[发明专利]一种基于方波电源强化Cr(VI)还原的反应方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于方波电源强化Cr(VI)还原的反应装置，包括反应器、绝缘层、多孔电极和方波电源，所述反应器的两端均设有通口，所述绝缘层将反应室分割成第一反应室和第二反应室，一个所述多孔电极安装于第一反应室，另一个所述多孔电极安装于第二反应室，两个所述多孔电极均与方波电源连接。本发明降低了多孔电极的钝化反应，提高了传质效果，具有可持续运行、能耗低的显著优势，适合大中规模Cr(VI)污水的在线处理，尤其适合冶金和化工企业的Cr(VI)污水处理。

技术领域

本发明涉及六价铬污水处理领域，具体涉及一种基于方波电源强化Cr(VI)还原的反应方法及其装置。

背景技术

随着现代工业的快速发展，重金属的大规模开发与应用，造成了严重的土壤和地下水污染。其中，铬是污染最为严重的重金属之一，在环境中主要以Cr(III)和Cr(VI)的形态存在，且Cr(VI)的毒性是Cr(III)的500倍。Cr(VI)可以稳定存在于环境中，在水体中具有很强的溶解性和迁移性，易被生命体吸收和富集，并对生命体具有非常强的致癌性和致突变性。Cr(VI)化合物被美国国家环境保护局列为优先污染物以及A级人类致癌物，我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定饮用水中Cr(VI)的浓度限值为50μg/L。

目前对于工业污水中的Cr(VI)，均是采用还原法将Cr(VI)变为Cr(III)，以实现脱毒。其中，光催化和化学药剂处理等Cr(VI)还原技术均需在溶液为强酸性时(pH为1～3)，才能达到理想的还原效果。而过程中不仅加药较为麻烦，且会产生污泥等二次污染问题。

近年来，化学法中电化学处理技术的优势开始突显，该技术由于处理效率高、药剂使用量小、污泥量少、反应条件温和且易于控制，越发受到人们的重视。电化学工艺还原Cr(VI)主要是利用阴极将Cr(VI)还原为Cr(III)(式1)。电化学阴极还原Cr(VI)需要消耗大量的H⁺，容易导致阴极多孔电极溶液pH升高，虽然可以利用阳极氧化水产生H⁺(式2)，但是阳极生成的H⁺并不足以平衡阴极消耗的H+，所以仍会在阴极产生Cr(OH)₃沉淀，引起多孔电极钝化，限制多孔电极持续运行能力。在外加电压较高时，虽然去除Cr(VI)效果较好，但是能耗较高，多孔电极(尤以阴极多孔电极)钝化较为严重，不可以持续长效运行；外加电压较低时，虽然钝化情况有所缓解，但是去除Cr(VI)效果较差，难以符合排放要求。

2H₂O-4e^-←→4H⁺+O₂↑ (2)

加之，由于Cr(VI)在水体中，并不以带正电的金属离子形式存在，而主要是以阴离子基团(CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-)存在。因此，Cr(VI)在与带负电的阴极接触时，会产生静电排斥作用，进而影响与多孔电极的接触，降低传质效果及其还原效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的多孔电极钝化及传质效率低导致降低Cr(VI)的还原效率的技术问题，提供了一种基于方波电源强化Cr(VI)还原的反应方法及其装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于方波电源强化Cr(VI)还原的反应方法，包括以下步骤：

S1、搭建反应器，并将所述反应器和方波电源连接，开启所述方波电源，Cr(VI)溶液通过一个通口进入反应器内；

S2、所述方波电源的高电平供给一个多孔电极，水分子被氧化，得到一份H⁺，所述方波电源的低电平供给另一个所述多孔电极，Cr(VI)被还原，得到Cr(OH)₃；