利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)境污水處理領(lǐng)域，特別涉及一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的方法及其裝置。本發(fā)明將等離子體技術(shù)應(yīng)用于含有As(III)、As(V)、Fe(III)、Fe(II)離子的冶金、采礦等廢水的處理體系，利用輝光放電體系將As(III)轉(zhuǎn)化為毒性更小的As(V)，將溶液中的Fe(II)氧化為Fe(III)，同時(shí)在輝光放電等離子體體系中在合適的pH以及較優(yōu)的鐵砷摩爾比的范圍內(nèi)可以快速生成砷酸鐵的難容性非晶化合物沉淀，實(shí)現(xiàn)高效的砷的去除。
【專利說(shuō)明】利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境污水處理領(lǐng)域，特別涉及一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]砷(As)是一種在地殼中廣泛分布的元素，并被公認(rèn)為一種有毒的致癌物質(zhì)。As的化合物有三價(jià)和五價(jià)兩種形態(tài)，As (III)的毒性和流動(dòng)性更大。研究表明，以AsO廣存在的As(III)比以么8043_存在的4^)的毒性要高出60倍。砷化物在采礦、冶煉、玻璃制造、農(nóng)藥和木材防腐劑等生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，致使相當(dāng)數(shù)量的砷化合物進(jìn)入環(huán)境，并通過(guò)化學(xué)過(guò)程和生物轉(zhuǎn)化效應(yīng)以不同形態(tài)存在于水體、土壤、植物、動(dòng)物、海洋生物和人體內(nèi)，并且在各砷化物之間形成循環(huán)。
[0003]根據(jù)世界衛(wèi)生組織的研究，只要在飲用水中出現(xiàn)少量的As，就足以對(duì)人體的健康發(fā)生危害。長(zhǎng)期飲用含As的水，將可能導(dǎo)致皮膚色素沉積、皮膚角質(zhì)化、皮膚癌、膀胱癌、高血壓、心腦血管病、神經(jīng)病變、糖尿病等一系列健康問(wèn)題。鑒于As對(duì)人體健康的巨大危害以及As污染的日趨嚴(yán)重，1993年，WHO率先將飲用水中As的指標(biāo)值由50 μ m/L降至ΙΟμπι/L。隨后，日本、歐盟、美國(guó)也分別將各自的飲用水As標(biāo)準(zhǔn)定為lOyg/L。我國(guó)目前使用的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)要求飲用水中As的最大濃度必須低于10μ g/L。因此對(duì)于含有高濃度砷工業(yè)廢水的處理是十分緊迫的。
[0004]目前，混凝 除As法中鋁、鐵基絮凝劑被廣泛應(yīng)用，該方法主要是利用混凝劑強(qiáng)大的吸附作用吸附砷，然后通過(guò)過(guò)濾或用濾膜除去水中的砷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鐵鹽對(duì)砷的去除效率明顯高于鋁鹽。鐵鹽是最經(jīng)濟(jì)、最有效的沉淀劑。但是As(III)毒性較大且難以被絮凝實(shí)現(xiàn)完全的去除。而As(V)的毒性相對(duì)較小，并且易被吸附，得以高效去除。因此應(yīng)用絮凝技術(shù)除砷之前需要對(duì)As(III)進(jìn)行預(yù)氧化，即把AS(III)先氧化成As (V)，然后再進(jìn)行去除。常用的氧化劑主要有漂白粉、雙氧水、氯氣、臭氧和二氧化錳等。但該方法需要投加大量的絮凝劑，產(chǎn)生大量的含砷廢渣也會(huì)造成二次污染，因此使該方法的應(yīng)用受到限制。
[0005]因此針對(duì)已有的關(guān)于三價(jià)砷處理技術(shù)的缺陷，急需開(kāi)發(fā)出一種綠色、高效的三價(jià)砷處理技術(shù)。一步法實(shí)現(xiàn)三價(jià)砷的快速氧化、將砷從廢液中的脫除，并且減少最終產(chǎn)生含砷廢渣的的量。臭蔥石是一種砷酸鐵晶體，其溶解度小、性質(zhì)穩(wěn)定、含砷量可高達(dá)30%。因此對(duì)于大濃度的含砷廢水，可將砷轉(zhuǎn)化為砷酸鐵晶體，達(dá)到固砷的目的。常用的方法是在溫度高于150° C水熱法或者在大氣氛圍下95 ° C條件下控制中和法，但是這些方法成本較高，所需時(shí)間較長(zhǎng)不利于大規(guī)模應(yīng)用。
