CN103408108A - 亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法。包括如下步骤：在电化学反应器中，设置铁板为阳极，钢板为阴极；将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至4～8，通入电化学反应器中，并投加在电化学反应器中总浓度为0.05～1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液，调节电流密度为1～5mA/cm²、极板面积与待处理水体积为1/10～1/5m²/m³、极板间距为1～2cm；电化学处理时间为5～20分钟；采用直流电源供电。本发明的电化学方法可快速有效去除五价锑污染物。

Description

亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种快速去除水中五价锑污染物的亚硫酸钠与电化学组合方法。

背景技术

锑是水中一种有毒有害污染物。水中锑的存在形式有三价和五价两种价态，水中三价锑易于去除，但五价锑的电负性较大，在水中溶解度较高，难以去除。目前，去除水中锑污染物的方法主要包括吸附法、混凝沉淀、和离子交换法等。上述方法通常对三价锑去除效果较好，但对五价锑去除能力有限。

电化学方法是一种有效的净水技术，是通过在水中发生电化学反应，经过絮凝、沉淀、氧化及还原等过程单一或组合作用，使污染物得到净化处理。已有文献报道采用铝板为电极，通过电絮凝作用去除锑污染物，此方法去除三价锑污染物效果较好，对五价锑的去除率较低。申请专利（申请号：201310059368.0）中也公开了一种电化学去除五价锑的方法，利用电化学阴极将五价锑还原为三价锑，然后通过吸附、混凝与共沉淀共同作用将三价锑去除。在此方法处理过程中，一方面单独的电化学还原作用还原五价锑速率较低，同时由于受到传质控制，因此五价锑的去除效率有待提高。亚硫酸钠是一种常用的还原剂，但是采用单独的亚硫酸钠难以单独还原五价锑污染物。本次本发明将电化学还原与亚硫酸钠结合使五价锑得到有效还原，然后通过电化学作用使其有效去除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，利用阳极溶解方法产生亚铁和铁离子，与外加的亚硫酸钠组合，有效还原五价锑污染物，进而通过絮凝与共沉淀作用去除生成的三价锑污染物，从而使水中的锑污染物得到有效去除。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

针对水中五价锑污染物难以去除，而三价锑易去除的特点，在电化学反应器中，设置铁板为阳极，钢板为阴极；将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至4～8，上述待处理水通入电化学反应器中，投加在电化学反应器中的总浓度为0.05～1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液，调节电流密度为1～5mA/cm²、极板面积与待处理水体积为1/10～1/5m²/m³、极板间距为1～2cm；电化学处理时间为5～20分钟，采用直流电源供电。

优选的，所述亚硫酸钠溶液在电化学反应器中的总浓度为0.05、0.1、0.5或1.0mmol/L。

所述亚硫酸钠溶液的添加方式为一次性添加、分批添加或连续流加；

优选的，亚硫酸钠的添加方式为分批添加或连续流加；

进一步优选的，亚硫酸钠连续流加的速度为0.025-0.1mmol/L·min;

优选的，将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至4.5、5.6或6.5；

优选的，调节电流密度为1、2、5mA/cm²。

通过上述过程实现对水中五价锑污染物的高效去除。经过电化学处理后，水中锑污染物的含量低于我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中规定的锑限定浓度值5μg/L。

在电化学反应器中，通过阴极亚铁离子及亚硫酸钠的电还原作用将五价锑（Sb⁵⁺）还原为三价锑（Sb³⁺）。阳极铁（Fe）在阳极电位作用下发生电化学溶解反应，产生亚铁离子和铁离子，进一步水解形成铁絮体或铁氧化物。三价锑污染物通过与铁盐的共沉淀或絮凝作用得到净化去除，其反应如下：

Fe→Fe²⁺+2e^-

在碱性或中性条件下：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

在酸性条件下：4Fe²⁺+O₂+2H₂O→4Fe³⁺+4OH^-。

Sb³⁺+Fe³⁺+3OH^-→Sb³⁺Fe(OH)₃

有益效果：

本发明通过将亚硫酸钠与电化学组合使用的方式，意外的发现亚硫酸钠的添加能显著提高五价锑还原为三价锑的效率；通过阳极溶解方法产生铁离子实现与三价锑的混凝与共沉淀协同作用，使水中五价锑污染物得到有效去除。且相同条件下，通过分批添加或连续流加的方式加入亚硫酸钠，能进一步优化污染物中五价锑的去除效果，降低其残留浓度。

