一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，本方法為采用一套除砷裝置，將電化學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)的砂濾罐除砷技術(shù)相結(jié)合，即利用電化學(xué)技術(shù)中電極持續(xù)產(chǎn)生的鐵氧化物，提高砂濾罐對砷的吸附容量，同時對除砷裝置使用過程采用了定期反沖洗措施，裝置經(jīng)過反沖洗后可重新使用，實(shí)現(xiàn)長效地將地下水中的砷(III)氧化為砷(V)并吸附去除。本方法解決了傳統(tǒng)砂濾罐使用壽命較短、更換砂濾料的困難等問題。本方法無需加入外源氧化劑，具有處理時間短、效率高、操作靈活、控制方便、維護(hù)簡單和環(huán)境友好等特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于砷污染地下水修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】。具體地說是涉及一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]砷污染地下水是全世界面臨的共同難題，正威脅著至少22個國家和地區(qū)，其中以孟加拉、印度和中國最為嚴(yán)重。鐵氧化物對砷具有優(yōu)越的吸附性能，因而被廣泛用作除砷吸附劑。家用砂濾罐是一種常用的地下水除砷技術(shù)，通常采用專業(yè)供應(yīng)的表面涂覆鐵氧化物的石英砂作為填料，當(dāng)被抽出的含砷地下水流經(jīng)裝有涂覆鐵氧化物的石英砂填料的罐體時，水中的砷在與填料接觸的過程中被吸附于鐵氧化物上而從水中去除，從而得到不含砷的安全出水。砂濾罐除砷裝置具有小巧方便，隨啟隨用的優(yōu)點(diǎn)，因而被孟加拉等高砷地下水國家廣泛用作家用式除砷裝置。然而，由于鐵氧化物的吸附容量有限，所以該種砂濾罐的使用壽命較短，需要在填料吸附飽和后重新更換填料，而涂鐵石英砂填料需要由專業(yè)單位供應(yīng)，所以更換填料具有一定的困難和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。更值得關(guān)注的是該種砂濾罐存在無法實(shí)現(xiàn)三價砷氧化的不足。
[0003]水體中的砷通常有+3和+5兩種價態(tài)，砷在缺氧的地下水中主要以砷(III )形式存在，砷(III)的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砷(V ) (60:1)，且砷(III)電中性的分子結(jié)構(gòu)(H3AsO3)使得其流動性更強(qiáng)，比具有陰離子結(jié)構(gòu)的砷(V ) (AsO43-)更容易從吸附劑上脫附。傳統(tǒng)的砂濾罐除砷技術(shù)只能對砷進(jìn)行吸附而無法實(shí)現(xiàn)對砷(III)的氧化，所以吸附后填料上的高毒性砷(III)依然存在著處理與處置困難的問題，對環(huán)境仍有較大風(fēng)險，而且涂鐵石英砂吸附劑對三價砷的吸附能力遠(yuǎn) 遠(yuǎn)小于對五價砷的吸附能力。
[0004]在本發(fā)明前，本 申請人:也關(guān)注到了地下水中三價砷的污染，并向知識產(chǎn)權(quán)局提出了一種地下水中三價砷的電化學(xué)氧化方法的申請，公開了該方法為先構(gòu)建電化學(xué)氧化裝置，包括設(shè)有進(jìn)水口和凈化水出口的水容器，陰、陽電極，及外設(shè)的直流電源和水泵；由水泵將含砷的地下水泵入水容器中，通過直流電源向陰、陽兩電極供電，調(diào)節(jié)通過陰、陽兩電極的電流比控制砷(III)在陽極的氧化及電解水產(chǎn)生的氧氣的速率，在陰極表面局部堿性條件下氧氣被還原生成過氧化氫、將砷(III)氧化為砷(V)，實(shí)現(xiàn)可控制地氧化地下水中砷(III)。該方法僅提供一種三價砷的氧化方法，氧化方式與本申請方法中不同，該方法也無法自動產(chǎn)生吸附劑將砷(V)從水中去除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種能高效地將砷(III)、砷(V)從水中吸附去除的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，方法中采用添加既廉價易得又方便更換的鐵陽極，使對砷的吸附效率更高，且除砷裝置使用壽命長。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是:提供一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，先構(gòu)建除砷裝置，包括設(shè)有進(jìn)水口和凈化水出口的砂濾罐，在砂濾罐內(nèi)壁安裝陽極和陰極，在砂濾罐內(nèi)填充有空隙率為0.3~0.5的石英砂濾料；在砂濾罐外設(shè)置直流電源和電流表，在砂濾罐的進(jìn)水口前端安裝水泵；再按如下步驟操作:
