[发明专利]一种电化学强化砂滤罐除砷方法

说明书

技术领域

本发明属于砷污染地下水修复技术领域。具体地说是涉及一种电化学强化砂滤罐除砷方法。

背景技术

砷污染地下水是全世界面临的共同难题，正威胁着至少22个国家和地区，其中以孟加拉、印度和中国最为严重。铁氧化物对砷具有优越的吸附性能，因而被广泛用作除砷吸附剂。家用砂滤罐是一种常用的地下水除砷技术，通常采用专业供应的表面涂覆铁氧化物的石英砂作为填料，当被抽出的含砷地下水流经装有涂覆铁氧化物的石英砂填料的罐体时，水中的砷在与填料接触的过程中被吸附于铁氧化物上而从水中去除，从而得到不含砷的安全出水。砂滤罐除砷装置具有小巧方便，随启随用的优点，因而被孟加拉等高砷地下水国家广泛用作家用式除砷装置。然而，由于铁氧化物的吸附容量有限，所以该种砂滤罐的使用寿命较短，需要在填料吸附饱和后重新更换填料，而涂铁石英砂填料需要由专业单位供应，所以更换填料具有一定的困难和经济负担。更值得关注的是该种砂滤罐存在无法实现三价砷氧化的不足。

水体中的砷通常有+3和+5两种价态，砷在缺氧的地下水中主要以砷(Ⅲ)形式存在，砷(Ⅲ)的毒性远远高于砷(Ⅴ)(60:1)，且砷(Ⅲ)电中性的分子结构(H₃AsO₃)使得其流动性更强，比具有阴离子结构的砷(Ⅴ)(AsO₄^3-)更容易从吸附剂上脱附。传统的砂滤罐除砷技术只能对砷进行吸附而无法实现对砷(Ⅲ)的氧化，所以吸附后填料上的高毒性砷(Ⅲ)依然存在着处理与处置困难的问题，对环境仍有较大风险，而且涂铁石英砂吸附剂对三价砷的吸附能力远远小于对五价砷的吸附能力。

在本发明前，本申请人也关注到了地下水中三价砷的污染，并向知识产权局提出了一种地下水中三价砷的电化学氧化方法的申请，公开了该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，调节通过阴、阳两电极的电流比控制砷(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)，实现可控制地氧化地下水中砷(III)。该方法仅提供一种三价砷的氧化方法，氧化方式与本申请方法中不同，该方法也无法自动产生吸附剂将砷(V)从水中去除。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，而提供一种能高效地将砷(III)、砷(V)从水中吸附去除的电化学强化砂滤罐除砷方法，方法中采用添加既廉价易得又方便更换的铁阳极，使对砷的吸附效率更高，且除砷装置使用寿命长。

为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：提供一种电化学强化砂滤罐除砷方法，先构建除砷装置，包括设有进水口和净化水出口的砂滤罐，在砂滤罐内壁安装阳极和阴极，在砂滤罐内填充有空隙率为0.3～0.5的石英砂滤料；在砂滤罐外设置直流电源和电流表，在砂滤罐的进水口前端安装水泵；再按如下步骤操作：

步骤⑴、所述的砂滤罐内壁安装的阳极有二个，阴极有一个，在砂滤罐内进水口一侧横截面依次安装惰性导电材料制作的阳极Ⅰ，阴极和铁阳极，三个电极平行安装；直流电源为稳压直流电源，直流电源的正极有一路经电流表Ⅰ连接阳极Ⅰ，还有一路经可变电阻和电流表Ⅱ连接铁阳极，直流电源的负极接阴极；

步骤⑵、开启水泵，将含砷(III)地下水泵入砂滤罐中，同时开启直流电源向电极提供电流，调节阳极Ⅰ与铁阳极的电流比为1:1～3.4:1，用于调整电解产生的O₂和Fe²⁺的供应量；

步骤⑶、含砷(III)地下水先通过阳极Ⅰ，被阳极Ⅰ电解产生的氧气饱和，一部分砷(III)在阳极Ⅰ表面被氧化成砷(V)；随后含氧地下水流经阴极和铁阳极，在铁阳极产生的Fe²⁺与水中溶解的O₂反应生成三价铁氧化物沉淀在石英砂滤料表面，水中剩余的砷(III)被Fe²⁺氧化过程中生成的活性物种氧化成砷(V)，砷(V)被三价铁氧化物吸附，净化后的水从净化水出口流出；

步骤⑷、监测水中总砷、砷(III)和Fe²⁺的浓度，通过调节电流和/或进出水流速，控制修复效果和能耗优化；

步骤⑸、电化学强化砂滤罐除砷装置经过一段时间使用后：生成物中含有的三价铁氧化物会堵塞电极表面以及石英砂滤料之间的空隙，此时应定期停止向电极供电，对砂滤罐进行反冲洗；反冲洗时通过增大水流速，将三价铁氧化物冲洗出罐体后，再重新运转装置进行水处理。