[发明专利]一种电催化膜反应器耦合纳滤处理富砷水的方法

说明书

本发明公开了一种电催化膜反应器耦合纳滤处理富砷水的方法，该方法针对富砷水毒性高且迁移率强等特点，由电催化膜反应器，纳滤等技术集成开发而成。富砷水首先通过电催化膜反应器预处理将毒性高，迁移性强的三价砷氧化成毒性较小，低迁移性的五价砷，然后进入纳滤膜分离装置去除富砷水。本发明工艺简单，成本低，除砷率高，处理后的水体中含砷量<10ppb，使出水水质达到国家或行业相关标准排放或回用。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及富砷水的处理，尤其是一种电催化膜反应器耦合纳滤处理富砷水的方法。

技术背景

砷(As)是地壳中的一种丰富元素，通常会在环境中发现，不可避免地会通过自然和人为来源进入饮用水。但是，砷对所有生命形式都具有极高的毒性，人的中毒剂量为0.01-0.052g，致死量为0.06-0.2g，被世界卫生组织列为第一类人类致癌物质。因此，即使存在微量的砷，砷的存在也会大大降低水的质量。

水体中常见的两种无机形式的As，即As(III)和As(V)，其中As(III)的毒性是As(V)的六十多倍。由于As(III)的强毒性和高迁移率，在过去的几十年中，As(III)氧化为As(Ⅴ)已被证明是去除砷的有效的预处理方法，而且As(III)在水体中呈现电中性，As(Ⅴ)在水体中呈现电负性，根据荷负电纳滤膜的道南效应可以截留As(Ⅴ)，不可以截留As(III)，此外，在中性环境下As(III)是砷的主要化合态，因此在富砷水中As(III)占砷的主要形式。实际上，已经开发了多种用于As(III)氧化的高级氧化工艺(AOP)技术，例如臭氧化，Fenton反应，光催化，以及分离技术比如混凝，膜和吸附进行砷净化。

然而，这些用于从水中脱除砷的传统技术，都无法达到国标排放标准。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术的不足，本发明目的是提供一种电催化膜反应器耦合纳滤处理富砷水的方法，解决目前富砷水处理过程中不能达标排放的难题，使富砷水处理后出水水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)中的相关排放标准，实现富砷水处理的无害化或零排放。

为实现上述目的，本发明一种电催化膜反应器耦合纳滤处理富砷水的方法采取以下技术方案，具体包括以下工艺过程或步骤：(1)电催化膜反应器(ECMR)处理：富砷水通过ECMR的电化学氧化将毒性高，迁移性强的三价砷氧化成毒性较小，低迁移性的五价砷；(2)纳滤(NF)膜分离处理：ECMR出水再经NF膜分离，从而使富砷水处理的出水水质达到国家或行业相关标准排放或回用。

所述的ECMR处理步骤中，ECMR由以辅助电极为阴极，负载金属氧化物的电催化膜为阳极和直流稳压电源所构成的电解装置，极间距为5～50mm。优选的极间距为30mm。

所述的ECMR电解装置中，阴极为辅助电极，其形状为管式或板式，呈网状、弧形、圆柱或孔状结构，其材料为炭、石墨、不锈钢、金属钛、金属合金中的至少一种。优选不锈钢。

所述的ECMR电解装置中，阳极为负载金属氧化物的电催化膜，金属氧化物为Ce基、Mn基、Mo基、Sn基、Ti基、V基或Pb基等氧化物中的一种或者多种，基膜孔径为0.1～10μm，其形状为管式或板式，其材料或基体材料为炭、石墨、金属钛、金属镍、金属铜、金属合金中的至少一种为可导电性基膜。

优选的金属氧化物为MnO₂、CeO₂、MoO₃、SnO₂、TiO₂或V₂O₅。