物如一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)等。導(dǎo) 致水體中出現(xiàn)較高濃度砷的原因有兩大方面第一、自然因素，如火山噴發(fā)，又如發(fā)生 在某些含砷礦物的低溫?fù)]發(fā)或者微生物作用都會(huì)導(dǎo)致砷的釋放；第二、人為因素，如工
業(yè)化工廢棄物的排放，含砷礦物的熔煉，石油煤炭的燃燒和含砷化學(xué)物質(zhì)的使用等。
一般說來，砷酸鹽、亞砷酸鹽、二甲基砷酸、甲基砷酸是水環(huán)境中砷污染存在的主 要形態(tài)。其中無機(jī)物形態(tài)的砷(包括砷酸鹽和亞砷酸鹽)的毒性要比有機(jī)砷強(qiáng)，它們對(duì) 有機(jī)體的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)等均可造成急性或慢 性毒害。通常氧化性環(huán)境條件下無機(jī)砷的主要形態(tài)為As (V)， As (III)主要出現(xiàn)在還 原性的環(huán)境條件中。其中As (III)在機(jī)體內(nèi)再吸收的速度要比As (V)快，且As (III) 的毒性更為強(qiáng)烈，因?yàn)樗鞍踪|(zhì)中的巰基極具親和力從而導(dǎo)致生物酶的失活，對(duì)生物 體造成難以修復(fù)的毒害。為了減少砷污染對(duì)公眾健康的毒害，美國環(huán)境保護(hù)組織 (USEPA)以及世界衛(wèi)生組織(WHO)均建議將砷的最大污染水平(MCL)從50 pg/L改為 10 (ig/L。
目前砷污染的治理方法主要包括絮凝沉降法、活性氧化鋁法、吸附法、膜處理法、 陰離子交換法、電化學(xué)方法等。眾多的研究表明上述方法處理As (III)的效果不及As (V)理想，故常常在處理之前要先經(jīng)過將As (III)氧化為As (V)的過程，而As (III)在空氣和純氧中轉(zhuǎn)化為As (V)的速度較慢，常常需要其他試劑(如臭氧、氯氣、 次氯酸鹽、二氧化氯或雙氧水等)的輔助才能提高氧化速度。這無疑將會(huì)增加As (m)
去除的操作難度和成本，從而影響這些方法的推廣價(jià)值。
因此開發(fā)簡便、高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好且適用于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的地表水和 地下水中As (III)污染的治理方法有著非常重要的實(shí)際意義。
鳳眼蓮(Eichhomiacrassipes)，俗稱水葫盧,屬于雨久花科，鳳眼蓮屬，為多年生浮水 雜草，在適宜的條件下每5天就能繁殖一棵新植株，生活在熱帶地區(qū)和亞熱帶地區(qū)，喜 歡高溫和濕潤天氣，28-30'C是它生長的適宜溫度，繁殖速度達(dá)160-1000千克/公頃*天， 某些水體營養(yǎng)條件下甚至更高。
水葫蘆原產(chǎn)南美洲，它不僅生長、繁殖快，而且具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，自上世紀(jì)六 七十年代我國引種水葫蘆以來，為養(yǎng)殖業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。同時(shí)由于水葫蘆極強(qiáng)的適應(yīng) 性及其繁殖極快等生理特點(diǎn)，也帶來了一些負(fù)面效應(yīng)，如大量生長繁殖后覆蓋水面，堵 塞河道，對(duì)水上交通運(yùn)輸造成阻礙；部分腐爛的水草散發(fā)出異味，影響水質(zhì)，威脅環(huán)境； 在生長區(qū)內(nèi)形成優(yōu)勢物種，影響其他水生生物的生長，破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境等。
隨著對(duì)水葫蘆的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)，除了上述的養(yǎng)殖飼料功能外，它本身還對(duì)水 體中的氮和磷有很強(qiáng)的吸收凈化作用，可用于富營養(yǎng)化水體的生物治理。此外，水葫蘆 還能有效去除水中對(duì)人體有嚴(yán)重危害的鎘、汞、砷、鉻、鉛、銅、鋅等有毒物質(zhì)，而且 效果大大高于其他水生植物(如水蔥、浮萍等)，人們己開始利用它來凈化工業(yè)、生活 污水。
目前關(guān)于水葫蘆富集污染物的研究主要針對(duì)該植物的活體植株，但是利用活體水葫 蘆治理污水受到該植物的生長季節(jié)、地域和水體(污水水質(zhì)可能會(huì)影響水葫蘆的生長) 的影響，并且可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的惡化，不利于產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種經(jīng)濟(jì)、高效、操作簡單、耗時(shí)少、 適用地域廣且對(duì)環(huán)境安全、友好的利用鳳眼蓮(&cMwm'acra^^^)根須氧化并吸附去 除水體中As (III)的方法。