[0006]直流輝光放電等離子體水處理技術(shù)是一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)，主要原理是在直流高壓的作用下在高壓針電極周圍的氣體將被擊碎成正離子和電子，這些粒子在高電壓的作用下加速獲得高能量，從而與其它物質(zhì)發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生新的電子、離子以及自由基、化學(xué)物質(zhì)等。目前，該種技術(shù)已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用于廢水中有機(jī)污染物的處理，利用產(chǎn)生的羥基自由基和過(guò)氧化氫等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的最終去除。但是該種技術(shù)應(yīng)用于含有有毒無(wú)機(jī)離子的處理研究還未得到大家全面關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的方法及其裝置。
[0008]本發(fā)明將等離子體技術(shù)應(yīng)用于含有As (III) ,As (V)、Fe (III)、Fe (II)離子的冶金、采礦等廢水的處理體系，利用輝光放電體系將As (III)轉(zhuǎn)化為毒性更小的As (V)，將溶液中的Fe(II)氧化為Fe(III)，同時(shí)在輝光放電等離子體體系中產(chǎn)生砷酸鐵化合物沉淀，實(shí)現(xiàn)原位沉淀去除砷。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，包括以下步驟:
(1)將待處理的含有As(III)廢水溶液調(diào)節(jié)pH值和電導(dǎo)率值，調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe (II)的濃度，導(dǎo)入到電極輝光放電水處理裝置；
(2)在大氣氛圍下進(jìn)行輝光放電，接通直流電源進(jìn)行放電處理；放電處理后溶液中As(III)氧化為As (V)，同時(shí)Fe (II)轉(zhuǎn)化為Fe(III)，As(V)與Fe(III)產(chǎn)生砷酸鐵共沉淀，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷的固定脫除。
[0010]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述步驟(1)中將含有As (III)廢水溶液pH值調(diào)節(jié)為3-6，電導(dǎo)率調(diào)整到0.5-6 mS/cm。
[0011]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述步驟(1)中將含有As (III)廢水溶液pH值調(diào)節(jié)為6，電導(dǎo)率調(diào)整到3 mS/cm。
[0012]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述步驟(1)中調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe(II)/ As(III)摩爾比為 2-4。
[0013]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述步驟(2)中的直流電源的電壓為480-1000V，電流為80_500mAo
[0014]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述的步驟(2)中放電處理過(guò)程中進(jìn)行攪拌，攪拌速率為2-3 轉(zhuǎn) /s。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述方法中采用的電極輝光放電水處理裝置，包括碳棒陰極、不銹鋼陽(yáng)極、玻璃反應(yīng)器、玻璃管，所述碳棒陰極和玻璃管分別設(shè)置在所述的玻璃反應(yīng)器上蓋上；所述玻璃反應(yīng)器外圍設(shè)置冷肼夾層，所述冷肼夾層上設(shè)置冷卻入水口和冷卻出水口 ；所述玻璃管的底部用石英砂芯密封，所述不銹鋼陽(yáng)極置于所述的玻璃管內(nèi)。
[0016]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述的不銹鋼陽(yáng)極的數(shù)量為1-6根。
[0017]在以上方案的基礎(chǔ)上，所述的玻璃反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌磁子。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
