一种电化学反应器，其主要包括： 一反应器，其内部的底部设有布水板，在布水板的上方平行依次固定有形稳电极、铁板电极、铝板电极和形稳电极；布水板下面的反应器的侧壁或底部开有进水口，在反应器的底部开有放水口；在反应器的上部开有出水口； 两个形稳电极分别连接电源的正负极，正负极进行切换。
Electrochemical reactor and method for simultaneously removing arsenic and fluorine pollutants in water
An electrochemical reactor, which mainly comprises a reactor, the bottom is provided with a water distribution plate, above the water distribution plate in parallel fixed electrode, electrode plate, physical stability and shape stability of aluminum electrode electrode; the reactor water distribution plate below the side wall or the bottom is provided with a water inlet, in the reactor is opened at the bottom of the water outlet; in the upper part of the reactor is provided with a water outlet; positive and negative two dimensionally stable electrodes are respectively connected with power pole, negative pole switch.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理领域，特别涉及一种通过电化学方法电解铁和铝阳 极，在线生成铁离子和铝离子，通过混凝作用，同时高效去除饮用水或者 废水中砷和氟污染物的一体化电化学反应器。本专利技术还涉及利用上述电化学反应器同时去除饮用水或者废水中砷 和氟污染物的方法。
技术介绍
饮用水中氟和砷的污染是一个全球性的问题。正常饮用水中氟含量在0.5 1.0mg/L之间。氟含量超过1.0mg/L，就会引起氟中毒，重患者可能引 起氟骨症。砷具有致癌作用，对呼吸道、血管、心脏和中枢神经等具有危 害。美国国家环保局及我国的饮用水标准己经将饮用水砷含量标准由 50吗/L降低到10吗/L。砷在水中的化合形态有两种，即As(III)和As(V)， As(III)的毒性是As(V)的25 60倍。某些特定行业的工业废水中也含有高 浓度的砷和氟离子，急需有效治理。含氟和含砷饮用水的处理目前仍是我国和世界上许多国家尚未解决 的问题，目前除氟方法有混凝沉淀法、吸附过滤法、电絮凝法、电渗析法 和反渗透法等。砷的去除方法有混凝沉淀(铝盐、铁盐)、吸附(活性氧化铝、 活性炭、铝土矿)、离子交换和反渗透等。采用电混凝方法除砷或除氟也有人报道。电絮凝法具有构造简单、处 理费用低、占地面积小、携带方便等优点，对处理小水量的饮用水很适用。 电絮凝又称电混凝，其处理原理是将金属电极(铝或铁)置于被处理的 水中，然后通以直流电，此时金属阳极发生电化学反应，溶出A产离子或 F^+等离子并在水中水解而发生混凝或絮凝作用，其过程和机理与化学混 凝基本相同。通常，电化学反应器内进行的化学反应过程是极其复杂的。 在电絮凝反应器中同时发生了电絮凝、电气浮和电氧化过程，水中的溶解性、胶体和悬浮态污染物在混凝、气浮和氧化作用下均可得到有效转化和 去除。在采用电絮凝除氟离子时阳极主要采用铝板，通过溶解的铝离子水解 后形成的絮体进行氟离子的混凝去除。以铁电极为阳极，采用电絮凝方法可有效去除饮用水中的砷，As(III)和As(V)的去除率均可达到99°/。以上， 其能够有效去除饮用水中的砷，可能是在电絮凝过程中As(III)氧化成As(V) 后与Fe(OH)3发生了表面络合。地下水中砷离子和氟离子常常同时存在，而通常的方法是对砷离子和 氟离子采取不同的工艺单元进行分别去除，这样可以使水中的砷离子和氟 离子达到饮用水标准。例如采用分段吸附单元分别进行砷和氟离子吸附去 除，但是此类操作工艺较复杂，目前还没有可同时去除水中砷离子和氟离 子的反应装置尤其是一体化的电化学反应器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同时去除水中砷和氟污染物的电化学反 应器。本专利技术的又一目的在于提供一种利用上述电化学反应器同时去除水 中砷和氟污染物的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的电化学反应器，其主要包括一反应器，其内部的底部设有布水板，在布水板的上方平行依次固定 有形稳电极、铁板电极、铝板电极和形稳电极，各电极之间的间距为1 3 厘米；布水板下面的反应器的侧壁或底部开有进水口，在反应器的底部开 有放水口；在反应器的上部开有出水口；两个形稳电极分别连接电源的正 负极，正负极进行切换。