[0007]步驟⑴、所述的砂濾罐內(nèi)壁安裝的陽極有二個，陰極有一個，在砂濾罐內(nèi)進(jìn)水口一側(cè)橫截面依次安裝惰性導(dǎo)電材料制作的陽極I，陰極和鐵陽極，三個電極平行安裝；直流電源為穩(wěn)壓直流電源，直流電源的正極有一路經(jīng)電流表1連接陽極I，還有一路經(jīng)可變電阻和電流表1I連接鐵陽極，直流電源的負(fù)極接陰極；
[0008]步驟⑵、開啟水泵，將含砷(III)地下水泵入砂濾罐中，同時開啟直流電源向電極提供電流，調(diào)節(jié)陽極I與鐵陽極的電流比為1:1~3.4:1，用于調(diào)整電解產(chǎn)生的O2和Fe2+的供應(yīng)量；
[0009]步驟⑶、含砷(III)地下水先通過陽極I，被陽極I電解產(chǎn)生的氧氣飽和，一部分砷(III)在陽極I表面被氧化成砷(V);隨后含氧地下水流經(jīng)陰極和鐵陽極，在鐵陽極產(chǎn)生的Fe2+與水中溶解的O2反應(yīng)生成三價鐵氧化物沉淀在石英砂濾料表面，水中剩余的砷(III)被Fe2+氧化過程中生成的活性物種氧化成砷(V)，砷(V)被三價鐵氧化物吸附，凈化后的水從凈化水出口流出；
[0010]步驟⑷、監(jiān)測水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度，通過調(diào)節(jié)電流和/或進(jìn)出水流速，控制修復(fù)效果和能耗優(yōu)化；
[0011]步驟(5)、電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置經(jīng)過一段時間使用后:生成物中含有的三價鐵氧化物會堵塞電極表面以及石英砂濾料之間的空隙，此時應(yīng)定期停止向電極供電，對砂濾罐進(jìn)行反沖洗；反沖洗時通過增大水流速，將三價鐵氧化物沖洗出罐體后，再重新運(yùn)轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行水處理。
[0012]本發(fā)明中步驟⑴所述的陽極I選用穩(wěn)定性好的鈦涂層電極，鐵陽極選用普通鐵材料制作的電極，陰極選用鈦涂層電極；電極均采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以利于水的流動和提高電流效率，電極水平截面與水容器內(nèi)壁橫截面形狀和大小均相同。
[0013]步驟⑷所述的通過調(diào)節(jié)電流和/或流速控制修復(fù)效果和能耗優(yōu)化，是根據(jù)監(jiān)測凈化水出口水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度高低，對電流和/或水流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中:
[0014]若凈化水出口水中砷(III)在總砷中的比例大于20%或游離態(tài)Fe2+濃度高于100yg/L時，則先在總電流保持不變的情況下提高陽極I的電流；
[0015]若提高陽極I的電流，使陽極I與鐵陽極電流達(dá)到3.4:1上限后總砷或游離態(tài)Fe2+濃度仍然高，則提高總電流；直至凈化水出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)；
[0016]在調(diào)整好總電流和兩陽極電流分配比后，通過調(diào)節(jié)水流速至凈化水出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
