[发明专利]一种适用于缺氧地下水砷污染原位修复的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对缺氧地下水重金属污染修复的技术，特别涉及一种适用于缺氧地下水As(III)污染原位修复的全波整流交流无线电絮凝技术。

背景技术

在全球范围内，地下水是大多数国家农业灌溉和国内饮用水供应的重要资源。但是，工、农、矿业领域内含砷污染物的过标排放引发了地下水体中严重的砷污染。在地下水中，砷主要以As(V)和As(III)两种无机离子形式存在，其存在形式不同致使砷离子在物理化学特性、化学活性及生物毒性等方面表现出巨大差异。相对于As(V)而言，As(III)具有更强的水体迁移能力及生物毒性。地下水一旦受到As(III)的污染，首先对水体环境造成危害，导致水体中生物量降低甚至灭绝，破坏生态平衡；人类如果饮用了受污染的水，会导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌以及肝癌等重大疾病的发生，对人体健康造成威胁；如果被污染的水未达到农业灌溉和工业生产的要求会导致减产。因此，研发出可用于地下水含As(III)污染修复的操作简单、易调控以且经济环保的技术尤为重要。

近年来，一种基于铁做阳极的电絮凝技术由于其操作简单，固体废物产量少及适用范围广等优点被广泛应用于含As(III)污染地下水的处理。在该过程中，铁阳极在低压直流电的作用下经电解反应可持续产生Fe(II)离子，该反应与曝气工艺的耦合过程，可使产生的Fe(II)离子在缺氧地下水环境中氧化成Fe(III)离子，这些铁离子经一系列的化学反应转化成对砷具有较强吸附能力的氢氧化物将砷污染物从地下水中脱除。尽管该技术可成功去除地下水中的砷污染物，但该过程中的O₂主要以压缩空气的形式进入地下水，可能会使空气中的污染物(PM 2.5、甲醛和病毒等)引入到地下水，造成二次污染。在传统电絮凝过程中，牺牲电极通过导线与外部电源相连，在牺牲电极与导线的接触界面会受到更高的腐蚀应力，使得牺牲电极与导线在接头处更易腐蚀，从而增加了该技术在长期运行过程中操作及后期维修的复杂性。此外，在直流电解条件下，传统电絮凝技术在反应过程中牺牲阳极会出现钝化现象，阻碍了电极上有效电流的转移，导致在长期运行中效率的变低产生更高的能耗和较高的运行成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是传统电絮凝技术在反应过程中牺牲阳极会出现钝化现象，阻碍了电极上有效电流的转移，导致在长期运行中效率的变低产生更高的能耗和较高的运行成本。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于缺氧地下水中As(III)污染物原位修复的全波整流交流无线电絮凝技术。该技术采用特定的仪器将直流电转换为全波整流交流电来实现电极极性的周期性交换，采用铁基材料作为双极性电极(BPEs)、惰性材料作为驱动电极分别向污染地下水中原位提供Fe(II)和O₂，实现地下水中剧毒性As(III)的氧化和固定脱除。

具体的技术方案为：

一种适用于缺氧地下水砷污染原位修复的方法，采用铁基材料和惰性材料分别作为双极性电极(BPEs)和驱动电极，二者在输入全波整流交流电时可分别产生O₂和Fe(II)，此过程避免了牺牲电极直接通过导线与外部电源的连接，解决了牺牲电极与导线接头处在长时间运行过程中易腐蚀的问题。利用特定仪器将直流电转换为全波整流交流电实现电极极性的周期性交换，通过调节电极倒极间隙的空白反应时间(T_空白)来缓解直流电絮凝体系内电极钝化的问题。通过调节电流的大小和铁基BPEs的个数实现体系内产生的Fe(II)被氧化成絮凝能力更强的Fe(III)，将As(III)氧化为更易于固定脱除且毒性较小的As(V)，进而促进地下水中砷的固定脱除。

采用如下设备实现：一种适用于缺氧地下水砷污染原位修复装置，包括电源、转换仪器、驱动电极、双极性电极、水泵，电源与转换仪器相连，转换仪器将直流电转化为全波整流交流电，转换仪器分别连接两个驱动电极，驱动电极之间设有双极性电极；上述装置安装在地下水污染羽状体下游，在含水层设立一个可渗透反应区域，将驱动电极和双极性电极引入可渗透反应区域，受污染的地下水经可渗透反应区域净化后经水泵抽出。

其中，优选方案如下：

所述的双极性电极(BPEs)和驱动电极分别采用铁基材料和惰性材料。活性金属材质可以为铁，不锈钢等。惰性材料可以选用钛基IrO2/Ta2O5复合电极，石墨或金属铂等；

所述的提供低压直流电的仪器为直流电源，太阳能板等；