[發(fā)明專利]一種地下水中三價(jià)砷的電化學(xué)氧化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410169378.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103922446A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁松虎;錢(qián)傲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類(lèi)號(hào): C02F1/467
• 分類(lèi)號(hào): C02F1/467;C02F1/58
• 代理公司: 武漢華旭知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42214
• 代理人: 江釗芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下水中三價(jià)砷的電化學(xué)氧化方法，屬于地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，適用于三價(jià)砷污染地下水的氧化處理。

背景技術(shù)

由于自然地質(zhì)原因（如含砷礦物的溶解作用）和人類(lèi)活動(dòng)（如礦物采選、含砷農(nóng)藥、含砷廢渣堆置等）引起的砷污染地下水已成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題。砷污染地下水已對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，長(zhǎng)期飲用含砷超過(guò)10μg/L的地下水對(duì)人體多種器官和系統(tǒng)的功能會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。地方性砷中毒是全世界面臨的共同問(wèn)題，正威脅著至少22個(gè)國(guó)家和地區(qū)的5000多萬(wàn)人口，我國(guó)砷中毒危害區(qū)的暴露人口高達(dá)1500萬(wàn)之多。因此，開(kāi)發(fā)砷污染地下水的高效、經(jīng)濟(jì)的修復(fù)技術(shù)是非常必要和迫切的。

砷污染水體的處理技術(shù)主要包括沉淀、膜過(guò)濾、吸附、離子交換和可滲透反應(yīng)格柵（PRB）等。地下水中的砷污染程度相比工業(yè)廢水要低得多，濃度通常在幾十到幾百個(gè)ppb水平，其他共存污染物也很少，因而吸附技術(shù)相比其他技術(shù)更為適用。在目前研究的吸附劑中，含鐵多孔材料特別是三價(jià)鐵（氫）氧化物對(duì)砷具有優(yōu)越的吸附性能。水體中的砷通常以+3和+5兩種價(jià)態(tài)存在，在氧化性水體如地表水中主要以砷(V)存在，而在缺氧的還原性水體如地下水中主要以砷(III)形式存在，砷(III)的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砷(V)（60:1）。利用鐵（氫）氧化物對(duì)砷進(jìn)行吸附處理時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)砷(III)的氧化，因而吸附后的含有高毒性砷(III)的鐵泥依然存在安全處理與處置的問(wèn)題，對(duì)環(huán)境仍有較大風(fēng)險(xiǎn)。砷(III)（pK_a1=9.2，pK_a2=12.3）和砷(V)（pK_a1=2.2，pK_a2=7.1，pK_a3=11.5）的存在形態(tài)受pH的影響，通常情況下鐵（氫）氧化物對(duì)砷(V)的吸附效果顯著高于砷(III)，因而將地下水中的砷(III)預(yù)氧化為砷(V)后再吸附可提高砷的去除效果。由此可見(jiàn)，將砷(III)氧化為砷(V)是實(shí)現(xiàn)地下水中砷(III)去除的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前對(duì)砷(III)的氧化方法主要包括空氣氧化、氯氣氧化、鐵錳化合物氧化以及芬頓試劑氧化等，這些方法存在以下問(wèn)題：①空氣的氧化速率過(guò)慢通常難以滿足修復(fù)要求，處理效果的可控性差。②氯氣氧化較為常用，但游離氯在儲(chǔ)運(yùn)方面存在損失和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，氯氣氧化還存在產(chǎn)生有毒氯代副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)。③鐵錳化合物氧化、芬頓試劑氧化等方法均需要向反應(yīng)體系中投加氧化藥劑，而且需要調(diào)節(jié)酸堿性。④所有這些氧化方法在處理過(guò)程中都無(wú)法靈活調(diào)控砷(III)的氧化速率，在實(shí)際處理過(guò)程中砷(III)有可能氧化程度不夠?qū)е绿幚硇实汀⒒蛘哌^(guò)度氧化導(dǎo)致藥劑浪費(fèi)。因此開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的、處理效果可控性好的砷(III)預(yù)氧化技術(shù)在治理砷污染地下水的過(guò)程中是十分必要的，同時(shí)也將會(huì)有很好的社會(huì)效益及市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有砷(III)氧化方法存在的問(wèn)題，而提出了一種新型的電化學(xué)氧化方法。本方法無(wú)需加入外源氧化劑，處理效果可通過(guò)調(diào)節(jié)電流直接調(diào)控，且對(duì)地下水性質(zhì)的影響小。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：提供一種地下水中三價(jià)砷的電化學(xué)氧化方法，在含砷的地下水區(qū)域先構(gòu)建電化學(xué)氧化裝置，包括設(shè)有進(jìn)水口和凈化水出口的水容器，水容器中安裝有陰陽(yáng)電極，在水容器內(nèi)其余空間填充惰性顆粒材料，填充后惰性顆粒材料之間形成密集的空隙；在水容器的外部設(shè)置直流電源、電流表和水泵；采用水泵將含砷的地下水泵入水容器中，由外設(shè)的直流電源向陰陽(yáng)兩個(gè)電極提供電流，通過(guò)調(diào)節(jié)電流控制砷(III)在陽(yáng)極的氧化速率及電解水產(chǎn)生氧氣的速率，在陰極表面局部堿性條件下氧氣被還原生成過(guò)氧化氫將砷(III)氧化為砷(V)，實(shí)現(xiàn)可控制地氧化地下水中砷(III)。

本發(fā)明中地下水中三價(jià)砷的電化學(xué)氧化方法，至少包括如下步驟：

①、構(gòu)建電化學(xué)氧化裝置：包括設(shè)有進(jìn)水口和凈化水出口的水容器，在水容器內(nèi)壁安裝有陰陽(yáng)電極，在水容器外設(shè)置直流電源和電流表，在水容器的進(jìn)水口前端安裝水泵；

②、電極的選擇：陰陽(yáng)電極均選用鈦涂層電極材料；采用網(wǎng)狀電極，以利于水的流動(dòng)和提高電流效率；

③、電極的安裝：在進(jìn)水口一側(cè)橫截面安裝陽(yáng)極，水流先經(jīng)過(guò)陽(yáng)極再流經(jīng)陰極，陰陽(yáng)兩電極平行放置、中心的間距為50～500mm，水容器的其余空間填充惰性顆粒材料；