利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及环境污水处理领域，特别涉及一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的方法及其装置。本发明将等离子体技术应用于含有As(III)、As(V)、Fe(III)、Fe(II)离子的冶金、采矿等废水的处理体系，利用辉光放电体系将As(III)转化为毒性更小的As(V)，将溶液中的Fe(II)氧化为Fe(III)，同时在辉光放电等离子体体系中在合适的pH以及较优的铁砷摩尔比的范围内可以快速生成砷酸铁的难容性非晶化合物沉淀，实现高效的砷的去除。
【专利说明】利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境污水处理领域，特别涉及一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的方法及其装置。
【背景技术】
[0002]砷(As)是一种在地壳中广泛分布的元素，并被公认为一种有毒的致癌物质。As的化合物有三价和五价两种形态，As (III)的毒性和流动性更大。研究表明，以AsO广存在的As(III)比以么8043_存在的4^)的毒性要高出60倍。砷化物在采矿、冶炼、玻璃制造、农药和木材防腐剂等生产领域得到广泛应用的同时，致使相当数量的砷化合物进入环境，并通过化学过程和生物转化效应以不同形态存在于水体、土壤、植物、动物、海洋生物和人体内，并且在各砷化物之间形成循环。
[0003]根据世界卫生组织的研究，只要在饮用水中出现少量的As，就足以对人体的健康发生危害。长期饮用含As的水，将可能导致皮肤色素沉积、皮肤角质化、皮肤癌、膀胱癌、高血压、心脑血管病、神经病变、糖尿病等一系列健康问题。鉴于As对人体健康的巨大危害以及As污染的日趋严重，1993年，WHO率先将饮用水中As的指标值由50 μ m/L降至ΙΟμπι/L。随后，日本、欧盟、美国也分别将各自的饮用水As标准定为lOyg/L。我国目前使用的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求饮用水中As的最大浓度必须低于10μ g/L。因此对于含有高浓度砷工业废水的处理是十分紧迫的。
[0004]目前，混凝 除As法中铝、铁基絮凝剂被广泛应用，该方法主要是利用混凝剂强大的吸附作用吸附砷，然后通过过滤或用滤膜除去水中的砷。实验结果表明，铁盐对砷的去除效率明显高于铝盐。铁盐是最经济、最有效的沉淀剂。但是As(III)毒性较大且难以被絮凝实现完全的去除。而As(V)的毒性相对较小，并且易被吸附，得以高效去除。因此应用絮凝技术除砷之前需要对As(III)进行预氧化，即把AS(III)先氧化成As (V)，然后再进行去除。常用的氧化剂主要有漂白粉、双氧水、氯气、臭氧和二氧化锰等。但该方法需要投加大量的絮凝剂，产生大量的含砷废渣也会造成二次污染，因此使该方法的应用受到限制。
[0005]因此针对已有的关于三价砷处理技术的缺陷，急需开发出一种绿色、高效的三价砷处理技术。一步法实现三价砷的快速氧化、将砷从废液中的脱除，并且减少最终产生含砷废渣的的量。臭葱石是一种砷酸铁晶体，其溶解度小、性质稳定、含砷量可高达30%。因此对于大浓度的含砷废水，可将砷转化为砷酸铁晶体，达到固砷的目的。常用的方法是在温度高于150° C水热法或者在大气氛围下95 ° C条件下控制中和法，但是这些方法成本较高，所需时间较长不利于大规模应用。
[0006]直流辉光放电等离子体水处理技术是一种新型的高级氧化技术，主要原理是在直流高压的作用下在高压针电极周围的气体将被击碎成正离子和电子，这些粒子在高电压的作用下加速获得高能量，从而与其它物质发生碰撞，从而产生新的电子、离子以及自由基、化学物质等。目前，该种技术已经广泛的被应用于废水中有机污染物的处理，利用产生的羟基自由基和过氧化氢等物质实现对有机物的最终去除。但是该种技术应用于含有有毒无机离子的处理研究还未得到大家全面关注。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术中的不足，提供一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的方法及其装置。
