一种地下水中三价砷的电化学氧化方法技术

本发明专利技术涉及一种地下水中三价砷的电化学氧化方法，本方法为先构建电化学氧化装置，包括设有进水口和净化水出口的水容器，阴阳电极，及外设的直流电源、电流表和水泵；由水泵将含砷的地下水泵入水容器中，通过直流电源向阴阳两电极供电，调节电流控制砷(III)在阳极的氧化及电解水产生的氧气的速率，在阴极表面局部碱性条件下氧气被还原生成过氧化氢将砷(III)氧化为砷(V)的处理过程，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。本发明专利技术为一种绿色环保、处理效果灵活可控的砷污染地下水的电化学氧化方法，无需添加化学氧化剂，设备简便经济，易于自动控制，反应条件温和，在常温常压下进行，无二次污染，具有很好的社会效益及推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，本方法为先构建电化学氧化装置，包括设有进水口和净化水出口的水容器，阴阳电极，及外设的直流电源、电流表和水泵；由水泵将含砷的地下水泵入水容器中，通过直流电源向阴阳两电极供电，调节电流控制砷(III)在阳极的氧化及电解水产生的氧气的速率，在阴极表面局部碱性条件下氧气被还原生成过氧化氢将砷(III)氧化为砷(V)的处理过程，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。本专利技术为一种绿色环保、处理效果灵活可控的砷污染地下水的电化学氧化方法，无需添加化学氧化剂，设备简便经济，易于自动控制，反应条件温和，在常温常压下进行，无二次污染，具有很好的社会效益及推广应用前景。【专利说明】—种地下水中三价砷的电化学氧化方法
本专利技术涉及，属于地下水修复
，适用于三价砷污染地下水的氧化处理。
技术介绍
由于自然地质原因(如含砷矿物的溶解作用)和人类活动(如矿物采选、含砷农药、含砷废渣堆置等)引起的砷污染地下水已成为一个世界性的环境问题。砷污染地下水已对人类健康构成了严重威胁，长期饮用含砷超过10 μ g/L的地下水对人体多种器官和系统的功能会造成不可逆转的损害。地方性砷中毒是全世界面临的共同问题，正威胁着至少22个国家和地区的5000多万人口，我国砷中毒危害区的暴露人口高达1500万之多。因此，开发砷污染地下水的高效、经济的修复技术是非常必要和迫切的。 砷污染水体的处理技术主要包括沉淀、膜过滤、吸附、离子交换和可渗透反应格栅(PRB)等。地下水中的砷污染程度相比工业废水要低得多，浓度通常在几十到几百个ppb水平，其他共存污染物也很少，因而吸附技术相比其他技术更为适用。在目前研究的吸附剂中，含铁多孔材料特别是三价铁(氢)氧化物对砷具有优越的吸附性能。水体中的砷通常以+3和+5两种价态存在，在氧化性水体如地表水中主要以砷(V)存在，而在缺氧的还原性水体如地下水中主要以砷(III)形式存在，砷(III)的毒性远远高于砷(V) (60:1)。利用铁(氢)氧化物对砷进行吸附处理时，无法实现对砷(III)的氧化，因而吸附后的含有高毒性砷(III)的铁泥依然存在安全处理与处置的问题，对环境仍有较大风险。砷(III) (pKal=9.2，pKa2=12.3)和砷(V) (pKal=2.2，pKa2=7.l,pKa3=ll.5)的存在形态受pH的影响，通常情况下铁(氢)氧化物对砷(V)的吸附效果显著高于砷(III)，因而将地下水中的砷(III)预氧化为砷(V)后再吸附可提高砷的去除效果。由此可见，将砷(III)氧化为砷(V)是实现地下水中砷(III)去除的关键问题。目前对砷(III)的氧化方法主要包括空气氧化、氯气氧化、铁锰化合物氧化以及芬顿试剂氧化等，这些方法存在以下问题:①空气的氧化速率过慢通常难以满足修复要求，处理效果的可控性差。②氯气氧化较为常用，但游离氯在储运方面存在损失和泄漏的风险，氯气氧化还存在产生有毒氯代副产物的风险。③铁锰化合物氧化、芬顿试剂氧化等方法均需要向反应体系中投加氧化药剂，而且需要调节酸碱性。④所有这些氧化方法在处理过程中都无法灵活调控砷(III)的氧化速率，在实际处理过程中砷(III)有可能氧化程度不够导致处理效率低、或者过度氧化导致药剂浪费。因此开发绿色环保、经济的、处理效果可控性好的砷(III)预氧化技术在治理砷污染地下水的过程中是十分必要的，同时也将会有很好的社会效益及市场前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有砷(III)氧化方法存在的问题，而提出了一种新型的电化学氧化方法。本方法无需加入外源氧化剂，处理效果可通过调节电流直接调控，且对地下水性质的影响小。