[发明专利]从水中去除砷和重金属的组合物和方法

说明书

本发明提供了一种用于去除流体中的污染物的介质。当干燥形式时，介质包括：约90％或更高重量的氧化铝；约0.1％至约2.0％重量的零价铁(ZVI)；和约1％至约5％重量的碳。本发明还提供了生产介质的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月12日提交的美国临时申请No.62/349,022的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

发明领域

本发明涉及从流体中去除污染物的组合物和方法，更具体地，涉及从水中去除砷和/或重金属的组合物和方法。

背景技术

根据世界卫生组织(WHO)的数据，砷是一种在岩石、土壤和水中发现的剧毒金属元素，影响全球1亿多人。在不同地区，地下水中天然存在的砷浓度从几ppb到高达10ppm不等，但在大多数砷污染情况中，如孟加拉国、印度西孟加拉邦和中国大同盆地，砷以亚砷酸盐和砷酸盐的形式存在，浓度平均约为300ppb。在美国，环境保护署报告说，二十多个州的一千三百万人受到受砷污染的饮用水的影响。与砷摄入有关的医学问题包括皮肤癌和膀胱癌等。

由于反渗透技术在去除亚砷酸盐方面表现不佳并产生高浓度废水，因此许多新技术开发工作都集中在吸附介质(4)上，特别是在点使用水过滤系统中。目前用于从水中去除砷的工业技术包括沉淀、吸附、反渗透、离子交换(IX)、膜过滤、绿砂过滤。还有许多用于从饮用水中去除重金属的正在开发的技术，包括：氧化铁涂覆的砂、纳米过滤、铁屑、硫改性的铁、颗粒状氢氧化铁、生物沉降工艺和植物吸收方法。

然而，这些技术存在各种缺陷。例如，过滤工艺，包括膜过滤、RO、反向电渗析(EDR)和纳米过滤，可能是昂贵的并且难以操作。另外，废物处理是一个问题。膜容易堵塞并因此被污染，并产生浓缩废水，所述浓缩废水必须进行处理以进行进一步的处理。铁屑、硫磺改性铁和颗粒状氢氧化铁都需要反冲洗和游离铁离子。生物沉降工艺和植物摄入方法都难以操作并且在社会上是不可接受的。沉淀工艺，包括凝结/过滤(C/F)、直接过滤、凝结辅助微滤、增强的凝结、石灰软化和增强的石灰软化，都存在诸如pH调节问题和有毒污泥的问题，这些问题更难以处理。吸附工艺，特别是活性氧化铝，具有低容量和氧化铝问题；它还需要进行氧化和pH调节的预处理。尽管碳基净化可以去除饮用水中的一些有机污染物，但碳对去除重金属和砷无效，尤其是As(III)和As(V)。物理净化，例如金属氧化物，需要调节pH、氧化过程并且会堵塞。

此外，使用上述技术净化水后，安全有效的废物处理仍然存在重大问题。解决砷污染还有许多其他障碍，如材料限制、工业放大、废物管理、用户教育、运营和维护、成本效益甚至社会习惯方面的障碍。

最近发现零价铁(或ZVI、Fe(0)、金属铁)有望去除地下水中的砷以及其他污染物。砷去除的机理被认为涉及As(III)和As(V)被吸附在由于Fe(0)腐蚀反应原位形成的铁氧化物上。然而，Fe(0)易于在空气中氧化，并且在氧化过程中，铁浸出液导致水变成棕色或黄色，影响水的外观和质量。

同样为本发明人的美国专利No.8,361,920公开了一种铁涂覆的陶瓷颗粒(ICPG)材料，其可以高效率地从水中除去砷。其中，ICPG介质是通过用铁粉涂覆陶瓷颗粒制造的。砷的吸附主要通过主要位于ICPG介质表面的活化吸附点发生。吸附能力相对较低，并且除去足够的污染物所需的接触时间很长。据信通过ICPG去除砷的机理与用纯Fe(0)去除砷的机理不同。

仍然需要从水中除去砷和/或重金属的改进的组合物，以及这些有毒物质的安全处理。

发明内容

本发明公开的主题的目的和优点将在下面的描述中进行阐述并且清楚表明，并且将通过实践本发明所公开的主题来了解。通过书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的组合物和方法，将实现和获得本发明公开主题的其他优点。