[0017]本發(fā)明的方法通過采用一套除砷裝置，在砂濾罐中安裝三個電極，添加既廉價易得又方便更換的鐵陽極，及選用廉價易得的石英砂作為砂濾罐中的基礎(chǔ)濾料，將電化學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)的砂濾罐除砷技術(shù)相結(jié)合，即利用電化學(xué)技術(shù)中鐵陽極產(chǎn)生的Fe2+和惰性陽極產(chǎn)生的O2發(fā)生反應(yīng)生成多孔三價鐵氧化物吸附劑。由于電極能持續(xù)產(chǎn)生的鐵氧化物，因此強(qiáng)化了砂濾罐鐵氧化物的吸附容量，同時在除砷裝置使用過程采用了定期反沖洗措施，裝置經(jīng)過反沖洗后可重新使用，實(shí)現(xiàn)長效地將地下水中的砷(III)氧化為砷(V)并從水中吸附去除，除砷效果好。本方法解決了傳統(tǒng)砂濾罐砂濾料使用壽命較短，更換砂濾料的困難及需要成本等問題，又能將砷(V)從水中吸附去除。[0018]本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的砂濾罐技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明的方法通過電化學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的新生態(tài)三價鐵氧化物，比傳統(tǒng)砂濾罐中使用的鐵氧化物具有更高的比表面積和更多的活性位點(diǎn)，因而吸附效率更高。
[0020]2、本發(fā)明的方法使地下水中的砷(III)能直接被惰性陽極和Fe2+氧化過程中生成的活性物種氧化成砷(V)，在降低砷毒性的同時提高了砷與吸附劑的親和力，大大減小了二次污染的風(fēng)險。
[0021]3、本發(fā)明的方法新生態(tài)的三價鐵氧化物與石英砂的結(jié)合并不緊密，可通過反沖洗的方式去除，從而實(shí)現(xiàn)三價鐵氧化物吸附劑的更替。因此，電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐的使用壽命取決于鐵陽極的使用壽命，而鐵陽極既廉價易得又方便更換，因而免除了傳統(tǒng)砂濾罐除砷技術(shù)的砂濾料使用壽命短和更換困難的問題。
[0022]4、本發(fā)明的方法中電化學(xué)產(chǎn)生的電場還具有殺菌消毒的作用，可以進(jìn)一步提高出水的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1 為本發(fā)明的方法中實(shí)驗(yàn)室模擬電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的方法中實(shí)驗(yàn)室模擬電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐的沿程除砷效果圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的方法中陽極I與鐵陽極電流比的優(yōu)化除砷效果圖。
[0026]圖4為本發(fā)明的方法中實(shí)驗(yàn)室模擬電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐的除砷長效型效果圖。
[0027]圖5為本發(fā)明的方法中家用電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置示意圖。
[0028]上述圖中:1-砂濾te ;2_進(jìn)水口 ；3_陽極I ;4_陰極；5_鐵陽極；6_石英砂濾料；7-凈化水出口 ；8_直流電源；9_變阻器；10_電流表1 ;11_電流表1I ;12_水泵。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
[0030]實(shí)施例1:本發(fā)明提供一種在實(shí)驗(yàn)室模擬電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，先在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建一個小型垂直的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，將砂濾罐I作成內(nèi)徑5cm、高32cm的柱體，砂濾罐I設(shè)有進(jìn)水口 2和凈化水出口 7，砂濾罐I內(nèi)壁安裝有陰、陽電極，砂濾罐I內(nèi)其余空間填充石英砂濾料6，在砂濾罐I罐壁中設(shè)置了取樣孔Pl~P6，以便對砂濾罐中的6個水位取樣檢測水中砷(III)和砷(V)的濃度；在砂濾罐I的外部設(shè)置直流電源8、變阻器9、電流表1 10、電流表1I 11和用蠕動泵代替水泵12 ;再按如下步驟操作:
