[發(fā)明專利]一種適用于缺氧地下水砷污染原位修復(fù)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711348446.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107973379A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江波;信帥帥;宮怡凡;劉奕捷;袁晶晶;倪聰聰;高佳楠;孫彤;蔡利民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/463
• 分類號(hào): C02F1/463;C02F103/06;C02F101/10
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11435
• 代理人: 劉子成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對(duì)缺氧地下水重金屬污染修復(fù)的技術(shù)，特別涉及一種適用于缺氧地下水As(III)污染原位修復(fù)的全波整流交流無(wú)線電絮凝技術(shù)。

背景技術(shù)

在全球范圍內(nèi)，地下水是大多數(shù)國(guó)家農(nóng)業(yè)灌溉和國(guó)內(nèi)飲用水供應(yīng)的重要資源。但是，工、農(nóng)、礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)含砷污染物的過(guò)標(biāo)排放引發(fā)了地下水體中嚴(yán)重的砷污染。在地下水中，砷主要以As(V)和As(III)兩種無(wú)機(jī)離子形式存在，其存在形式不同致使砷離子在物理化學(xué)特性、化學(xué)活性及生物毒性等方面表現(xiàn)出巨大差異。相對(duì)于As(V)而言，As(III)具有更強(qiáng)的水體遷移能力及生物毒性。地下水一旦受到As(III)的污染，首先對(duì)水體環(huán)境造成危害，導(dǎo)致水體中生物量降低甚至滅絕，破壞生態(tài)平衡；人類如果飲用了受污染的水，會(huì)導(dǎo)致皮膚癌、肺癌、膀胱癌以及肝癌等重大疾病的發(fā)生，對(duì)人體健康造成威脅；如果被污染的水未達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)的要求會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)。因此，研發(fā)出可用于地下水含As(III)污染修復(fù)的操作簡(jiǎn)單、易調(diào)控以且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的技術(shù)尤為重要。

近年來(lái)，一種基于鐵做陽(yáng)極的電絮凝技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單，固體廢物產(chǎn)量少及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于含As(III)污染地下水的處理。在該過(guò)程中，鐵陽(yáng)極在低壓直流電的作用下經(jīng)電解反應(yīng)可持續(xù)產(chǎn)生Fe(II)離子，該反應(yīng)與曝氣工藝的耦合過(guò)程，可使產(chǎn)生的Fe(II)離子在缺氧地下水環(huán)境中氧化成Fe(III)離子，這些鐵離子經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成對(duì)砷具有較強(qiáng)吸附能力的氫氧化物將砷污染物從地下水中脫除。盡管該技術(shù)可成功去除地下水中的砷污染物，但該過(guò)程中的O₂主要以壓縮空氣的形式進(jìn)入地下水，可能會(huì)使空氣中的污染物(PM 2.5、甲醛和病毒等)引入到地下水，造成二次污染。在傳統(tǒng)電絮凝過(guò)程中，犧牲電極通過(guò)導(dǎo)線與外部電源相連，在犧牲電極與導(dǎo)線的接觸界面會(huì)受到更高的腐蝕應(yīng)力，使得犧牲電極與導(dǎo)線在接頭處更易腐蝕，從而增加了該技術(shù)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中操作及后期維修的復(fù)雜性。此外，在直流電解條件下，傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)在反應(yīng)過(guò)程中犧牲陽(yáng)極會(huì)出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，阻礙了電極上有效電流的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致在長(zhǎng)期運(yùn)行中效率的變低產(chǎn)生更高的能耗和較高的運(yùn)行成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)在反應(yīng)過(guò)程中犧牲陽(yáng)極會(huì)出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，阻礙了電極上有效電流的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致在長(zhǎng)期運(yùn)行中效率的變低產(chǎn)生更高的能耗和較高的運(yùn)行成本。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于缺氧地下水中As(III)污染物原位修復(fù)的全波整流交流無(wú)線電絮凝技術(shù)。該技術(shù)采用特定的儀器將直流電轉(zhuǎn)換為全波整流交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)電極極性的周期性交換，采用鐵基材料作為雙極性電極(BPEs)、惰性材料作為驅(qū)動(dòng)電極分別向污染地下水中原位提供Fe(II)和O₂，實(shí)現(xiàn)地下水中劇毒性As(III)的氧化和固定脫除。

具體的技術(shù)方案為：

一種適用于缺氧地下水砷污染原位修復(fù)的方法，采用鐵基材料和惰性材料分別作為雙極性電極(BPEs)和驅(qū)動(dòng)電極，二者在輸入全波整流交流電時(shí)可分別產(chǎn)生O₂和Fe(II)，此過(guò)程避免了犧牲電極直接通過(guò)導(dǎo)線與外部電源的連接，解決了犧牲電極與導(dǎo)線接頭處在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中易腐蝕的問(wèn)題。利用特定儀器將直流電轉(zhuǎn)換為全波整流交流電實(shí)現(xiàn)電極極性的周期性交換，通過(guò)調(diào)節(jié)電極倒極間隙的空白反應(yīng)時(shí)間(T_空白)來(lái)緩解直流電絮凝體系內(nèi)電極鈍化的問(wèn)題。通過(guò)調(diào)節(jié)電流的大小和鐵基BPEs的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)體系內(nèi)產(chǎn)生的Fe(II)被氧化成絮凝能力更強(qiáng)的Fe(III)，將As(III)氧化為更易于固定脫除且毒性較小的As(V)，進(jìn)而促進(jìn)地下水中砷的固定脫除。

采用如下設(shè)備實(shí)現(xiàn)：一種適用于缺氧地下水砷污染原位修復(fù)裝置，包括電源、轉(zhuǎn)換儀器、驅(qū)動(dòng)電極、雙極性電極、水泵，電源與轉(zhuǎn)換儀器相連，轉(zhuǎn)換儀器將直流電轉(zhuǎn)化為全波整流交流電，轉(zhuǎn)換儀器分別連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，驅(qū)動(dòng)電極之間設(shè)有雙極性電極；上述裝置安裝在地下水污染羽狀體下游，在含水層設(shè)立一個(gè)可滲透反應(yīng)區(qū)域，將驅(qū)動(dòng)電極和雙極性電極引入可滲透反應(yīng)區(qū)域，受污染的地下水經(jīng)可滲透反應(yīng)區(qū)域凈化后經(jīng)水泵抽出。

其中，優(yōu)選方案如下：

所述的雙極性電極(BPEs)和驅(qū)動(dòng)電極分別采用鐵基材料和惰性材料。活性金屬材質(zhì)可以為鐵，不銹鋼等。惰性材料可以選用鈦基IrO2/Ta2O5復(fù)合電極，石墨或金屬鉑等；

所述的提供低壓直流電的儀器為直流電源，太陽(yáng)能板等；