一种处理酸性含砷溶液的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及含砷溶液处理技术领域，具体涉及一种处理酸性含砷溶液的装置及方法。包括超声波发生系统和电解池，电解池的中部设有阴离子交换膜和阳离子交换膜，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间填充有混合树脂，在电解池中阴离子交换膜一侧设置有阳极板，在电解池中阳离子交换膜一侧设置有阴极板，阳极板和阴极板正对设置，超声波发生系统的超声波探头设置在电解池中设置阳极板的阳极区内。本发明专利技术能够使三价砷离子和硫酸根类离子得到很好的富集，并在阳极区被氧化，达到除砷的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种处理酸性含砷溶液的装置及方法
本专利技术涉及含砷溶液处理
，具体涉及一种处理酸性含砷溶液的装置及方法。
技术介绍
砷是一种毒性极强的类金属，砷化合物大多都有剧毒，其在酸性废水中主要以三价形式存在，而三价砷的毒性远远大于五价砷，而低浓度砷更是难以治理，目前除砷的方法主要有沉淀法、吸附法、氧化剂氧化法、膜分离法、离子交换法、生物法等。但这些处理方法存在运行成本高、处理不彻底、二次废渣污染严重等缺陷。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种处理酸性含砷溶液的装置及方法，能够使三价砷离子和硫酸根类离子得到很好的富集，并在阳极区被氧化，达到除砷的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术解决方案：一种处理酸性含砷溶液的装置，包括超声波发生系统和电解池，电解池的中部设有阴离子交换膜和阳离子交换膜，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间填充有混合树脂，在电解池中阴离子交换膜一侧设置有阳极板，在电解池中阳离子交换膜一侧设置有阴极板，阳极板和阴极板正对设置，超声波发生系统的超声波探头设置在电解池中设置阳极板的阳极区内。所述阳离子交换膜为聚乙烯异相阳离子交换膜，阴离子交换膜为聚乙烯异相阴离子交换膜，混合树脂为阴阳离子混合树脂。所述混合树脂中阳离子树脂和阴离子树脂按照体积比为1:2进行混合。所述阳极板的材料为钛基镀铂材料，阴极板的材料为石墨材料。一种处理酸性含砷溶液的方法，包括如下步骤：步骤一，先向电解池中加入待净化的酸性含砷溶液，在阳极液中加入析氧抑制剂；步骤二，再给阳极板和阴极板通电进行电解，同时开启超声波发生系统，通过超声波探头为待净化的酸性含砷溶液施加超声波。所述待净化的酸性含砷溶液的酸度为15％～30％，其中，砷的浓度为1～6g/L；析氧抑制剂为硫氰酸铵或聚磷酸铵。所述步骤二中，电解池中电解液温度为5～25℃，电解时间为30～180min。所述阳极板和阴极板之间的电压为4.0～6.0V。所述阳极板上的电流密度为1500～3000A/m2。所述超声波发生系统的超声频率为20～40kHz，超声功率为90～170W。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过将EDI和超声电化学氧化法结合处理酸性含砷溶液，超声波发生系统的超声波探头设置在电解池中设置阳极板的阳极区内，利用超声空化作用产生的羟基和过氧化氢自由基，能够提高过一硫酸的产量，促进三价砷的氧化，还能够增加离子活性，加快传质过程，减小溶液浓差极化，从而达到降低槽电压，提高电流效率，减小能耗的目的，在超声波发生系统和电场力作用下，酸性含砷溶液中的硫酸根类离子和三价砷络合离子先后通过离子交换树脂和阴离子选择膜进入阳极区，在阳极区得到很好的富集，硫酸根类离子和三价砷在阳极直接被氧化为过一硫酸和五价砷，溶液中的三价砷被过一硫酸间接氧化为五价砷；酸性含砷溶液中的钠离子和氢离子先后通过离子交换树脂和阳离子交换膜进入电解池中设置阴极板的阴极区，形成氢氧化钠；阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的中间区溶液的阴阳离子得到很好分离，最终变为净化液，净化后的溶液含砷量很小，达到国家排放标准，电解时，阳极反应中，除主反应外，还有析氧副反应，该反应是降低电流效率的主要原因，因此在阳极液中加入析氧抑制剂，析氧抑制剂只影响氧气发生的动力学，而不影响SO42-(或HSO4-)放电的动力学，使阳极上氧气析出速度降低，有利于SO42-(或HSO4-)离子放电过程的进行。【附图说明】图1为本专利技术的装置的结构示意图。图2为本专利技术的离子迁移的结构示意图。其中，1-电解池，2-阳极板，3-阴极板，4-阴离子交换膜，5-阳离子交换膜，6-超声波发生系统，7-超声波探头，8-混合树脂，9-阳极区，10-中间区，11-阴极区，12-途径a，13-途径b，14-途径c。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本身专利技术的处理酸性含砷溶液的装置，包括超声波发生系统6和电解池1，电解池1的中部设有阴离子交换膜4和阳离子交换膜5，阴离子交换膜4和阳离子交换膜5之间填充有混合树脂8，混合树脂8中阳离子树脂和阴离子树脂按照体积比为1:2进行混合，阳离子交换膜5为聚乙烯异相阳离子交换膜，阴离子交换膜4为聚乙烯异相阴离子交换膜，混合树脂8为阴阳离子混合树脂，在电解池1中阴离子交换膜4一侧设置有钛基镀铂材料的阳极板2，在电解池1中阳离子交换膜5一侧设置有石墨材料的阴极板3，阳极板2和阴极板3正对设置，超声波发生系统6的超声波探头7设置在电解池1中设置阳极板2的阳极区9内。