[0031]步驟⑴、所述的砂濾罐I內(nèi)壁安裝的陽極有二個，陰極有一個，陽極I 3采用MMO鈦涂層陽極、陰極4也采用MMO鈦涂層陰極，鐵陽極5采用普通鐵材料制作的陽極，在砂濾罐I內(nèi)進(jìn)水口 2—側(cè)橫截面依次安裝陽極I 3，陰極4和鐵陽極5，三個電極平行安裝；三個電極中心間距均為5.9cm,三個電極均采用直徑5cm、厚度1.7cm的圓形網(wǎng)狀電極，網(wǎng)狀電極有利于水的流動和提高電流效率。直流電源8為穩(wěn)壓直流電源，直流電源8的正極有一路經(jīng)電流表1 10連接陽極I 3，還有一路經(jīng)可變電阻9和電流表1I 11連接鐵陽極5，直流電源8的負(fù)極接陰極4 ；ΜΜ0陽極I 3和鐵陽極5成并聯(lián)線路。
[0032]步驟⑵、進(jìn)行模擬電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷前，先配制2.5L含500yg/L砷(III)的模擬地下水，并用通氮除氧方式模擬地下水的缺氧環(huán)境，初始溶解氧濃度為0.5mg/L以下。開啟蠕動泵將模擬地下水由底端進(jìn)水口 2打入柱狀的砂濾罐I內(nèi)，通電前先用2倍空隙體積(PV)的模擬地下水沖洗砂濾罐1，處理過程地下水流入的水流速度控制在4mL/min。
[0033]步驟⑶、調(diào)節(jié)變阻器9控制MMO陽極I 3和鐵陽極5上的電流分配比。模擬的地下水依次流經(jīng)MMO陽極I 3、MM0陰極4和鐵陽極5，模擬的地下水首先通過MMO陽極I 3時被陽極I電解產(chǎn)生的氧氣飽和，一部分砷(III)在此處被氧化成砷(V)，隨后模擬的地下水流經(jīng)MMO陰極4和鐵陽極5，在鐵陽極5產(chǎn)生的Fe2+與水中溶解的O2反應(yīng)生成三價鐵氧化物，沉淀在鐵陽極5上方的石英砂濾料6表面，水中剩余的砷(III)被Fe2+氧化過程中生成的活性物種氧化成砷(V)，砷(V)被三價鐵氧化物吸附,凈化后的水從凈化水出口 7流出。
[0034]步驟⑷、監(jiān)測水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度，在水處理過程中，通過設(shè)置的Pl~P6取樣孔監(jiān)測模擬的地下水中砷(III)和砷(V)的濃度，尤其是監(jiān)測凈化水出口 7流出的水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，通過調(diào)節(jié)總電流或電流分配比控制除砷效果和能耗優(yōu)化。圖2所示為本發(fā)明提供20mA總電流、在MMO陽極I 3電流10mA，鐵陽極電流10mA,MMO陽極I 3與鐵陽極5電流比為1:1,水流速為4ml/min時反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后砂濾罐I沿程的除砷效果圖。
[0035]圖2中X坐標(biāo)為Pl~P6各取樣口離砂濾罐I底端的距離(cm)，Y坐標(biāo)為各取樣口中實(shí)測的砷(III)或砷(V)的濃度與初始濃度的比值。從圖2中可明顯看到，在該實(shí)驗(yàn)中砷(III)在MMO陽極I 3附近被全部氧化為砷(V)，而砷(V)在經(jīng)過鐵陽極5后被全部吸附，由此可見采用本電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法具有很好的除砷效果。
[0036]本實(shí)施例還進(jìn)行了通過調(diào)節(jié)MMO陽極I 3與鐵陽極電流比和進(jìn)出水流速，控制修復(fù)效果和能耗優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)；參見圖3，當(dāng)MMO陽極I 3電流穩(wěn)定在1mA不變的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)鐵陽極電流在10~OmA變化時，沿程砷(III)和砷(V)的濃度變化情況，從圖3中(a)、(b)可以看出約40%的砷(III)在經(jīng)過MMO陽極I 3后被氧化為砷(V)，當(dāng)鐵陽極5電流在3~1mA范圍內(nèi)變化時，砷(III)和砷(V)均在經(jīng)過鐵陽極反應(yīng)區(qū)后被全部吸附，而當(dāng)鐵陽極電流為OmA時，即鐵陽極斷電，砷無法全被吸附，表明在裝置中增設(shè)鐵陽極確實(shí)起到強(qiáng)化砂濾罐除砷的效果，且當(dāng)陽極I電流保持為1mA時，降低鐵陽極電流至3mA既可以保證除砷效果又可以降低能耗。
