CN203360077U

CN203360077U - 一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置

Info

Publication number: CN203360077U
Application number: CN2013204669862U
Authority: CN
Inventors: 张旭志; 曲克明; 朱建新; 赵俊; 陈聚法; 陈碧鹃; 马绍赛; 谷孝磊
Original assignee: Yellow Sea Fisheries Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences
Current assignee: Yellow Sea Fisheries Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-08-01

Abstract

一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，属于水处理技术领域，去除装置包括电源、反应池、阴极电极板、阳极电极板、进水口、出水口、阳极固定杆、阴极固定杆和去沉淀装置；本实用新型原理是通过电解天然地下海水产生氧自由基、次氯酸根和氢氧根；氧自由基和次氯酸根将Fe（II）、Mn（II）和As（III）氧化成高价态Fe（III）、Mn（IV）和As（V）；Fe（III）和Mn（IV）生成氢氧化物沉淀；沉淀强烈吸附As（V）形成共沉淀，然后过滤即可去除地下海水中无机砷，本实用新型装置和方法在去除地下海水中无机砷的同时也去除了Fe（II）和Mn（II），使地下海水符合养殖用水标准，同时增加了水中的溶氧量。

Description

一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，具体地涉及一种水产养殖用地下海水中无机砷（As（III）和As（V））的去除装置

背景技术

对包括人在内的众多生物体，砷(As)不是必需元素，而是一种毒性物质。主要以砷酸盐和亚砷酸盐形式存在的无机砷，其毒性远高于有机砷，且As(Ⅲ)毒性强于As(V)。短时间大量进食无机砷会引致急性中毒，长期过量摄入则会损害皮肤以及引起慢性肝脏病变，国际癌症研究机构于1980年将无机砷正式确认为人类致癌物。研究表明，一些海生生物的体内含有非常高浓度水平的砷，因而严重威胁海产品食用安全性。

海产品中砷元素的存在几乎全部源于水产养殖环境（特别是水体环境中溶解态无机砷），因此，符合要求的渔业水体质量是保证水产品质量的先决条件。地下海水大部分来源于海水，具有不携带病毒、带菌率低、受工农业污染较轻、常年恒温等特点，是养殖用海水优良替代资源，在我国已经得到了广泛的开发与应用。但是，由于地下水的还原性环境和较低的pH条件，其中砷主要以As（Ⅲ）形式存在。较之于As（V），As（Ⅲ）与土壤、沉积物及金属氧化物等亲和力差，因而通常能够保持高浓度存在，对养殖生产带来严重影响。按照无公害食品—海水养殖用水水质（NY5052-2001）要求，水体中砷浓度应该不高于0.03mg/L。对于天然浓度高于限值的地下海水，必须预先采取砷去除措施。

适于水体中砷的去除方法与技术主要有吸附法、混凝法、离子交换法、膜分离、生物法、化学氧化-混凝-过滤法等，特点分别如下：

吸附法。利用活性氧化铝、活性炭等具有大表面积或吸附基团的吸附作用去除砷。该方法工艺简单，但运行成本高。

混凝法。氢氧化铁等能与As（V）发生吸附作用形成络合物，从而实现共沉淀。该方法对As（V）的去除能力在90%以上。然而只能实现As（V）的有效去除，对As（III）的效果不明显。

离子交换法。使用交换树脂实现水中砷的去除，工艺简单，但是运行成本高，效果受水质干扰大。

膜分离。主要是利用功能膜较小的孔径和正电荷特性截留水中的砷，从而达到去除目的。本方法虽然效率较高，但运行维护费用也较高，难以推广。

生物法。利用对砷具有富集或者转化作用的生物去除该元素。优点是环境友好，缺点是效率低，环境条件要求苛刻，因而真正的工程应用很少。

化学氧化-混凝-过滤法。通过投放双氧水、高锰酸钾等氧化性化学试剂，将As（III）氧化成As（V），然后与合适试剂混凝形成沉淀，过滤去除砷元素。虽然处理速度快，但试剂剂量难以确定，且易产生有害残余物。

上述方法与技术多限于淡水水处理。适用于水产养殖用地下海水中砷的去除装置与方法目前尚无报道。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，利用本实用新型装置和方法可以同时去除海水中的无机砷（即As（III）和As（V））、Fe（II）和Mn（II），处理后的水质满足无公害食品—海水养殖用水水质要求。