[0008]本发明将等离子体技术应用于含有As (III) ,As (V)、Fe (III)、Fe (II)离子的冶金、采矿等废水的处理体系，利用辉光放电体系将As (III)转化为毒性更小的As (V)，将溶液中的Fe(II)氧化为Fe(III)，同时在辉光放电等离子体体系中产生砷酸铁化合物沉淀，实现原位沉淀去除砷。
[0009]本发明的技术方案是:
一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，包括以下步骤:
(1)将待处理的含有As(III)废水溶液调节pH值和电导率值，调节废水溶液中Fe (II)的浓度，导入到电极辉光放电水处理装置；
(2)在大气氛围下进行辉光放电，接通直流电源进行放电处理；放电处理后溶液中As(III)氧化为As (V)，同时Fe (II)转化为Fe(III)，As(V)与Fe(III)产生砷酸铁共沉淀，实现对砷的固定脱除。
[0010]在以上方案的基础上，所述步骤(1)中将含有As (III)废水溶液pH值调节为3-6，电导率调整到0.5-6 mS/cm。
[0011]在以上方案的基础上，所述步骤(1)中将含有As (III)废水溶液pH值调节为6，电导率调整到3 mS/cm。
[0012]在以上方案的基础上，所述步骤(1)中调节废水溶液中Fe(II)/ As(III)摩尔比为 2-4。
[0013]在以上方案的基础上，所述步骤(2)中的直流电源的电压为480-1000V，电流为80_500mAo
[0014]在以上方案的基础上，所述的步骤(2)中放电处理过程中进行搅拌，搅拌速率为2-3 转 /s。
[0015]本发明还公开了一种上述方法中采用的电极辉光放电水处理装置，包括碳棒阴极、不锈钢阳极、玻璃反应器、玻璃管，所述碳棒阴极和玻璃管分别设置在所述的玻璃反应器上盖上；所述玻璃反应器外围设置冷肼夹层，所述冷肼夹层上设置冷却入水口和冷却出水口 ；所述玻璃管的底部用石英砂芯密封，所述不锈钢阳极置于所述的玻璃管内。
[0016]在以上方案的基础上，所述的不锈钢阳极的数量为1-6根。
[0017]在以上方案的基础上，所述的玻璃反应器内设置搅拌磁子。
[0018]本发明的有益效果是:
接触辉光放电过程中可以产生大量的羟基自由基和过氧化氢等物质，同时产生宽波长的紫外光。其中生成的羟基自由基等活性物质可有效的将As(III)氧化为As(V)。同时产生的过氧化氢由于有铁离子的存在发生芬顿反应，能够促进羟基自由基的生成，强化As(III)的氧化。因此能够实现As (III)的快速氧化，同时在羟基自由基和过氧化氢的作用下Fe(II)可转化为Fe(III)。在合适的pH以及较优的铁砷摩尔比的范围内可以快速生成砷酸铁的难容性非晶化合物沉淀，实现高效的砷的去除。【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图1为本发明的电极辉光放电装置的结构示意图；
附图2为本发明的电极辉光放电装置的俯视图；
附图3为不同pH值条件下总砷的去除效率；
附图4为不同pH值条件下五价砷的生成效率。
【具体实施方式】
[0020]本发明的【具体实施方式】如下:
实施例1: 一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，包括以下步骤:
(1)将待处理的含有As(III)废水溶液调节pH值为3和电导率值6 mS/cm，调节废水溶液中Fe (II)的浓度，使废水溶液中Fe (II)/ As(III)摩尔比为2，导入到电极辉光放电水处理装置；
(2)所述的辉光放电反应器如图1所示，应用4根针电极为不锈钢阳极，阴极为碳棒电极，并通过底部密封砂芯的玻璃管与溶液相隔离，在放电时每根针电极与液面相接触，正常工作直流电压为480V，电流为80mA，放电在大气氛围下，搅拌速率为2转/s ;放电处理后溶液中As (III)氧化为As (V)，同时Fe (II)转化为Fe (III)，As(V)与Fe (III)产生砷酸铁共沉淀，实现对砷的固定脱除。
[0021]实施例2:
一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，包括以下步骤:
(1)将待处理的含有As(III)废水溶液调节pH值为6和电导率值I mS/cm，调节废水溶液中Fe (II)的浓度，使废水溶液中Fe (II)/ As(III)摩尔比为4，导入到电极辉光放电水处理装置；
(2)所述的辉光放电反应器应用2根针电极为不锈钢阳极，阴极为碳棒电极，并通过底部密封砂芯的玻璃管与溶液相隔离，在放电时每根针电极与液面相接触，正常工作直流电压为1000V，电流为500mA，放电在大气氛围下，搅拌速率为2转/s ;放电处理后溶液中As(III)氧化为As (V)，同时Fe (II)转化为Fe(III)，As(V)与Fe(III)产生砷酸铁共沉淀，实现对砷的固定脱除。