本技術(shù)針對(duì)受As (III)污染的水體(包括但不限于地表水或者地下水，以下簡稱水)。
發(fā)明人在研究工作中發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮根須兼具對(duì)As (III)的氧化和吸附功能，干燥的 根須同樣具有這種功能。故與使用活體鳳眼蓮相比，利用該植物干燥后的根須處理受 As (III)污染的水體有一下特點(diǎn)1、不必受限于鳳眼蓮生長季節(jié)、地域和水體(污水 水質(zhì)可能會(huì)影響水葫蘆的生長)等因素；2、不會(huì)給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來負(fù)面影響。
本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的
利用鳳眼蓮根須氧化并吸附水體中As (III)的方法，其步驟如下
a、 采集鳳眼蓮洗凈并晾干，截取其根須，經(jīng)過破碎處理成粉末；
b、 將鳳眼蓮根須粉末與受AS (III)污染的水加入容器，并采用間歇攪拌的方法處 理適當(dāng)時(shí)間；
C、分離處理后的水與鳳眼蓮根須粉末即可。
所述的方法，其中鳳眼蓮根須粉末為長度不大于0.5厘米的粉末。
所述的方法，其中間歇攪拌為每6 9小時(shí)攪拌一次，每次攪拌持續(xù)時(shí)間為5~10分鐘。
所述的方法，其中采用間歇攪拌處理的時(shí)間為30~45小時(shí)。
所述的方法，其中水體中As (III)濃度不大于150 Pg/L的條件下，鳳眼蓮根須粉 末的使用量與受As (III)污染的水體質(zhì)量比為1: 60-250;優(yōu)選鳳眼蓮根須粉末的使用 量為受As (III)污染的水體質(zhì)量的l: 60~100;進(jìn)一步，優(yōu)選鳳眼蓮根須粉末的使用量 為受As (III)污染的水體質(zhì)量的1%。
所述的方法，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中的分離方法是采用 200目篩網(wǎng)對(duì)處理后的水與鳳眼蓮根須粉末進(jìn)行分離。
該方法在環(huán)境溫度下進(jìn)行反應(yīng)。
以下結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明
采集鳳眼蓮洗凈并晾干，截取其根須，經(jīng)過破碎處理至長度不大于0.5厘米的粉末；
如圖1所示，將受As(III)污染的水l,鳳眼蓮根須粉末2加入預(yù)混罐3中，在預(yù) 混罐內(nèi)，采用機(jī)械攪拌裝置4，將加入的受As (III)污染的水、鳳眼蓮根須粉末混合物 進(jìn)行間歇攪拌(每8小時(shí)攪拌一次，持續(xù)時(shí)間5 — 10分鐘)，處理30 45小時(shí)。然后將 經(jīng)過預(yù)混、平衡過的水、根須混合物5經(jīng)帶有閥門的管道6再通過200篩網(wǎng)7，凈化后 的水體8進(jìn)入收集罐9。
處理過程中，根須的加入量由待處理的水體質(zhì)量和其中As (III)的濃度決定。對(duì) 于對(duì)于As (III)濃度不大于150Pg/L的水體根須的加入比例優(yōu)選為水體重量的1/100。 每8小時(shí)間歇械攪拌約5 — 10分鐘，處理36小時(shí)，氧化程度近于100%而吸附去除效率 達(dá)92%。
該方法在環(huán)境溫度下進(jìn)行反應(yīng)。
本發(fā)明的有益效果
本技術(shù)針對(duì)受As (III)污染的水。通過在水中加入該水生植物根須并間歇攪拌， 再通過過濾分離該水生植物根須的分離過程，可以有效地將As (III)轉(zhuǎn)化為As (V)， 并除去該污染物。在As (III)初始濃度為150 pg/L，根須的加入比例約為水體重量的 1/100的條件下價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化率近100%,吸附去除率約為92%使出水濃度有效減至現(xiàn)行環(huán) 境標(biāo)準(zhǔn)以下(11.7 pg/L)(在更低濃度的砷污染或者降低水與該植物根須的質(zhì)量比的條 件下，該方法有更為優(yōu)良的效果，詳見實(shí)施例公開的效果)。該方法適用于受As (III) 污染的飲用水源水的治理，也可用于個(gè)體用戶的小規(guī)模飲用水凈化處理。該方法對(duì)操作 場所無特殊要求，不受活體植物生長場所的限制，且對(duì)設(shè)備及操作條件要求低，簡單易 行?？芍苯釉谑芪廴緢鏊浇僮?，并可就地取材，從而大大節(jié)約治理過程的運(yùn)輸成本， 并且操作時(shí)間短，有利于產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用；該方法使用的這種水生植物生物量大，且繁殖力 極強(qiáng)，廉價(jià)易得，無需添加其他藥劑，操作簡便，成本低廉。且對(duì)環(huán)境安全、友好，不 會(huì)造成二次污染而且不會(huì)危害當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。且該方法的處理效果基本不受地表水和地 下水體中常見濃度的腐殖酸和包括碳酸根、硝酸根和硫酸根在內(nèi)的陰離子的影響。