本实用新型原理：电解天然地下海水产生氧自由基、次氯酸根和氢氧根；氧自由基和次氯酸根将Fe（II）、Mn（II）和As（III）氧化成高价态Fe（III）、Mn（IV）和As（V）；Fe（III）和Mn（IV）生成氢氧化物沉淀；沉淀强烈吸附As（V）形成共沉淀，然后过滤即可去除地下海水中无机砷。

本实用新型通过以下具体步骤实现：

一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，包括电源、反应池、阴极电极板、阳极电极板、进水口、出水口、阳极固定杆、阴极固定杆和去沉淀装置；阴极电极板和阳极电极板在反应池中竖直均匀分布、平行交错排列；电源正电极与阳极固定杆连接，电源负电极与阴极固定杆连接，阳极固定杆和阴极固定杆放在反应池上，阳极固定杆和阴极固定杆分别有伸入反应池内的支杆，阳极固定杆通过支杆连接阳极电极板，阴极固定杆通过支杆连接阴极电极板，阳极固定杆和阴极固定杆用于固定阴极电极板和阳极电极板，同时兼起导电作用；去沉淀装置位于反应池的下方，从反应池出水口流出的经过电解处理的海水进入去沉淀装置。

进一步，所述的反应池为玻璃钢池或水泥池。

进一步，所述的去沉淀装置是沉淀池或过滤罐。

进一步，所述的阳极固定杆和阴极固定杆为金属杆。

进一步，所述的阳极固定杆、阴极固定杆与反应池接触段套有绝缘套，与池体绝缘。

进一步，所述的阳极固定杆和阴极固定杆上套有绝缘套。

进一步，所述的阳极电极板为石墨板或者镀钛板，阴极电极板为石墨板。

一种利用上述装置进行水产养殖用地下海水中无机砷的去除方法，具体步骤如下：

（1）构建上述地下海水中无机砷的去除装置。

根据需水量计算要求处理速度，进而计算阴极电极板和阳极电极板的工作面积和数量（≥2块），进而决定反应池体尺寸；

进一步，所述的阴极电极板和阳极电极板工作面积计算公式（阴、阳极对等）：

S=1650Q （1）

其中S——工作面积（cm²）；

Q——流速（m³/h），即处理水速度。

进一步，所述的阴极电极板或阳极电极板数计算公式：

N=S/2M （2）

其中N——电极板数（块），N为整数；

M——每块电极板单面工作面积（cm²）。

进一步，所述的反应池体尺寸计算公式：

长（cm）=N×10+40 （3）

宽（cm）=电极板宽+30 （4）

高（cm）=电极板工作部分高+30 （5）。

（2）检测待处理地下海水中Fe（II）、Mn（II）和As（Ⅲ）的摩尔比，如果Fe（II）+Mn（II）：As（Ⅲ）≥7，直接进行下一步处理；如果比例低于7，向待处理地下海水中加入易溶Fe（II），调整上述比例=7；

（3）设置可调直流稳压电源并将其输出端正电极直接与阳极电极固定杆连接，负电极直接与阴极电极固定杆连接；

进一步，所述的直流稳压电源功率不低于300W。

（4）从进口处泵入待处理地下海水，开通电源，调节电压和电流，保持恒水流和恒电流；

（5）在重力作用下，处理完毕地下海水自动流入去沉淀装置；

（6）定期清理阳极电极板和阴极电极板。

进一步，所述的步骤（6）的清理方法为将阳极电极板、阴极电极板和阳极固定杆、阴极固定杆一起取出，用软性毛刷配合洁净淡水或海水更新电极，以便保持较高电流效率。

本实用新型与现有技术对比的有益效果：

（1）结构简易，易于建设与推广；无需损耗器件，硬件成本低。

（2）电流效率高，能源成本低；运行、维护简便，人力成本低。

（3）本实用新型既能去除As（V），也能有效去除As（III）；同时，还能去除铁（II）和锰（II）。

（4）本实用新型对海水中的砷As（III、V）、Fe（II）、Mn（II）去除率分别可达99%、99%、96%，明显高于现有技术。

（5）适于水产养殖规模应用，每小时处理水体可达200m³。

（6）处理后水体pH、盐度等变化轻微，几乎不产生有害影响，无需后续附加再处理步骤；同时具有增氧效果。

附图说明

图1：本实用新型装置示意图：1、电源，2、阳极固定杆、3、阴极固定杆，4、反应池，5、阳极电极板，6、阴极电极板，7、进水口，8出水口，9、绝缘套，10、支杆，11去沉淀装置。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图，对本实用新型的内容作进一步的解释。但本实用新型的保护范围不受实施例任何形式上的限制。

