專利名稱：高鐵酸鹽多功能水處理劑的制備及除污染技術的制作方法
高鐵酸鹽(MFeO4)是一種無機強氧化劑，其氧化性可以應用于漂白、滅菌等許多方面。近年來的研究發現，高鐵酸鹽在飲用水除污染領域具有明顯的應用潛力。本發明的目的在于使高鐵酸鹽實現工業化生產，推動其在水處理行業中的應用。
國外的許多學者進行過高鐵酸鹽制備方法的研究，并提出了多種制備合成方法。但是由于其合成過程復雜、高鐵酸鹽產率低，如實現工業化制備則投資大、產品成本過高，無法實現商業化生產。國內學者近年來也越來越關注高鐵酸鹽在飲用水除污染領域的應用，但是由于沒有成熟的合成經驗借鑒，國內也尚未實現高鐵酸鹽的商業化生產。
發明人在廣泛考察前人制備方法的基礎上，結合國內所需合成原料的性能、價格情況，提出了一種可用于商業化生產高鐵酸鹽的合成工藝。本發明主要采用工業純硫酸亞鐵(硫酸鐵、氯化鐵、氯化亞鐵)、過氧化氫、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，經過改性、氧化等步驟，制備高鐵酸鹽。本法工藝簡單，能耗低，產品質量穩定，成本低廉。
采用廉價的亞鐵鹽，經過改性處理得到反應活性較高的三價鐵氧化物，再經過氧化過程制備高鐵酸鹽。產品中的主要成分是高鐵酸鉀，另外含有少量的鉀鹽等雜質，經試驗證明這些雜質不會影響高鐵酸鹽在水處理中的應用。
實施例配制5-50％的硫酸亞鐵溶液(采取濃度為質量體積比)，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％的過氧化氫，繼續緩慢攪拌。將反應體系升溫50℃以上，緩慢加入稍過量的碳酸鉀溶液，反應過程中有氣泡生成，并有膨脹現象，緩慢攪拌，使氣泡逐漸釋放，生成的反應物為棕紅色鐵泥。反應完成后使其自然降溫，將上面的鐵泥進行離心過濾脫水備用。
配制1-40％濃度的氫氧化鉀溶液，放置于有冷卻系統的容器中。保持反應器中溶液的溫度在5-60℃，向系統中通入氯氣與空氣的混合氣體(1∶1)，緩慢攪拌，過濾除去不溶物。在冷卻狀態下，向溶液中緩慢溶入氫氧化鉀固體至濃度達10％-50％，再次過濾。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的反應器中，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，控制反應溫度在5-50℃之間，反應0.5-2小時。將反應體系離心過濾，獲得黑色固體即為高鐵酸鹽。反應余液繼續溶入氫氧化鉀，重復使用。
這種制備高鐵酸鹽的工藝幾乎將低價鐵全部氧化為六價鐵，而且步驟簡單，反應在常溫下進行，易于控制。反應中產生的廢料較少，易于處理。由于生成的高鐵酸鹽能夠迅速結晶沉淀出來，分離簡單。反應后余液可以回收利用，降低了高鐵酸鹽的造價。上述改進的制備方法制得的高鐵酸鹽較穩定，容易儲存和運輸。本發明的制備方法易于實施，可以實現工業化生產高鐵酸鹽，產品在水處理行業有廣闊的應用前景，經濟效益可觀。
本發明制備的高鐵酸鹽產品，由于具有強氧化性并同時具有絮凝劑的特點，對天然水體中的多種污染物有廣譜的去除作用。試驗結果表明，高鐵酸鹽預氧化處理具有氧化、吸附、共沉、消毒、殺菌、除藻等多功能的凈水效能。相對常規混凝處理，水中有機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是一種給水處理技術。本發明的特征是用上述制備的高鐵酸鹽作為給水處理的預處理藥劑，通過高鐵酸鹽的預氧化達到全面改善出水水質的目的。
