CN105347445A - 一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法，该方法的具体步骤如下：向含微污染物的水中投加过硫酸盐，然后以铁电极为电极对含微污染物的水通电电解，并搅拌均匀，即完成对所述微污染物的去除；其中过硫酸盐的投加量与所述微污染物的摩尔比为1:1-50:1。该方法的反应速度快，操作简单，有较为明显的性价比优势；亚铁离子在电极阴极区还原再生，一方面确保反应的快速持续进行，另一方面在保证一定的絮凝效果的同时，避免产生过多的絮凝沉淀。

Description

一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法
技术领域
本发明涉及一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
近年来，随着工农业水平的迅速发展及人民生活水平的不断提高，以药物与个人护理品(PPCPs)为代表的有毒有害微污染物在全球大量生产和使用。20世纪90年代以来，PPCPs开始在地下水、地表水、土壤、沉积物等中被频繁检出，虽然PPCPs的浓度往往很低，但是痕量的PPCPs仍能对生态系统、人体健康等造成不利的影响。而传统的混凝、沉淀、过滤工艺对这类微污染物的去除效率极低，因此，在饮用水水源不断受到有机微污染物威胁的情况下，研究新型高效的去除水中微量难降解有机物的工艺从而有效地提高饮用水水质,对我国的可持续性发展具有极其重要的战略意义。
过硫酸盐是一种环境友好型药剂，能够被金属离子或者能量激发产生羟基自由基和硫酸根自由基，硫酸根自由基相较于羟基自由基有着更高的氧化能力和选择性，所以可以更有效的去除有机物。与电絮凝联用不需要外加铁源，反应体系自身产生的Fe2+可以彻底激发自由基，同时，不断产生的Fe(OH)3絮体可以对有机污染物进行混凝。两者协同可以更有效的去除有机微污染物。
发明内容
本发明的目的是为去除目前饮用水和地下水中存在的多种有毒有害的微污染物的问题，而提供了一种铁电极活化和过硫酸盐联用去除水中微污染物的方法。本发明的方法可以快速高效地去除水中的药物与个人护理品、持久性有机污染物、农药等。
本发明的技术方案是，提供一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法，其特征在于，具体步骤如下：向含微污染物的水中投加过硫酸盐，然后以铁电极为电极对含微污染物的水通电电解，并搅拌均匀，即完成对所述微污染物的去除；其中过硫酸盐的投加量与所述微污染物的摩尔比为1:1-50:1。
进一步地，先将含微污染物的水的pH值调节至2-11，再通电电解。
进一步地，所述pH值为2.8-3.2。
进一步地，所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸镁中的一种或几种混合。
进一步地，所述铁电极为金属铁片。
进一步地，所述电流密度为1.6-8.3mA/cm2。
进一步地，所述微污染物包括药物与个人护理品、持久性有机污染物。
进一步地，所述微污染物为奥卡西平。
具体通电时间应以实际水体中污染物浓度和总量计。
为实现上述目的，本发明的具体实施步骤为：向含有微污染物的水中投加过硫酸(氢)盐，然后接通电源，启动磁力搅拌器使均匀反应，即完成了微污染物的去除。其中过硫酸(氢)盐的投加量按与水中微污染物的摩尔比为1:1～50:1投加。所述过硫酸(氢)盐指过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸镁、过硫酸氢钠、过硫酸氢钾、过硫酸氢铵、过硫酸氢钙、过硫酸氢镁中的一种或几种按任意比混合的混合物。
本发明的原理是将过硫酸(氢)盐投加到电化学体系中，由于电解产生的铁离子均为Fe2+，因此体系中会源源不断的产生铁源对过硫酸(氢)盐进行激发，产生Fe(OH)3絮体的同时也会产生羟基自由基和硫酸根自由基，两种自由基均为高效广谱的高级氧化自由基，从而不同程度的氧化水中各种有机微污染物。因此，在铁电极活化过硫酸(氢)盐方法中，两种自由基共同作用，可以实现快速去除水中的各种微污染物。其具体的反应方程式如下：
电极反应：
阳极:4Fe(s)→4Fe2+ (aq)+8e-
4Fe2+ (aq)+10H2O(l)+O2(aq)→4Fe(OH)3(s)+8H+ (aq)
阴极:8H+ (aq)+8e-→4H2(g)
激发自由基：
Fe2++S2O8 2-→Fe3++SO4 -·+SO4 2-
Fe2++HSO5 -→Fe3++SO4 -·+OH-
SO4 -·+H2O→HSO4 -+OH·
与其他以过硫酸(氢)盐等物质为氧化剂的高级氧化方法相比，本发明的有益效果是，(1)反应速度快，操作简单，有较为明显的性价比优势；(2)亚铁离子在电极阴极区还原再生，一方面确保反应的快速持续进行，另一方面在保证一定的絮凝效果的同时，避免产生过多的絮凝沉淀。
附图说明
图1表示实施例1和其他方式去除奥卡西平的效果对比图。