接觸輝光放電過(guò)程中可以產(chǎn)生大量的羥基自由基和過(guò)氧化氫等物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生寬波長(zhǎng)的紫外光。其中生成的羥基自由基等活性物質(zhì)可有效的將As(III)氧化為As(V)。同時(shí)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫由于有鐵離子的存在發(fā)生芬頓反應(yīng)，能夠促進(jìn)羥基自由基的生成，強(qiáng)化As(III)的氧化。因此能夠?qū)崿F(xiàn)As (III)的快速氧化，同時(shí)在羥基自由基和過(guò)氧化氫的作用下Fe(II)可轉(zhuǎn)化為Fe(III)。在合適的pH以及較優(yōu)的鐵砷摩爾比的范圍內(nèi)可以快速生成砷酸鐵的難容性非晶化合物沉淀，實(shí)現(xiàn)高效的砷的去除?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖1為本發(fā)明的電極輝光放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明的電極輝光放電裝置的俯視圖；
附圖3為不同pH值條件下總砷的去除效率；
附圖4為不同pH值條件下五價(jià)砷的生成效率。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下:
實(shí)施例1: 一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，包括以下步驟:
(1)將待處理的含有As(III)廢水溶液調(diào)節(jié)pH值為3和電導(dǎo)率值6 mS/cm，調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe (II)的濃度，使廢水溶液中Fe (II)/ As(III)摩爾比為2，導(dǎo)入到電極輝光放電水處理裝置；
(2)所述的輝光放電反應(yīng)器如圖1所示，應(yīng)用4根針電極為不銹鋼陽(yáng)極，陰極為碳棒電極，并通過(guò)底部密封砂芯的玻璃管與溶液相隔離，在放電時(shí)每根針電極與液面相接觸，正常工作直流電壓為480V，電流為80mA，放電在大氣氛圍下，攪拌速率為2轉(zhuǎn)/s ;放電處理后溶液中As (III)氧化為As (V)，同時(shí)Fe (II)轉(zhuǎn)化為Fe (III)，As(V)與Fe (III)產(chǎn)生砷酸鐵共沉淀，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷的固定脫除。
[0021]實(shí)施例2:
一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，包括以下步驟:
(1)將待處理的含有As(III)廢水溶液調(diào)節(jié)pH值為6和電導(dǎo)率值I mS/cm，調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe (II)的濃度，使廢水溶液中Fe (II)/ As(III)摩爾比為4，導(dǎo)入到電極輝光放電水處理裝置；
(2)所述的輝光放電反應(yīng)器應(yīng)用2根針電極為不銹鋼陽(yáng)極，陰極為碳棒電極，并通過(guò)底部密封砂芯的玻璃管與溶液相隔離，在放電時(shí)每根針電極與液面相接觸，正常工作直流電壓為1000V，電流為500mA，放電在大氣氛圍下，攪拌速率為2轉(zhuǎn)/s ;放電處理后溶液中As(III)氧化為As (V)，同時(shí)Fe (II)轉(zhuǎn)化為Fe(III)，As(V)與Fe(III)產(chǎn)生砷酸鐵共沉淀，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷的固定脫除。
[0022]實(shí)施例3:
如圖1和圖2所示，一種電極輝光放電水處理裝置，包括碳棒陰極(I)、不銹鋼陽(yáng)極
(2)、玻璃反應(yīng)器(3)、玻璃管(4)，所述碳棒陰極(I)和玻璃管(4)分別設(shè)置在所述的玻璃反應(yīng)器(3)上蓋上；所述玻璃反應(yīng)器(3)外圍設(shè)置冷肼夾層(6)，所述冷肼夾層(6)上分別設(shè)置冷卻入水口(7)和冷卻出水口(8);所述玻璃管(4)的底部用石英砂芯密封，所述不銹鋼陽(yáng)極(2)置于所述的玻璃管(4)內(nèi)。