其中，装置中将阳极板2设置在阴离子交换膜4与电解池壁之间的中部，阴极板3设置在阳离子交换膜5与另一侧电解池壁之间的中部。本专利技术极板材料的选择：阳极材料：由于阳极反应中存在氧气析出副反应，因此阳极板应选择氧气析出过电位较高，抗氧化能力较强，且在酸性条件下不易腐蚀的电极材料，较为常用的阳极材料有纯铂，PbO2，钛基镀铂等等。阴极材料：氢气在不同阴极上的析出过电位也不同，进而会对电解的槽电压产生影响，而且电解液为酸性溶液，阴极材料必须具备良好的耐酸能力，较为常用的阴极材料有铅板、石墨等。本专利技术膜材料的选择：在电解过程中，硫酸根类离子在阳极表面氧化生成过一硫酸；因此为防止过一硫酸，在阴极被还原，需在电解槽中采用隔膜，将阴阳区域有效隔绝。可采用的隔膜材料很多，如离子交换膜、烧结陶瓷板和滤布膜等。综合考虑膜材料成本及电解效果,本研究采用阳离子交换膜和阴离子交换膜。通过本专利技术的装置处理酸性含砷溶液的方法，包括如下步骤：步骤一，先向电解池1中加入待净化的酸性含砷溶液，待净化的酸性含砷溶液的酸度为15％～30％，其中，砷的浓度为1～6g/L；在阳极液中加入析氧抑制剂，如硫氰酸铵、聚磷酸铵；步骤二，再给阳极板2和阴极板3之间施加4.0～6.0V电压进行电解，阳极板2上的电流密度为1500～3000A/m2，使电解池1中温度保持5～25℃，同时开启超声波发生系统6，通过超声波探头7给待净化的酸性含砷溶液施加超声频率为20～40kHz，超声功率为90～170W的超声波，电解30～180min即可。本专利技术通过采用离子选择性膜、离子交换树脂和电场的结合能够使三价砷离子和硫酸根类离子得到很好的富集，最终在超声系统发出的超声波作用下，三价砷离子在阳极区被氧化为五价砷，后续可以采用胺类萃取等方法使五价砷得到很好的富集，并最终得到As2S3。本专利技术利用EDI和超声电化学氧化法相结合的方式处理酸性含砷溶液，使得酸性含砷溶液中硫酸根类离子和三价砷离子得到很好的富集和氧化，采用本专利技术方法处理酸性含砷废水具有资源回收率高，废水零排放和处理成本低等特点。本专利技术的原理：电解氧化过程的原理：在电场力的作用下，中间区溶液中的阴离子通过阴离子交换膜向阳极移动、阳离子通过阳离子交换膜向阴极移动，最终硫酸氢根在阳极被氧化为过一硫酸，三价砷在阳极被氧化为五价砷，氢离子在阴极被还原成氢气。超声强化氧化过程的原理：在阳极区加入超声波，可以利用超声的搅拌作用，降低阳极区溶液的浓差极化；还可以利用超声的空化作用，在阳极区溶液中将会产生羟基、过氧化氢自由基和氢自由基，在有空气参与反应时，氢自由基与氧气迅速结合生成过氧化氢自由基，过氧化氢自由基具有较强的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理酸性含砷溶液的装置，其特征在于，包括超声波发生系统(6)和电解池(1)，电解池(1)的中部设有阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)，阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)之间填充有混合树脂(8)，在电解池(1)中阴离子交换膜(4)一侧设置有阳极板(2)，在电解池(1)中阳离子交换膜(5)一侧设置有阴极板(3)，阳极板(2)和阴极板(3)正对设置，超声波发生系统(6)的超声波探头(7)设置在电解池(1)中设置阳极板(2)的阳极区(9)内。

【技术特征摘要】
1.一种处理酸性含砷溶液的装置，其特征在于，包括超声波发生系统(6)和电解池(1)，电解池(1)的中部设有阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)，阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)之间填充有混合树脂(8)，在电解池(1)中阴离子交换膜(4)一侧设置有阳极板(2)，在电解池(1)中阳离子交换膜(5)一侧设置有阴极板(3)，阳极板(2)和阴极板(3)正对设置，超声波发生系统(6)的超声波探头(7)设置在电解池(1)中设置阳极板(2)的阳极区(9)内。2.根据权利要求1所述的一种处理酸性含砷溶液的装置，其特征在于，所述阳离子交换膜(5)为聚乙烯异相阳离子交换膜，阴离子交换膜(4)为聚乙烯异相阴离子交换膜，混合树脂(8)为阴阳离子混合树脂。3.根据权利要求2所述的一种处理酸性含砷溶液的装置，其特征在于，所述混合树脂(8)中阳离子树脂和阴离子树脂按照体积比为1:2进行混合。4.根据权利要求2所述的一种处理酸性含砷溶液的装置，其特征在于，所述阳极板(2)的材料为钛基镀铂材料，阴极板(3)的材料为石墨材料。5.一种通过权利要求1的装置处理酸性含砷溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林波，余泽利，洪涛，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61