圖1是本發(fā)明利用鳳眼蓮根須處理受As (III)污染的水體示意圖。
圖中1為受As (III)污染的水體，2為鳳眼蓮根須，3為預(yù)混罐，4為攪拌裝置，5
為經(jīng)過預(yù)混過的水、根須混合物，6為帶有閥門的管道，7為分離篩網(wǎng)，8為過濾后的水
體，9為收集罐。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例1
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)150lJg/L，以下稱為受污染的水。 處理方法采集鳳眼蓮洗凈并晾干，截取其根須，經(jīng)過破碎處理至長度不大于0.5 厘米的粉末；結(jié)合說明書附圖，將受污染的水l，鳳眼蓮根須粉末2加入預(yù)混罐3中， 鳳眼蓮根須粉末的使用量與受As (III)污染的水體質(zhì)量比為1: 100，在預(yù)混罐內(nèi)，采 用機(jī)械攪拌裝置4，每8小時(shí)間歇機(jī)械攪拌約5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)。然后將經(jīng)過預(yù) 混過的水、根須混合物5經(jīng)帶有閥門的管道6通過200篩網(wǎng)7，過濾后的水體8進(jìn)入收 集罐9。以上處理過程均在環(huán)境溫度下進(jìn)行。
普通自來水含As (III)達(dá)150 Pg/L，按照水體質(zhì)量的1/100加入根須，每8小時(shí)間
歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過砂槽過濾后凈化之后的水體中As (III) 濃度為11.7^/L,去除率92X，且As (III)均被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例2
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)60Pg/L，以考察較低砷濃度條件下， 降低該植物根須用量時(shí)的處理效果。 處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)60化/L,按照水體質(zhì)量的1/250加入鳳眼蓮根須粉末， 每8小時(shí)間歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過砂槽過濾后凈化之后的水體 中As (III)濃度為12.8Pg/L，去除率79X，且As (III)均被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例3
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)30Hg/L，以考察更低砷濃度條件下， 降低該植物根須用量時(shí)的處理效果。 處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)30 Pg/L，按照水體質(zhì)量的1/250加入鳳眼蓮根須粉末， 每8小時(shí)間歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過砂槽過濾后凈化之后的水體 中As (III)濃度為7.2Pg/L,去除率76X，且As (III)均被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例4
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)150 Pg/L，并配入碳酸氫鈉使其濃度達(dá) 到2mM。
處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)150Pg/L，按照水體質(zhì)量的1/100加入鳳眼蓮根須粉末， 每8小時(shí)間歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過砂槽過濾后凈化之后的水體 中As (III)濃度為13.7Hg/L,去除率91X，且As (III)均被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例5
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)150Pg/L，并配入硫酸鈉使其濃度達(dá)到 lmM。