[0023]調(diào)配待處理溶液:As(III)濃度為0.8mM、Fe(II)濃度為1.6mM的混合溶液250mL,利用硫酸鈉將溶液電導(dǎo)率調(diào)整至3.0mS/cm左右，并用硫酸將pH值調(diào)至3，4，5，6四種溶液，分別注入輝光放電反應(yīng)器中，在電壓約為570V，電流100mA，采用一根針電極的條件下放電處理10分鐘，攪拌速率為3轉(zhuǎn)/S。[0024]如圖3所示，在處理過(guò)程中廢水溶液中的總砷含量不斷的減少，同時(shí)溶液中伴隨著白色沉淀生成，在PH為6時(shí)去除效果最佳。
[0025]如圖4所示，在放電處理前一分鐘內(nèi)，廢水溶液中不斷有五價(jià)砷的生成，接著由于五價(jià)砷開(kāi)始向砷酸鐵的沉淀轉(zhuǎn)化，五價(jià)砷的量不斷減少。放電后經(jīng)一段時(shí)間靜置，溶液底部有白色沉淀生成，即為砷酸鐵非晶固體。
[0026]由此可見(jiàn)，利用輝光放電處理含有As(III)的廢水時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Fe (II)的含量，可快速的實(shí)現(xiàn)砷的 氧化和固定脫除。
【權(quán)利要求】
1.一種利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將待處理的含有As(III)廢水溶液調(diào)節(jié)pH值和電導(dǎo)率值，調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe (II)的濃度，導(dǎo)入到電極輝光放電水處理裝置； (2)在大氣氛圍下進(jìn)行輝光放電，接通直流電源進(jìn)行放電處理；放電處理后溶液中As(III)氧化為As (V)，同時(shí)Fe (II)轉(zhuǎn)化為Fe (III)，As(V)與Fe (III)產(chǎn)生砷酸鐵共沉淀，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷的固定脫除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于，所述步驟(1)中將含有As (III)廢水溶液pH值調(diào)節(jié)為3-6，電導(dǎo)率調(diào)整到0.5-6mS/cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于，所述步驟(1)中將含有As (III)廢水溶液pH值調(diào)節(jié)為6，電導(dǎo)率調(diào)整到3 mS/cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于，所述步驟(1)中調(diào)節(jié)廢水溶液中Fe(II)/ As(III)摩爾比為2_4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于，所述的步驟(2)中放電處理過(guò)程中進(jìn)行攪拌，攪拌速率為2-3轉(zhuǎn)/S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的利用輝光放電高效快速氧化固定廢水中砷的處理方法，其特征在于，所述步驟(2)中的直流電源的電壓為480-1000V，電流為80-500mA。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1中所述的電極輝光放電水處理裝置，其特征在于:包括碳棒陰極(I)、不銹鋼陽(yáng)極(2)、玻璃反應(yīng)器(3)、玻璃管(4)，所述碳棒陰極(I)和玻璃管(4)分別設(shè)置在所述的玻璃反應(yīng)器(3)上蓋`上；所述玻璃反應(yīng)器(3)外圍設(shè)置冷肼夾層(6)，所述冷肼夾層(6)上分別設(shè)置冷卻入水口(7)和冷卻出水口(8);所述玻璃管(4)的底部用石英砂芯密封，所述不銹鋼陽(yáng)極(2 )置于所述的玻璃管(4 )內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極輝光放電水處理裝置，其特征在于所述的不銹鋼陽(yáng)極(2)的數(shù)量為1-6根。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極輝光放電水處理裝置，其特征在于所述的玻璃反應(yīng)器(3)內(nèi)設(shè)置攪拌磁子(9)。
【文檔編號(hào)】C02F1/467GK103864185SQ201410057180
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】鄭經(jīng)堂, 江波, 郭建波, 譚明慧, 吳明鉑, 吳文婷, 薛慶忠, 胡平 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)