一种恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的装置及方法

摘要

一种恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的装置及方法，该装置包括底部带有进水口、顶部带有出水口的反应槽，在所述反应槽中放置有铁网电极和零价铁填料，和铁网电极连接有电源；其方法为：当零价铁填料钝化后，通过电源向铁网电极通电，再将正负极颠倒通电同样时间，外加一定的电场，阴极的一侧，表面会析出大量的氢，大量气泡从零价铁填料表面迸发出来，对附着层有剥落和清除作用，使铁表面钝化层剥落；阳极的一侧铁离子大量溶出，将零价铁填料表面的沉淀剥落；采用本发明装置及方法，无需更换材料，节省成本，不会造成铁离子二次污染，解钝化后反应器去除Cr效率高，且解钝化后填料的寿命长。

说明书

技术领域

本发明涉及地下水中Cr的去除技术领域，具体涉及一种恢复Cr污染去除 过程中钝化的零价铁活性的装置及方法。

背景技术

目前，我国乃至世界许多地区的水资源都不同程度受到Cr污染，严重威胁 居民的饮用水安全，水资源中Cr污染越来越受到广泛关注。Cr主要来自于金属 电镀、皮革制造、颜料生产等过程，是工业区地下水中常见的污染物。Cr(VI) 在土壤及水中化学性质比较稳定，以离子形式存在于水溶液中，不易被微生物 降解，可在植被和生物体内富集。Cr(VI)能诱发过敏症，进入人体后可在某些器 官内积聚而不易被排出，对皮肤和黏膜有剧烈的腐蚀性，长时间接触会致癌。 Cr被列为对人体危害最大的八种化学物质之一，是国际公认的三种致癌金属之 一，同时也是美国EPA公认的129种重点污染物之一。世界卫生组织(WHO)《饮 用水水质标准》和我国《生活饮用水卫生标准》都规定六价Cr标准为0.05mg/L。

零价铁具有价廉、低还原势等优势，在Cr(VI)去除方面取得了较好的效果。 Cr(VI)首先还原为Cr(III)，伴随零价铁被氧化为Fe(II)或Fe(III)，接着Cr以Cr(III) 氢氧化物或Fe(III)/Cr(III)氢氧化物的形式沉淀下来。在去除过程中，零价铁或二 价铁被Cr(VI)氧化为三价铁，引起pH值升高。同时，零价铁在好氧条件下被氧 气氧化，在厌氧条件下会被水氧化，都伴随着pH值的升高。这使得在长期运行 过程中，形成碱性条件，导致零价铁表面生成铁的氧化物、氢氧化物等沉淀。 目前零价铁应用过程中的问题是零价铁的钝化导致处理能力降低的问题。目前 报道的零价铁解钝化方法包括酸洗和超声处理等，但这些手段不同程度上存在 处理费用高、工作量大、可操作性不强等问题。因此，目前亟需一种成本低、 效率高、易于操作的技术，从而有效解决影响零价铁钝化问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种恢复Cr污染去 除过程中钝化的零价铁活性的装置及方法，采用本发明装置及方法，无需更换 材料，节省成本，不会造成铁离子二次污染，解钝化后反应器去除Cr效率高， 且解钝化后填料的寿命长。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的装置，包括底部带有进水 口、顶部带有出水口的反应槽1，在所述反应槽1中放置有铁网电极3和零价铁 填料2，和铁网电极3连接有电源4。

在所述反应槽1中间和铁网电极3平行的位置放置有PVC网5。

所述电源4的有效电压为0-50V，有效电流为0-5A。

上述所述装置恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的方法，其特征在 于：首先将Cr污染水从反应槽1进水口流入，出水口流出，当反应达到预设时 间，零价铁填料2对Cr⁶⁺的去除率低于设定的去除率时，即零价铁填料2钝化 后，通过电源4向铁网电极3通电2-20min后，再将正负极颠倒通电同样时间， 外加一定的电场，阴极的一侧，表面会析出大量的氢，大量气泡从零价铁填料2 表面迸发出来，对其上的附着层有剥落和清除作用，使铁表面钝化层剥落；阳 极的一侧铁离子大量溶出，将零价铁填料2表面的沉淀剥落；