图2表示实施例1与普通亚铁离子活化过硫酸盐的对奥卡西平的去除效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1：
本实施例提供一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法，具体步骤如下：配制好待处理的含微污染物的水溶液作为待处理溶液，体积200mL，电流密度5.0mA/cm2，搅拌转子的转速200r/min，初始奥卡西平浓度20μM，过硫酸钠浓度0.5mM(其中，M即mol/L，μM即10-6mol/L，mM即10-3mol/L，下同)，用稀硫酸将溶液初始pH调至3.0，以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达92％。
对比例1：
按实施例1的方法，以单独通电和单独用过硫酸盐氧化除去微污染物的作为对比，其结果如图1所示，单独通电电解(或称电絮凝)和单独过硫酸盐氧化在10min内对奥卡西平(OXC)的去除率仅有10％和1％，远低于铁电极活化过硫酸盐对奥卡西平的去除效率。图中，纵坐标以ln(OXC0/OXCt)计，其中OXC0表示奥卡西平初始浓度；OXCt表示t时刻(即横坐标)奥卡西平浓度。
对比例2
由于铁电极活化过硫酸盐的本质为亚铁离子活化过硫酸盐，因此将本工艺与亚铁离子活化过硫酸盐进行对比，亚铁离子的添加量根据法拉第定律计算，具体的量与通电10min产生的铁离子量相同，结果如图2所示，因为亚铁离子是过量的，所以初始几分钟去除效率高于铁电极活化，但4分钟以后，由于铁电极活化可以充分利用亚铁离子和过硫酸盐，所以10min内铁电极活化过硫酸盐对奥卡西平的去除率高于亚铁离子活化。
实施例2
配制待处理的溶液体积200mL，电流密度1.6mA/cm2，转子转速200r/min，初始奥卡西平浓度20μM，过硫酸钾浓度0.5mM，用稀硫酸将溶液初始pH调至5.0。以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达75％。
实施例3
配制待处理的溶液体积200mL，电流密度8.3mA/cm2，转子转速200r/min，初始奥卡西平浓度20μM，过硫酸氢钠浓度0.5mM，初始pH为7.0。以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达82％。
实施例4
配制待处理的溶液体积200mL，电流密度4.0mA/cm2，转子转速200r/min，初始奥卡西平浓度20μM，过硫酸钠浓度1.0mM，初始pH为7.0。以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达81％。
实施例5
配制待处理的溶液体积200mL，电流密度5.0mA/cm2，转子转速200r/min，初始奥卡西平浓度10μM，过硫酸钠浓度0.5mM，用稀氢氧化钠溶液调节初始pH为9.0。以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达79％。
实施例6
配制待处理的溶液体积200mL，电流密度5.0mA/cm2，转子转速200r/min，初始奥卡西平浓度20μM，过硫酸钠浓度0.5mM，用稀氢氧化钠溶液将初始pH调至11.0。以铁为电极通电电解10min，奥卡西平去除率达76％。

Claims (8)

1.一种铁电极活化过硫酸盐去除水中微污染物的方法，其特征在于，具体步骤如下：向含微污染物的水中投加过硫酸盐，然后以铁电极为电极对含微污染物的水通电电解，并搅拌均匀，即完成对所述微污染物的去除；其中过硫酸盐的投加量与所述微污染物的摩尔比为1:1-50:1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，先将含微污染物的水的pH值调节至2-11，再通电电解。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述pH值为2.8-3.2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸镁中的一种或几种混合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁电极为金属铁片。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流密度为1.6-8.3mA/cm2。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微污染物包括药物与个人护理品、持久性有机污染物。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微污染物为奥卡西平。
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