[0022]实施例3:
如图1和图2所示，一种电极辉光放电水处理装置，包括碳棒阴极(I)、不锈钢阳极
(2)、玻璃反应器(3)、玻璃管(4)，所述碳棒阴极(I)和玻璃管(4)分别设置在所述的玻璃反应器(3)上盖上；所述玻璃反应器(3)外围设置冷肼夹层(6)，所述冷肼夹层(6)上分别设置冷却入水口(7)和冷却出水口(8);所述玻璃管(4)的底部用石英砂芯密封，所述不锈钢阳极(2)置于所述的玻璃管(4)内。
[0023]调配待处理溶液:As(III)浓度为0.8mM、Fe(II)浓度为1.6mM的混合溶液250mL,利用硫酸钠将溶液电导率调整至3.0mS/cm左右，并用硫酸将pH值调至3，4，5，6四种溶液，分别注入辉光放电反应器中，在电压约为570V，电流100mA，采用一根针电极的条件下放电处理10分钟，搅拌速率为3转/S。[0024]如图3所示，在处理过程中废水溶液中的总砷含量不断的减少，同时溶液中伴随着白色沉淀生成，在PH为6时去除效果最佳。
[0025]如图4所示，在放电处理前一分钟内，废水溶液中不断有五价砷的生成，接着由于五价砷开始向砷酸铁的沉淀转化，五价砷的量不断减少。放电后经一段时间静置，溶液底部有白色沉淀生成，即为砷酸铁非晶固体。
[0026]由此可见，利用辉光放电处理含有As(III)的废水时，通过调节Fe (II)的含量，可快速的实现砷的 氧化和固定脱除。
【权利要求】
1.一种利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将待处理的含有As(III)废水溶液调节pH值和电导率值，调节废水溶液中Fe (II)的浓度，导入到电极辉光放电水处理装置； (2)在大气氛围下进行辉光放电，接通直流电源进行放电处理；放电处理后溶液中As(III)氧化为As (V)，同时Fe (II)转化为Fe (III)，As(V)与Fe (III)产生砷酸铁共沉淀，实现对砷的固定脱除。
2.根据权利要求1所述的利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中将含有As (III)废水溶液pH值调节为3-6，电导率调整到0.5-6mS/cm。
3.根据权利要求2所述的利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中将含有As (III)废水溶液pH值调节为6，电导率调整到3 mS/cm。
4.根据权利要求1所述的利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中调节废水溶液中Fe(II)/ As(III)摩尔比为2_4。
5.根据权利要求1所述的利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于，所述的步骤(2)中放电处理过程中进行搅拌，搅拌速率为2-3转/S。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用辉光放电高效快速氧化固定废水中砷的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中的直流电源的电压为480-1000V，电流为80-500mA。
7.一种根据权利要求1中所述的电极辉光放电水处理装置，其特征在于:包括碳棒阴极(I)、不锈钢阳极(2)、玻璃反应器(3)、玻璃管(4)，所述碳棒阴极(I)和玻璃管(4)分别设置在所述的玻璃反应器(3)上盖`上；所述玻璃反应器(3)外围设置冷肼夹层(6)，所述冷肼夹层(6)上分别设置冷却入水口(7)和冷却出水口(8);所述玻璃管(4)的底部用石英砂芯密封，所述不锈钢阳极(2 )置于所述的玻璃管(4 )内。
8.根据权利要求5所述的电极辉光放电水处理装置，其特征在于所述的不锈钢阳极(2)的数量为1-6根。
9.根据权利要求5所述的电极辉光放电水处理装置，其特征在于所述的玻璃反应器(3)内设置搅拌磁子(9)。
【文档编号】C02F1/467GK103864185SQ201410057180
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】郑经堂, 江波, 郭建波, 谭明慧, 吴明铂, 吴文婷, 薛庆忠, 胡平 申请人:中国石油大学(华东)