根据本专利技术的技术，各电极依次排布为形稳电极、铝板电极、铁板 电极、铝板电极和形稳电极；或者为形稳电极、铝板电极、铝板电极、铁 板电极和形稳电极；或者为形稳电极、铁板电极、铁板电极、铝板电极； 或者为形稳电极、铁板电极、铝板电极、铁板电极和形稳电极。根据本专利技术的技术，所需的电极数量较大时，可以任一种排布方式作 为一个单元，各单元之间进行并联排布。根据本专利技术的技术，形稳电极、铁板电极和铝板电极的面积之和与反应器的体积比例控制在20 160m2/m3。本专利技术利用一述电化学反应器同时去除水中砷和氟污染物的方法，其主要步骤是控制待处理水的流速在反应器中停留的时间为5 30分钟；开启电化学反应器的电源进行形稳电极正负极切换，实现铁板电极和铝板电极的阴阳极定时切换，其中切换的时间范围为15分钟到60分钟之 内；在电感应作用下，阳极的铁板和铝板溶解出铁离子和铝离子，溶解的 铁离子和铝离子进一步水解生成絮体，混凝去除水中的砷和氟污染物； 最后进行沉淀和过滤处理。根据本专利技术的技术，通过调节电源控制电化学反应的电压，使每个通 过导线与电源相连接的铁板电极和铝板电极的电流密度控制范围为10 35A/m2，以调节铁离子和铝离子的溶出量。本专利技术的特点1) 通过耦合铁板电极和铝板电极，同时电解生成的铁和铝絮体，进 行水中砷和氟污染物的同时去除。2) 本专利技术的反应器不仅可以有效去除5价砷还可以有效去除3价砷。3) 本专利技术利用形稳电极作为正负极，通过感应电的方式进行铁和铝 阳极的溶解。4) 本专利技术通过切换形稳电极的极性，实现正负极切换，抑制电极钝化。5) 本专利技术的反应器以及方法对饮用水和废水中高浓度的砷和氟污染 物均可进行有效去除和治理。附图说明图1是本专利技术的同时去除水中砷和氟污染物的一体化电化学反应器的 结构示意图。图2是本专利技术的同时去除水中砷和氟污染物的一体化电化学反应器中 的极板。图3中本专利技术的同时去除水中砷和氟污染物的一体化电化学反应器中的极板。附图中的标记说明l反应器、2法兰盘、3布水板、4螺栓口、 5形稳电极、6、铁和铝电 极、7螺母、8绝缘垫片、9绝缘棒。具体实施例方式本专利技术是利用电混凝可高效除氟和除砷的特点，针对目前电混凝反应 器的单一性，确立了以铝和铁电极的耦合的方法进行水中砷和氟污染物的 同时电混凝有效去除的新思路，从而提供一种同时去除饮用水或者废水中 砷和氟污染物的一体化电化学反应器，以实现水中砷离子和氟污染物的高 效同时去除。本专利技术的原理为将铁和铝电极耦合在一个反应器中，电混凝同时除去水中砷和氟污染物。在感应电化学反应过程中，使作为阳极的铁阳极或 铝阳极进行电溶解，产生铁、铝的离子和絮体，其中铁离子及其絮体主要 与砷污染物作用，铝离子及共絮体主要与氟污染物作用，同时有效去除水中的砷和氟污染物。同时利用形稳阳极的电化学氧化作用将三价砷(As(m) 氧化为As(V)。基于上述原理，本专利技术实现砷和氟污染物同时去除的过程简述如下在感应电化学反应中，铁和铝耦合电极中的铝(Al)阳极电解生成 Al3+，形成铝氧化物对水中氟离子进行吸附。Al + Al3+ + 3e 在碱性条件下Al3+ + 30IT + Al(OH)3 在中性或弱酸性条件下Al3+ + 3H20 ^ Al(OH)3 + r"\l3+ + (3n-m)OH— + mF》AlnFm(OH)3n—m(s) Aln(OH)3n + mF》AlnFm(OH)3n,(s) + mOH-耦合电极中的铁(Fe)作为阳极时，阳极上发生与Al相似的金属溶 解的电化学反应，产生铁离子，进一步形成铁氧化物，然后砷离子与铁氧 化物形成络合物沉淀下来。其反应如下Fe》Fe2+ + 2e 在碱性或中性条件下<formula>formula see original document page 7</formula>在酸性条件下<formula>formula see original document page 8</formula>。 <formu本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电化学反应器，其主要包括： 一反应器，其内部的底部设有布水板，在布水板的上方平行依次固定有形稳电极、铁板电极、铝板电极和形稳电极；布水板下面的反应器的侧壁或底部开有进水口，在反应器的底部开有放水口；在反应器的上部开有出水口； 两个形稳电极分别连接电源的正负极，正负极进行切换。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曲久辉，赵旭，刘会娟，刘锐平，胡承志，雷鹏举，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11
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