超声与电化学耦合作用下含砷酸性废水中砷氧化过程的研究

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As是一种有毒有害的物质,由于工业的快速发展,砷污染日益加剧,含砷废水治理刻不容缓。烟气洗涤酸性含砷废水具有污染源众多、排放量小、游离酸和砷浓度较高、成分复杂等特点,通过对国内外含砷废水的处理方法分析对比发现,现有除砷方法对三价砷的脱除效果均不如对五价砷,本实验采用超声和电化学协同氧化法将三价砷氧化成五价砷,可降低砷的毒性,提高其转化效率,为后续砷的脱除提供保障。实验研究了阳极区硫酸氧化过程、As(Ⅲ)直接/间接氧化过程、影响硫酸和砷氧化效果的各个影响因素,分析各参数之间的关联性,并确定了最佳的运行条件,为后续As(V)的高效萃取提供理论基础。通过理论分析和计算,绘制了25℃下As-H2O系的E-p H图;发现过一硫酸的理论合成电压与HSO5;和HSO4;的活度系数之比有关,砷的氧化电位与As(V)和As(Ⅲ)的浓度比有关。采用单因素实验和电化学检测相结合,分别对单一硫酸体系和硫酸-砷混合体系下,不同影响因素(时间、温度、电解液浓度、电解电压、超声功率等)下的阳极区氧化过程进行了研究,对比分析了超声对电化学氧化的促进作用,提出了最佳的工艺条件。实验采用氢化物-原子荧光光谱法检测阳极液中的As(Ⅲ)和As(V),对单纯过一硫酸氧化和电解氧化进行了对比,结果发现:电化学氧化法处理酸性废水中砷的过程是直接氧化和间接氧化共同作用的结果。本文对硫酸-砷混合体系下氧化过程进行单因素实验研究,结果表明:电解过程中加入超声,可以提高阳极电极电位和阳极析氧过电位,抑制副反应发生,当As(Ⅲ)初始浓度为1.1540g/L,电解电压为6.0V,超声频率为40k Hz,超声功率为150W时,处理120min后,As(Ⅲ)的氧化效率最高达86.34%。通过上述研究发现,在超声和电化学协同作用下,电极氧化结合羟基自由基氧化,可以缩短反应时间,降低电解电压,大大提高砷的转化率。
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