一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，包括电源1、阳极固定杆2、阴极固定杆3、反应池4、阳极电极板5、阴极电极板6、进水口7、出水口8、和绝缘套9；阳极电极板和阴极电极板在反应池中竖直均匀分布、平行交错排列；电源正电极与阳极固定杆连接，电源负电极与阴极固定杆连接，阳极固定杆、阴极固定杆放在反应池上，阳极固定杆和阴极固定杆分别有伸入反应池内的支杆10，阳极固定杆通过支杆连接阳极电极板，阴极固定杆通过支杆连接阴极电极板，阳极固定杆和阴极固定杆用于固定阳极电极板和阴极电极板，同时兼起导电作用；去沉淀装置11位于反应池的下方，从反应池出水口流出的经过电解处理的海水进入去沉淀装置11。

实施例1莱州湾渤海近岸地下海水中无机砷的去除方法，同时去除其中的Fe（II）和Mn（II）。

背景：该地下海水溶解氧2.6mg/L，pH7.3，盐度41.2‰，Fe（II）6.3mg/L，Mn（II）2.2mg/L，As（Ⅲ、V）1.7mg/L。要求24小时处理地下海水200m³。摩尔比Fe（II）+Mn（II）：As（Ⅲ、V）>7。

一种利用上述装置进行水产养殖用地下海水中As（Ⅲ、V）的去除方法，同时去除Fe（II）和Mn（II），具体步骤如下：

步骤一、无机砷去除装置建设。根据公式（1），计算得到需求电极板工作面积S约为13750cm²。设计电极板尺寸30cm×45cm，其中工作面积30cm×30cm。根据公式（2），计算得到阳极电极板和阳极电极板数均为7.6，取整数值8。根据公式（3）、（4）和（5）计算反应池体内尺寸长×宽×高=120cm×60cm×60cm。

步骤二、购置上述规格长方体玻璃钢材质水池作为反应池置于地面（壁厚8mm）。

步骤三、将16块1cm×30cm×45cm石墨板电极分两组分别作为阳极电极板和阴极电极板，两根140cm长金属杆分别作为阳极固定杆和阴极固定杆，阳极电极板通过支杆按照10cm间距均匀固定在阳极固定杆，阴极电极板通过支杆按照10cm间距均匀固定在阴极固定杆，然后把阳极固定杆和阴极固定杆安置在玻璃钢反应池体上，使阴极电极板和阳极电极板竖直平行（间距4.5cm）地摆放在反应池内。阳极固定杆、阴极固定杆与反应池接触段套有绝缘套，采用橡胶套作为绝缘套，保正固定兼导电用阳极固定杆和阴极固定杆与反应池体绝缘。

步骤四、安装500W规格稳压直流电源，将输出端正负极分别连接阳极固定杆和阴极固定杆。

步骤五、关闭出水口，以0.14m³/min的流速泵入待处理地下海水，直至池体内水位达到40cm。

步骤六、选择恒电流模式，设定输出电流22A（此时输出电压3.0±0.2V），开通电源，开始工作。同时打开出水口，调节出水流速与进水流速相同。

步骤七、将出水口的水导入去沉淀装置，本实施例为沉淀池，也可以是过滤罐；从沉淀池出口取样进行水质检测。

步骤八、当显示输出电压超过4.0V时，表示电流效率降低到了阀值。暂停水处理，取出所有的电极板和固定杆，用洁净淡水或海水冲洗并用软性毛刷更新电极。

采用氢化物发生原子吸收分光光度法测定砷、高碘酸钾分光光度法测定锰、邻菲罗啉分光光度法测定铁、N,N-二乙基对苯二胺分光光度法测定余氯，采用YSI水质仪测定其它参数，结果表明：处理过的地下海水中无机砷0.45μg/L，Mn（II）0.09mg/L，Fe（II）0.06mg/L，余氯0.02μg/L，溶解氧6.1±0.1mg/L，pH7.2±0.1，盐度40.7±0.2‰——各参数皆满足无公害食品—海水养殖用水水质要求。从监测结果可以看出，经过处理后地下海水中的溶氧量增加。