在电化学解钝化过程中，当零价铁填料2作为阴极并有一定的电位值时，发 生如下电化学反应，析出大量的氢：

阳极：2H₂O→O₂＋4H⁺＋4e^-

阴极：2H₂O＋2e^-→H₂＋2OH^-

当零价铁填料2作为阳极时，发生如下电化学反应，阳极会有铁离子产生：

阳极：Fe→Fe²⁺＋2e^-

阴极：2H₂O＋2e-→H₂＋2OH^-(2)O₂＋2H₂O＋4e^-→4OH^-。

所述Cr污染水中Cr为25mg/L；Na₂SO₄为0.5g/L。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

(1)所有处理在单一的反应装置中完成，无需更换材料，可节省成本；

(2)解钝化后反应器去除Cr效率高，且解钝化后填料的寿命长

(3)施工简单、操作方便，自动化程度高；

(4)不会造成铁离子二次污染。

附图说明

图1是本发明反应装置透视图。

图2是实施例一反应槽中Cr随时间变化曲线图。

图3是实施例二反应槽中Cr随时间变化曲线图。

图4是实施例三反应槽中Cr随时间变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的装置， 包括底部带有进水口、顶部带有出水口的反应槽1，在所述反应槽1中装有零价 铁填料2，在平行于水流方向沿两侧槽壁分别放置有铁网电极3，和铁网电极3 连接有电源4。

作为本发明的优选实施方式，在所述反应槽1中间和铁网电极3平行的位 置放置有PVC网5，防止加电时短路。

作为本发明的优选实施方式，所述电源4的有效电压为0-50V，有效电流 为0-5A。

实施例一

本实施例恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的方法，采用一个有效 容积为330ml的有机塑料反应槽1，其中填充零价铁填料2。在平行于水流方向 沿两侧槽壁分别放置铁网电极3，沿中心面放置一片PVC网5，铁网电极3有 效面积为60cm²。一个直流稳压器作为电源，其有效电压为0-50V，有效电流 为0-5A。实验中采用人工合成Cr污染水（Cr，25mg/L；Na₂SO₄;0.5g/L），实 验进水采用上升流的方式进行，含Cr污染水以4mL/min流速从反应槽1底部流 入，并从反应槽1顶部流出。当反应时间为170min左右，发现铁填料对Cr(VI) 的去除率和初始去除率相比显著减小，以10v电压在两端的铁网处加电7min后， 将正负极颠倒再通电7min。由图3可以看出：在电解后去除率恢复率为121.7%， 并于约280min后去除率才再次下降到62%左右。

实施例二

本实施例恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的方法，采用有效容积 为72ml的有机塑料反应槽1，其中填充零价铁填料2。在垂直于水流方向沿两 侧槽壁分别放置铁网电极3，沿中心面放置一片PVC网5，铁网电极3电极有 效面积12cm²。一个直流稳压器作为电源，其有效电压为0-50V，有效电流为 0-5A。其他条件同例1。随着去除反应的不断进行，Cr(VI)的去除率不断下降， 当达到106min时，去除率下降为44.21%。以10v电压在两端的铁网处加电4min 后，将正负极颠倒再通电4min。由图3可以看出：加电后，铁的去除率有显著 提升达到去除率164.0%，并于约120min后，去除率才再次下降为44.2%以下。

实施例三

本实施例恢复Cr污染去除过程中钝化的零价铁活性的方法，反应槽1与实 施例二相同，在平行于水流方向沿两侧槽壁分别放置铁网电极3，沿中心面放置 一片PVC网，铁网电极3有效面积24cm²。Cr污染水用清华地下水配置，进水 流速为0.8ml/min，其他条件同实施例二。该反应器的初始去除率为97.6%，随 着反应的进行去除率不断下降。实验中共引入3次电化学解钝化操作，在10v 电压下加电10min后，将正负极颠倒再通电10min。由图4可知，解钝化后铁填 料对Cr的初始去除率为100%，100%和92%。