CN104724797B - 一种锰离子强化电化学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，具体涉及一种锰离子强化电化学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，上述待处理水通入电化学反应器中，投加浓度为0.1～5.0mmol/L的硫酸锰溶液或氯化锰溶液，调节电流密度为0.5～10mA/cm²；电化学处理时间为5～20分钟，采用直流电源供电。本发明所述的电化学方法可快速有效去除五价锑污染物。

Description

一种锰离子强化电化学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，具体涉及一种锰离子强化电化学去除水中五价锑污染物的方法。

背景技术

受人类活动与自然过程的影响，水体中锑污染日益严重。在受污染的水体中，锑酸盐主要以三价和五价两种价态存在，其中以五价态的锑存在形式更常见。目前，去除水中锑污染物的方法主要包括吸附过滤法、混凝沉淀法、和离子交换法等。与三价锑相比，五价锑的电负性大，溶解度高，上述方法难以将其有效去除。

近年来，电化学方法在水处理中的应用得到了重视，尤其在重金属废水处理中受到了青睐。电化学净水方法可通过电化学的作用，让待处理水中的污染物经过絮凝、沉淀、氧化及还原等过程单一或组合作用得到净化去除。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。已授权专利(201310319985.X)公开了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。该方法可快速还原五价锑为三价锑，将其快速去除。但是亚硫酸钠较不稳定，还原性极易失效。同时此方法的处理成本也较高。因此，寻找一种处理成本较低、性质稳定的药剂来强化电化学去除五价锑的方法显得日益紧迫。

锰酸盐在水处理中得到了广泛的应用，通常是将高锰酸钾与硫酸锰或氯化锰按照一定比例混合，利用高锰酸钾的氧化性将污染物进行氧化，同时高锰酸钾与锰离子反应也生成具有较高吸附活性的二氧化锰，将污染物有效的吸附去除。此类复合氧化药剂处理五价锑污染物不适用，因为五价锑需要被还原为易于去除的三价锑。但能否将硫酸锰或氯化锰与电化学过程相结合，达到将五价锑还原成三价锑，同时将锰离子氧化为具有较高吸附活性的二氧化锰的目的，现有技术中未给出相关启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰离子强化电化学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，与外加的锰离子组合，有效还原五价锑污染物，同时生成二氧化锰可强化电絮凝作用，通过吸附、絮凝与共沉淀等多过程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，然后投加硫酸锰溶液或氯化锰溶液，使得所述硫酸锰溶液或氯化锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为0.1～5.0mmol/L，调节电流密度为0.5～10mA/cm²，极板面积与待处理水体积比为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。

所述硫酸锰或氯化锰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，将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至5.5或6.5；

优选的，调节电流密度为1、5、7mA/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锰离子协同作用，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。

有益效果：

(1)将锰离子与电化学结合，意外发现锰离子可以促进电化学作用，将五价锑还原为三价锑。

(2)锰离子在此过程中被氧化产生生成的二氧化锰，可以有效强化絮凝吸附去除还原生成的三价锑，强化锑污染物去除。

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。采用直流电源进行供电，电流密度为10mA/cm²，极板面积与待处理水体积为1/10m²/m³，极板间距为1cm。配制含Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺浓度为500mg/L，调节水的pH值至5.5，将待处理的水泵入电化学反应器中，然后投加硫酸锰溶液，使得所述硫酸锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为5.0mmol/L。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2.5μg/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。上述操作条件下，不添加硫酸锰溶液，处理后水中锑含量浓度50μg/L，高于我国《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，钢板为阴极。采用直流电源进行供电，电流密度为0.5A/m²，极板面积与待处理水体积为1/10m²/m³，极板间距为1cm。待处理的水泵入电化学反应器，待处理水中Sb⁵⁺浓度为250μg/L，调节水的pH值至6.5，投加氯化锰溶液，使得所述氯化锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为0.5mmol/L。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3.5μg/L。上述操作条件下，不添加氯化锰溶液，处理后水中锑含量浓度18μg/L。

实施例3

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极。采用直流电源进行供电，电流密度为7A/m²，极板面积与待处理水体积为1/5m²/m³，极板间距为2cm。将待处理的水泵入电化学反应器，待处理水中Sb⁵⁺浓度为50mg/L，调节水的pH值至4，投加硫酸锰溶液，使得所述硫酸锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为2.0mmol/L。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1.5μg/L。上述操作条件下，不添加硫酸锰溶液，处理后水中锑含量浓度35μg/L。

实施例4

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极。采用直流电源进行供电，电流密度为5mA/cm²，极板面积与待处理水体积为1/5m²/m³，极板间距为2cm。配制含Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺浓度为50μg/L，调节水的pH值至8，并分4次投加硫酸锰溶液，使得所述硫酸锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为3.5mmol/L，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1.5μg/L。

实施例5

在电化学反应器中，铁板为阳极，钢板为阴极。采用直流电源进行供电，电流密度为1mA/cm²，极板面积与待处理水体积为1/10m²/m³，极板间距为1cm。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，并连续投加氯化锰溶液，使得所述氯化锰溶液在电化学反应器中的最终浓度为4.5mmol/L，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1.5μg/L。

Claims (4)

1.一种锰离子强化电化学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，上述待处理水通入电化学反应器中，然后投加硫酸锰溶液或氯化锰溶液，使得所述锰离子溶液在电化学反应器中的最终浓度为0.1～5.0 mmol/L；调节电流密度为0.5～10 mA/cm²；电化学处理时间为5～20分钟，采用直流电源供电。

2.根据权利要求1所述的一种锰离子强化电化学去除水中五价锑污染物的方法，其特征在于，所述投加的硫酸锰溶液或氯化锰溶液的方式为一次性添加、分批添加或连续流加。

3.根据权利要求1所述的一种锰离子强化电化学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5.5或6.5。

4.根据权利要求1所述的一种锰离子强化电化学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或5或7 mA/cm²。