[0037]參見圖4，為MMO陽極I 3提供1mA電流和為鐵陽極提供3mA電流，水流速為4ml/min時裝置連續(xù)運(yùn)行10天的除砷效果圖，圖4中的橫坐標(biāo)為運(yùn)行天數(shù)，縱坐標(biāo)為實(shí)測砷濃度與初始砷濃度的比值；其中砂濾罐I總體積和石英砂濾料6的空隙體積(PV)分別為628mL和260mL，空隙率約0.41。由圖4可見該裝置至少可以連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行10天，凈化水出水口7中始終檢測不到砷，表明本發(fā)明的雙陽極砂濾罐除砷裝置具有較長的使用壽命，也表明本發(fā)明的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法具有優(yōu)良的除砷的效果。
[0038]步驟(5)、電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置經(jīng)過一段時間使用后:生成的三價鐵氧化物會堵塞鐵陽極5的表面以及與石英砂濾料6之間的空隙，此時應(yīng)定期停止向電極供電，對砂濾罐I進(jìn)行反沖洗；反沖洗時通過增大水流速,將三價鐵氧化物反沖洗出砂濾罐罐體后,再重新運(yùn)轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行水處理。
[0039]實(shí)施例2:本發(fā)明提供一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，本方法需要先構(gòu)建一個電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置，本實(shí)施例的裝置適合家庭使用，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，裝置包括一個內(nèi)徑30cm、高10cm的砂濾罐I,砂濾罐I上設(shè)有進(jìn)水口 2和凈化水出口 7，砂濾罐I的內(nèi)壁安裝有電極，砂濾罐I內(nèi)其余空間填充粒度為0.5~Icm的石英砂濾料6，砂濾罐I總體積和石英砂間的空隙體積(PV)分別為70L和35L，空隙率0.5。在砂濾罐I的外部設(shè)置直流電源8、變阻器9、電流表10、電流表11和水泵12 ;再按如下步驟操作:
[0040]步驟⑴、所述的砂濾罐I內(nèi)壁安裝的陽極有二個，陰極有一個，在砂濾罐I內(nèi)進(jìn)水口一側(cè)橫截面依次安裝鈦涂層陽極I 3，鈦涂層陰極4和鐵陽極5，三個電極均采用直徑30cm、厚度Icm的圓形網(wǎng)狀電極，以利于水的流動和提高電流效率。三個電極平行安裝，陽極I 3安裝在距離砂濾罐I底部35cm處，三個電極的中心間距均為15cm。直流電源8為穩(wěn)壓直流電源，直流電源8的正極有一路經(jīng)電流表1 10連接陽極I 3，還有一路經(jīng)可變電阻9和電流表1I 12連接鐵陽極5，直流電源8的負(fù)極接陰極4。
[0041]步驟⑵、開啟水泵12，將含砷(III)地下水用水泵12泵入砂濾罐I中，處理過程地下水流入的水流速度控制在4L/min。同時開啟直流電源8向電極提供電流，控制總電流為2000mA，調(diào)節(jié)變阻器9使陽極I 3與鐵陽極5的電流比為3:1。
[0042]步驟⑶、地下水首先通過陽極I 3時被陽極I 3電解產(chǎn)生的氧氣飽和，一部分砷
(III)在此處被氧化成砷(V)，隨后地下水流經(jīng)鈦涂層陰極4和鐵陽極5，鐵陽極5產(chǎn)生的Fe2+與水中溶解的O2反應(yīng)生成三價鐵氧化物沉淀在鐵陽極上方的石英砂濾料6表面，水中剩余的砷(III)被Fe2+氧化過程中生成的活性物種氧化成砷(V)，砷(V)被三價鐵氧化物吸附，凈化后的水從凈化水出口 7流出。
[0043]步驟⑷、本實(shí)施例中的裝置由于作為家庭使用，用戶按照裝置最優(yōu)的電流比和進(jìn)出水流速度的使用均可保持有良好的出水水質(zhì)。
[0044]步驟(5)、電化學(xué) 強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置經(jīng)過一段時間使用后，應(yīng)定期觀察裝置中是否有生成物堵塞鐵陽極5表面以及與石英砂濾料6之間的空隙，當(dāng)肉眼可觀察到有生成物堵塞時，停止向電極供電，對砂濾罐I進(jìn)行反沖洗；反沖洗操作很簡單，只需通過增大水流速，就可將含三價鐵氧化物沖洗出罐體，然后再重新運(yùn)轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行水處理。