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是:提供，在含砷的地下水区域先构建电化学氧化装置，包括设有进水口和净化水出口的水容器，水容器中安装有阴阳电极，在水容器内其余空间填充惰性颗粒材料，填充后惰性颗粒材料之间形成密集的空隙；在水容器的外部设置直流电源、电流表和水泵；采用水泵将含砷的地下水泵入水容器中，由外设的直流电源向阴阳两个电极提供电流，通过调节电流控制砷(III)在阳极的氧化速率及电解水产生氧气的速率，在阴极表面局部碱性条件下氧气被还原生成过氧化氢将砷(III)氧化为砷(V)，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。本专利技术中地下水中三价砷的电化学氧化方法，至少包括如下步骤:①、构建电化学氧化装置:包括设有进水口和净化水出口的水容器，在水容器内壁安装有阴阳电极，在水容器外设置直流电源和电流表，在水容器的进水口前端安装水泵；②、电极的 选择:阴阳电极均选用钛涂层电极材料；采用网状电极，以利于水的流动和提高电流效率；③、电极的安装:在进水口一侧横截面安装阳极，水流先经过阳极再流经阴极，阴阳两电极平行放置、中心的间距为50~500mm，水容器的其余空间填充惰性颗粒材料；④、含砷(III)地下水的处理方式:开启水泵,将含砷(III)地下水泵入水容器中，同时开启稳压直流电源向阴阳电极提供5~5000mA电流，含砷(III)地下水先通过阳极被阳极电解产生的氧气饱和，小部分砷(III)在阳极被氧化；随后地下水流经阴极，阴极电解水产生局部碱性条件，溶解在水中的氧气被还原生成过氧化氢将砷(III)氧化为砷(V)；⑤、监测地下水中三价砷的浓度，通过调节直流电流控制电化学氧化效果和能耗优化:根据监测净化处理后地下水中砷(III)的浓度高低，对电流进行调节，若净化处理后出水中砷(III)浓度超过10yg/L，则调高总电流以提高阳极产氧量及阴极附近pH，以提高砷(III)的氧化率，从而保证砷(III)的氧化效果；若净化处理后出水砷(III)浓度低于I μ g/L则降低电流，在保证修复效果的同时降低电能消耗。本专利技术的方法中步骤②所述的网状阴阳两电极水平截面与水容器内壁横截面形状和大小均相同。本专利技术的方法中步骤③所述的水容器中填充惰性颗粒材料后形成的空隙率为0.3~0.5，所述的惰性颗粒材料包括具有3~IOmm粒度的玻璃珠、石英砂或颗粒碳类材料。本专利技术的的有益效果是:1、本专利技术针对地下水中三价砷的特性，利用阳极电解水产生的氧气在阴极表面局部碱性条件下生成过氧化氢氧化砷(III)，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。本专利技术提出了一种绿色环保、经济的、处理效果灵活可控的砷污染地下水的电化学氧化方法，无需添加化学氧化剂，设备简便，易于自动控制，反应条件温和，在常温常压下进行，且无二次污染，是“环境友好型处理技术”。2、本专利技术拓展电化学氧化方式，丰富电化学氧化途径，提出电化学阴极氧化思路。本方法通过电极表面直接反应、或电极表面间接反应产生氧化性物质如氧气、过氧化氢、超氧自由基等，在适当的条件下氧化污染物。本方法为发展绿色、经济、安全的地下水砷(III)氧化技术提供理论依据，对于推动砷污染地下水治理技术的发展具有理论和实际意义。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术方法中采用的小型地下水中三价砷的电化学氧化装置结构示意图。图2为应用本专利技术方法模拟含砷(III)地下水电化学氧化效果图。图3为本专利技术方法中采用的地下水中砷(III)的电化学氧化装置结构示意图。上述图中:I—水容器，2—进水口，3—阳极，4一阴极，5—惰性颗粒材料，6—净化水出口，7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下水中三价砷的电化学氧化方法，其特征在于：在含砷的地下水区域先构建电化学氧化装置，包括设有进水口和净化水出口的水容器，水容器中安装有阴阳电极，在水容器内其余空间填充惰性颗粒材料，填充后惰性颗粒材料之间形成密集的空隙；在水容器的外部设置直流电源、电流表和水泵；采用水泵将含砷的地下水泵入水容器中，由外设的直流电源向阴阳两个电极提供电流，通过调节电流控制砷(III)在阳极的氧化速率及电解水产生氧气的速率，在阴极表面局部碱性条件下氧气被还原生成过氧化氢将砷(III)氧化为砷(V)，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松虎，钱傲，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42