本發明的原理是，在對飲用水源(包括地表水、地下水)進行混凝沉淀處理時，采用制備的高鐵酸鹽或通過與其它的無機鹽類進行復合形成的復合藥劑進行預氧化處理，通過高鐵酸鹽的強氧化作用及其分解后產生的水解產物的絮凝作用，達到去除有機污染物，滅活藻類、殺菌、消毒、助凝、共沉重金屬的作用。其特點是能夠經濟、高效地去除水中的多種污染物。本發明通過及在不同水質的地表水水源為對象進行了小試、中試試驗，系統研究了高鐵酸鹽預氧化除污染技術對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、處理時間等相關的技術參數，研究了該除污染技術對各種水質的影響規律。
本發明的工藝流程是首先將高鐵酸鹽水處理藥劑或其復合藥劑配制一定濃度的使用溶液，然后通過投加設備定量地投加于取水口、混合池、源水輸送管道等。
實施例以地表水為源水的給水處理廠，采用常規混凝沉淀工藝處理，在水質惡化期，如，色度升高，嗅、味嚴重，出廠水水質不能得到保證。在混凝劑投加之前投加高鐵酸鹽，經過混合反應后，可以使色度降低至國家水質標準要求之下，嗅、味完全去除。
本發明的優點高效、經濟、運行管理方便，適合中國國情。該技術不需要增加大型的設備，不需改變現有的常規處理工藝流程，易于在我國大多數水廠推廣應用。
權利要求
1.一種優化的商用高鐵酸鹽制備工藝，其特征是采用工業純鐵鹽或亞鐵鹽、過氧化氫、氫氧化鉀、氯氣、碳酸鉀等為原料，經過改性、氧化等步驟，制備高鐵酸鹽。
2.一種以工業純鐵鹽或亞鐵鹽為原料，經過改性制備高鐵酸鹽反應物的方法。改性過程由過氧化氫、碳酸鉀、磷酸鉀等與硫酸亞鐵反應完成。其特征是用過氧化氫將硫酸亞鐵氧化為三價鐵，反應溫度30-80℃，再用碳酸鉀和磷酸鉀作為改性劑，反應條件為50℃以上，常壓。
3.一種以氯氣和氫氧化鉀、氫氧化鈉為原料，經過中和反應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.根據權利2要求所述的高鐵酸鹽反應物的制備方法，特征是當采用亞鐵鹽為原料時，用30％的過氧化氫氧化。采用碳酸鉀和磷酸鉀為改性劑。
5.根據權利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，其特征是向水中投加高鐵酸鹽或其復合藥劑。
7.根據權利6要求所述的高鐵酸鹽或其復合藥劑除污染技術，其特征是高鐵酸鹽或其復合藥劑由以下藥劑中的一種或幾種復合而成氧化鈣、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.根據權利6要求所述的高鐵酸鹽或其復合藥劑除污染技術，其特征是高鐵酸鹽及其復合藥劑既能溶解后投加也能以固體形式投加。
9.根據權利6要求所述的高鐵酸鹽或其復合藥劑除污染技術，其特征是高鐵酸鹽及其復合藥劑的投加點可以是給水處理廠混凝反應池前的任意可投加點。
全文摘要
本發明涉及一種多功能水處理藥劑的制備與除污染技術。采用廉價的亞鐵鹽，經過改性處理得到反應活性較高的三價鐵，再經過氧化過程制備高鐵酸鹽。本法工藝簡單，能耗低，產品質量穩定，成本低廉。本發明制備的高鐵酸鹽產品，由于具有強氧化性并同時具有絮凝劑的特點，對天然水體中的多種污染物有廣譜的去除作用。高鐵酸鹽預氧化處理具有氧化、吸附、共沉、消毒、殺菌、除藻等多功能的凈水效能。相對常規混凝處理，水中有機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。此凈水方法的優點是高效、經濟、運行管理方便，不需要增加大型設備，不需改變現有的常規處理工藝流程，易于在水廠推廣應用。
文檔編號C02F1/58GK1535925SQ0310892
公開日2004年10月13日 申請日期2003年4月2日 優先權日2003年4月2日
發明者馬軍, 劉偉, 馬 軍 申請人:哈爾濱工業大學