[0045]本發(fā)明的方法通過構(gòu)建電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置，產(chǎn)生附著于石英砂濾料上的鐵氧化物吸附劑高效除砷，具有裝置使用壽命長、易更換、二次污染低及殺菌消毒等優(yōu)勢。本發(fā)明的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，尤其適合家庭使用，具有廣闊的市場前景。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，先構(gòu)建除砷裝置，包括設(shè)有進(jìn)水口和凈化水出口的砂濾罐，在砂濾罐內(nèi)壁安裝陽極和陰極，在砂濾罐內(nèi)填充有空隙率為0.3~0.5的石英砂濾料；在砂濾罐外設(shè)置直流電源和電流表，在砂濾罐的進(jìn)水口前端安裝水泵；其特征在于:再按如下步驟操作: 步驟⑴、所述的砂濾罐內(nèi)壁安裝的陽極有二個，陰極有一個，在砂濾罐內(nèi)進(jìn)水口一側(cè)橫截面依次安裝惰性導(dǎo)電材料制作的陽極I，陰極和鐵陽極，三個電極平行安裝；直流電源為穩(wěn)壓直流電源，直流電源的正極有一路經(jīng)電流表1連接陽極I，還有一路經(jīng)可變電阻和電流表1I連接鐵陽極，直流電源的負(fù)極接陰極； 步驟⑵、開啟水泵，將含砷(III)地下水泵入砂濾罐中，同時開啟直流電源向電極提供電流，調(diào)節(jié)陽極I與鐵陽極的電流比為1:1~3.4:1，用于調(diào)整電解產(chǎn)生的O2和Fe2+的供應(yīng)量; 步驟⑶、含砷(III)地下水先通過陽極I，被陽極I電解產(chǎn)生的氧氣飽和，一部分砷(III)在陽極I表面被氧化成砷(V);隨后含氧地下水流經(jīng)陰極和鐵陽極，在鐵陽極產(chǎn)生的Fe2+與水中溶解的O2反應(yīng)生成三價鐵氧化物沉淀在石英砂濾料表面，水中剩余的砷(III)被Fe2+氧化過程中生成的活性物種氧化成砷(V)，砷(V)被三價鐵氧化物吸附，凈化后的水從凈化水出口流出； 步驟⑷、監(jiān)測水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度，通過調(diào)節(jié)電流和/或進(jìn)出水流速，控制修復(fù)效果和能耗優(yōu)化； 步驟(5)、電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷裝置經(jīng)過一段時間使用后:生成物中含有的三價鐵氧化物會堵塞電極表面以及石英砂濾料之間的空隙，此時應(yīng)定期停止向電極供電，對砂濾罐進(jìn)行反沖洗；反沖洗時通過增大水流速，將三價鐵氧化物沖洗出罐體后，再重新運(yùn)轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行水處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，其特征在于:步驟⑴所述的陽極I選用穩(wěn)定性好的鈦涂層電極，鐵陽極選用普通鐵材料制作的電極，陰極選用鈦涂層電極；電極均采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以利于水的流動和提高電流效率，電極水平截面與水容器內(nèi)壁橫截面形狀和大小均相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)強(qiáng)化砂濾罐除砷方法，其特征在于:步驟⑷所述的通過調(diào)節(jié)電流和/或流速控制修復(fù)效果和能耗優(yōu)化，是根據(jù)監(jiān)測凈化水出口水中總砷、砷(III)和Fe2+的濃度高低，對電流和/或水流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中: 若凈化水出口水中砷(III)在總砷中的比例大于20%或游離態(tài)Fe2+濃度高于100 μ g/L時，則先在總電流保持不變的情況下提高陽極I的電流； 若提高陽極I的電流，使陽極I與鐵陽極電流達(dá)到3.4:1上限后總砷或游離態(tài)Fe2+濃度仍然高，則提高總電流；直至凈化水出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)； 在調(diào)整好總電流和兩陽極電流分配比后，通過調(diào)節(jié)水流速至凈化水出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
【文檔編號】C02F1/28GK104030405SQ201410291046
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】袁松虎, 童曼 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）