实施例2胶州湾黄海近岸地下海水中无机砷的去除

背景：该地下海水溶解氧1.1mg/L，pH7.3，盐度39.4‰，Fe（II）2.2mg/L，Mn（II）1.7mg/L，As（Ⅲ、V）1.5mg/L。要求24小时处理地下海水500m³。摩尔比Fe（II）+Mn（II）：As（Ⅲ、V）≈3.5。

步骤一、无机砷去除装置建设。根据公式（1），计算得到需求电极板工作面积S约为34375cm²。设计电极板尺寸60cm×65cm，其中工作面积60cm×60cm。根据公式（2），计算得到阳极电极板和阴极电极板数均为4.7，取整数值5。根据公式（3）、（4）和（5）计算反应池体内尺寸长×宽×高=90cm×90cm×90cm。

步骤二、建设上述规格长方体水泥池作为反应池（壁厚80mm）。

步骤三、将5块1cm×60cm×65cm镀钛板作为阳极电极板，5块1cm×60cm×65cm石墨板作为阴极电极板，两根110cm长金属杆分别作为阳极固定杆和阴极固定杆，阳极电极板通过支杆按照10cm间距均匀固定在阳极固定杆，阴极电极板通过支杆按照10cm间距均匀固定在阴极固定杆，然后把阳极固定杆和阴极固定杆安置在水泥反应池体上，使阴极电极板和阳极电极板竖直平行（间距4.5cm）地摆放在反应池内。采用橡胶绝缘套套在两个金属固定杆上，保正固定兼导电用阳极固定杆和阴极固定杆与池体绝缘，同时保障操作人员的安全。

步骤五、向待处理地下海水中预加入氯化亚铁，使Fe（II）总浓度达到6.1mg/L，摩尔比Fe（II）+Mn（II）：As（Ⅲ、V）=7。

步骤六、关闭出水口，以0.35m³/min的流速泵入待处理地下海水，直至池体内水位达到70cm。

步骤七、选择恒电流模式，设定输出电流55A（此时输出电压3.0±0.2V），开通电源，开始工作。同时打开出水口，调节出水流速与进水流速相同。

步骤八、将出水口的水导入过滤罐。从过滤罐出口取样进行水质检测。

步骤九、当显示输出电压超过4.0V时，表示电流效率降低到了阀值。暂停水处理，取出电极板和固定杆，用洁净淡水或海水冲洗并用软性毛刷更新电极。

采用和实施例1相同的方法检测处理后地下海水的各相关指标，结果表明：处理过的地下海水中无机砷0.40μg/L，Mn（II）0.05mg/L，Fe（II）0.06mg/L，余氯0.02μg/L，溶解氧6.5±0.1mg/L，pH7.4±0.1，盐度39.1±0.1‰——各项指标皆满足无公害食品—海水养殖用水水质要求。

Claims

1.一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于它包括电源（1）、阳极固定杆（2）、阴极固定杆（3）、反应池（4）、阳极电极板（5）、阴极电极板（6）、进水口（7）、出水口（8）、和去沉淀装置（11）；阳极电极板（5）和阴极电极板（6）在反应池（4）中竖直均匀分布、平行交错排列；电源（1）正电极与阳极固定杆连接（2），电源负电极与阴极固定杆（3）连接，阳极固定杆（2）和阴极固定杆（3）放在反应池（4）上，阳极固定杆（2）和阴极固定杆（3）分别有伸入反应池内的支杆（10），阳极固定杆（2）通过支杆（10）连接阳极电极板（5），阴极固定杆（6）通过支杆（10）连接阴极电极板（6），阳极固定杆（2）和阴极固定杆（3）分别用于固定阳极电极板（5）和阴极电极板（6），同时兼起导电作用；去沉淀装置（11）位于反应池（4）的下方，从反应池的出水口（8）流出的经过电解处理的海水进入去沉淀装置。

2.根据权利要求1所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的反应池（4）为玻璃钢池或水泥池。

3.根据权利要求1所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的去沉淀装置（11）是沉淀池或过滤罐。

4.根据权利要求1所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的阳极固定杆（2）和阴极固定杆（3）均为金属杆。

5.根据权利要求4所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的阳极固定杆、阴极固定杆与反应池接触段套有绝缘套（10），使阳极固定杆、阴极固定杆与池体绝缘。

6.根据权利要求4所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的阳极固定杆和阴极固定杆上套有绝缘套。

7.根据权利要求1所述的一种水产养殖用地下海水中无机砷的去除装置，其特征在于所述的阳极电极板为石墨板或者镀钛板，阴极电极板为石墨板。