具体实施方式

实施例1

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极，铁板阳极与钢板阴极的极间距为1cm，极板面积与待处理水体积比为1/10(m²/m³)。采用直流电源进行供电，电流密度为1mA/cm²。配制含Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺浓度为60μg/L，调节水的pH值至4.5，并投加在电化学反应器中总浓度为1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液。将待处理的水泵入电化学反应器中，反应处理时间为20分钟。上述操作条件下，处理后出水水质中锑含量为2.3μg/L，低于我国《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006）中规定的锑限定浓度5μg/L。上述操作条件下，不添加亚硫酸钠溶液，处理后水中锑含量浓度6.5μg/L，低于我国《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006）中规定的锑限定浓度5μg/L。

实施例2

在电化学反应器中，铁板为阳极，铜板为阴极，铁板阳极和铜板阴极的极板间距为1.5cm，极板面积与待处理水体积比为1/5(m²/m³)。采用直流电源进行供电，电流密度为5A/m²。待处理水中Sb⁵⁺浓度为35μg/L，调节水的pH值至5.6，投加在电化学反应器中总浓度为0.5mmol/L的亚硫酸钠溶液。待处理的水泵入电化学反应器，电化学处理时间为15分钟。上述操作条件下，处理后水中锑含量浓度2μg/L。上述操作条件下，不添加亚硫酸钠溶液，处理后水中锑含量浓度6μg/L。

实施例3

在电化学反应器中，铁板为阳极，铜板为阴极，铁板阳极和铜板阴极的极板间距为1.5cm，极板面积与待处理水体积比为1/5(m²/m³)。采用直流电源进行供电，电流密度为1A/m²。待处理水中Sb⁵⁺浓度为15μg/L，投加在电化学反应器中总浓度为0.05mmol/L的亚硫酸钠溶液，调节水的pH值至6.5。将待处理的水泵入电化学反应器，电化学处理时间为5分钟。上述操作条件下，处理后出水水质中锑浓度为0.9μg/L。上述操作条件下，不添加亚硫酸钠溶液，处理后水中锑含量浓度3.2μg/L。

实施例4

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极，铁板阳极与钢板阴极的极间距为1cm，极板面积与待处理水体积比为1/10(m²/m³)。采用直流电源进行供电，电流密度为1mA/cm²。配制含Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺浓度为60μg/L，调节水的pH值至4.5，并分4次投加在电化学反应器中总浓度为1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液，反应处理时间为20分钟。上述操作条件下，处理后出水水质中锑含量为2.1μg/L。

实施例5

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极，铁板阳极与钢板阴极的极间距为1cm，极板面积与待处理水体积比为1/10(m²/m³)。采用直流电源进行供电，电流密度为1mA/cm²。配制含Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺浓度为60μg/L，调节水的pH值至4.5，并以0.05mmol/L·min的流速连续投加在电化学反应器中总浓度为为1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液，反应处理时间为20分钟。上述操作条件下，处理后出水水质中锑含量为1.8μg/L。

Claims (7)

1.亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于，在电化学反应器中投加亚硫酸钠溶液。

2.如权利要求1所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于，具体步骤如下：在电化学反应器中，设置铁板为阳极，钢板为阴极；将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至4～8，通入电化学反应器中，并投加在电化学反应器中总浓度为0.05～1.0mmol/L的亚硫酸钠溶液，调节电流密度为1～5mA/cm²、极板面积与待处理水体积为1/10～1/5m²/m³、极板间距为1～2cm；电化学处理时间为5～20分钟；采用直流电源供电。

3.根据权利要求1或2所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于，投加的亚硫酸钠溶液在电化学反应器中的总浓度为0.05、0.1、0.5或1.0mmol/L。

4.根据权利要求1或2所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于投加的亚硫酸钠溶液的方式为一次性添加、分批添加或连续流加。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于投加的亚硫酸钠溶液的方式为连续流加，流速为0.025-0.1mmol/L·min。

6.根据权利要求1或2所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于所述含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节为4.5、5.6或6.5。

7.根据权利要求1或2所述的亚硫酸钠与电化学组合快速去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于所述电流密度为1、2、5mA/cm²。