處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)150 Pg/L且含有l(wèi)mM濃度的硫酸鈉，按照水體質(zhì)量的 1/100加入鳳眼蓮根須粉末，每8小時(shí)間歇攪拌5—10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過 砂槽過濾后凈化之后的水體中As (III)濃度為13.0 ^/、去除率92%，且As (III)均 被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例6
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)150Pg/L，并配入硝酸鈉使其濃度達(dá)到 lmM。
處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)150 Pg/L且含有l(wèi)mM濃度的硝酸鈉，按照水體質(zhì)量的 1/100加入鳳眼蓮根須粉末，每8小時(shí)間歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過 分離砂槽過濾后凈化之后的水體中As (III)濃度為14.2^/、去除率90%，且As (III) 均被轉(zhuǎn)化為As (V)。
實(shí)施例7
普通自來水配入亞砷酸鈉使As (III)濃度達(dá)150 Pg/L，并配入腐殖酸使其濃度達(dá)到 20mg/L。
處理方法同實(shí)施例1。
普通自來水含As (III)達(dá)150Pg/L且含有20mg/L濃度的腐殖酸，按照水體質(zhì)量的 1/100加入鳳眼蓮根須粉末，每8小時(shí)間歇攪拌5 — 10分鐘，持續(xù)36小時(shí)平衡后，經(jīng)過 砂槽過濾后凈化之后的水體中As (III)濃度為17.3卩Lg/L,去除率88X，且As (III)均 被轉(zhuǎn)化為As (V)。
權(quán)利要求
1、利用鳳眼蓮根須氧化并吸附水體中As(III)的方法，其特征在于采用如下步驟a、采集鳳眼蓮洗凈并晾干，截取其根須，經(jīng)過破碎處理成粉末；b、將鳳眼蓮根須粉末與受As(III)污染的水加入容器，并采用間歇攪拌的方法處理適當(dāng)時(shí)間；c、分離處理后的水與鳳眼蓮根須粉末即可。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鳳眼蓮根須粉末為長度不大于0.5厘米 的粉末。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于間歇攪拌為每6~9小時(shí)攪拌一次，每 次攪拌持續(xù)時(shí)間為5 10分鐘。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用間歇攪拌處理的時(shí)間為30 45小時(shí)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在水體中As (III)濃度不大于150 Pg/L 的條件下，鳳眼蓮根須粉末的使用量與受As (III)污染的水體質(zhì)量比為l: 60~250。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在水體中As (III)濃度不大于150 Pg/L 的條件下，鳳眼蓮根須粉末的使用量與受As (III)污染的水體質(zhì)量比為l: 60~100。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在水體中As (III)濃度不大于150 Pg/L 的條件下，鳳眼蓮根須粉末的使用量為受As (III)污染的水體質(zhì)量的1%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中的分離方法是采用200目篩 網(wǎng)對(duì)處理后的水與鳳眼蓮根須粉末進(jìn)行分離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法在環(huán)境溫度下進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用鳳眼蓮根須氧化并吸附水體中As(III)的方法。該方法先采集鳳眼蓮洗凈并晾干，截取其根須，經(jīng)過破碎處理成粉末；然后將鳳眼蓮根須粉末與受As(III)污染的水體加入容器，并采用間歇攪拌的方法處理適當(dāng)時(shí)間；最后，分離處理后的水與鳳眼蓮根須粉末即可。該方法操作簡便，成本低廉、耗時(shí)少、適用地域廣且對(duì)環(huán)境安全、友好，適于工業(yè)化運(yùn)用。
文檔編號(hào)C02F1/28GK101100325SQ20071002461
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者榮 唐, 皓 崔, 俊 殷, 靜 王, 磊 葛, 謝顯傳, 鄭建中, 建 陳, 歡 陳 申請(qǐng)人:南京大學(xué)