[发明专利]一种双阳极电絮凝除砷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对砷污染地下水的电化学处理方法，尤其是通过双阳极电絮凝技术除砷的方法，实现了对砷污染地下水的净化处理，属于地下水修复技术领域。

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个国家和地区的5000多万人口，其中多数为亚洲国家，以孟加拉、印度和中国最为严重。地下水是饮用水的重要组成部分，我国约有70%的人口饮用地下水。按照WHO的标准，我国砷中毒危害区的暴露人口高达1500万之多。这对我国战略水源地水资源保护构成极大威胁，并直接影响居民饮水安全和经济发展。因此，开发砷污染地下水的高效经济的修复技术是非常必要和迫切的。

利用铁阳极溶解原位生成的铁沉淀物对砷的良好吸附性能，电絮凝技术处理含砷废水和地下水受到了国内外的广泛关注。电絮凝技术通常是采用一个铁阳极和一个阴极，铁阳极在电化学作用下溶解产生Fe²⁺，Fe²⁺在水溶液中水解生成Fe(OH)₂，在暴露空气条件下Fe(OH)₂被氧气部分或全部氧化为Fe(OH)₃，Fe(OH)₂和Fe(OH)₃絮状物逐渐生长并发生脱水或其他反应转化为其他形态的含铁材料，这些含铁沉淀物具有很大的比表面积和大量的表面活性点位，对砷的吸附性能优越，另外砷在铁沉淀物的生长过程中还可以通过共沉淀的方式被去除。

地下水一般具有较好的电导率（500-2000μS/），非常适合电化学技术的实施。但是与地表水不同的是，地下水是缺氧环境，存在着溶解氧供应困难的问题。溶解氧的缺乏会对电絮凝技术的实施造成以下阻碍：① 水体中的砷通常是以+3和+5两种价态存在，在氧化性水体如地表水中主要以砷 (Ⅴ)存在，而在缺氧的还原性水体如地下水中主要以砷(Ⅲ)形式存在，砷(Ⅲ)的毒性远远高于砷(Ⅴ)（60:1）。由于电絮凝技术只用了铁阳极和阴极这两个电极，无法实现对砷(Ⅲ)的氧化，因而吸附后的含有高毒性砷(Ⅲ)的铁泥依然存在安全处理与处置的问题，对环境仍有较大风险。② 地下水中溶解氧的缺乏使电絮凝中的铁产物主要停留在二价铁沉淀物阶段，其吸附效率远低于三价铁沉淀物，因而其对砷的吸附并未达到最佳效果，同时溶度积常数较高的Fe(OH)₂会使处理后的出水中含有一定浓度的Fe²⁺，造成环境风险。由此可见，砷(Ⅲ)的氧化和三价铁（氢）氧化物的形成是电絮凝技术应用于砷污染地下水处理亟待解决的问题。

向地下水中充入空气或者氧气可以解决上述问题，无论是在原位修复还是“抽提和处理”方式中，注入空气都存在经济性差或效果难以控制的问题。例如，在原位修复中向地下数十米注入空气的成本较高，而且注入量难以控制，有可能对地下水的赋存条件产生很大影响。而在抽出后处理的方式中，充入氧气的量难以控制的较好，而且充入的氧气气泡较大利用率低。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双阳极电絮凝除砷方法，该方法利用双阳极向地下水中供应溶解氧和二价铁，可以促进三价砷的氧化及其在铁沉淀物上的吸附去除，具有处理效率高、环境友好及灵活可控等优点。

实现本发明目的的技术方案为一种双阳极电絮凝除砷方法，采用原位处理的方式或者采用抽出处理的方式实施污染地下水的处理过程，使用双阳极和一个阴极对污染地下水进行电絮凝处理，对三个电极供直流电，调节总电流大小及其在两个阳极之间的分配比例，使砷(Ⅲ)氧化为砷(Ⅴ)、二价铁沉淀物氧化为三价铁沉淀物，以去除污染地下水中的砷，其中一个阳极为铁阳极，另一个阳极为惰性阳极。

该方法至少包括以下具体步骤：

①电极材料选择：阳极Ⅰ选用铁，阳极Ⅱ和阴极都选用稳定性好的电极材料；

②污染地下水的处理方式：采用原位处理的方式或者采用抽出处理的方式实施污染地下水的处理过程，采用原位处理方式时，先在砷污染含水层中打井，将三个电极插入到井中，阴极夹在两个阳极之间，相邻电极之间的距离为1~40cm；采用抽出处理方式时，将三个电极安装在一个反应器中，其中阴极夹在两个阳极之间，相邻电极之间的距离为1~40cm；