一种铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复方法

摘要

本发明涉及一种铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复方法，本方法根据地下水的特性，针对钯催化加氢还原技术的参数要求，将电化学技术与钯催化加氢还原相结合，即利用铁阳极预处理单元去除地下水中影响钯催化还原效率的还原态硫和钙镁离子等，同时持续产生钯催化加氢还原所需的氢气，从而提高了对污染物的化学还原效率。本方法无需外源氢气，避免了解决大量外源氢气的运输和存储难题。本方法具有处理效率高、处理时间短、操作灵活、维护简单、自动化程度高和环境友好等特点，是一种绿色、实用、经济、安全的地下水污染修复技术。

主权项

一种铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复方法，其特征在于：按如下步骤操作：步骤⑴、准备一套进行铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复装置，包括铁阳极预处理单元、砂滤单元和钯催化反应单元，三个单元通过管道连接；步骤⑵、安装铁阳极预处理单元，铁阳极预处理单元包括一个水容器，水容器设有地下水进水口和第一级出水口，水容器中安装有阴阳电极，沿地下水水流方向依次安装阳极Ⅰ、阴极、铁阳极；在水容器中地下水进水口一侧横截面先安装阳极Ⅰ，阳极Ⅰ选择钛涂层类惰性导电材料制作，阴极选择不锈钢板或者钛涂层导电材料制作；铁阳极选择普通铁材料制作；三个电极均采用网状或均匀打有小孔的板电极，有利于水流动和提高电流效率；在水容器的外部设置水泵和直流电源，采用水泵将地下水泵入水容器中，由外设的直流电源向阴、阳三个电极提供电流，并控制通过铁阳极和阳极Ⅰ的电流比；步骤⑶、安装砂滤单元，所述的砂滤单元连接在铁阳极预处理单元与钯催化反应单元之间，砂滤单元包括一个砂滤容器，砂滤容器与铁阳极预处理单元连接的一端设有进水口，砂滤容器与钯催化反应单元连接的一端设有第二级出水口，砂滤容器内填充颗粒滤料，砂滤容器用于滤除铁阳极预处理单元产生的铁絮凝物和地下水中的颗粒物；步骤⑷、安装钯催化反应单元，所述的钯催化反应单元包括一个催化反应器，底部设与第二级出水口连接的反应器进水口，顶部设有净化水出口，选择直径1.5～5.0mm且钯质量含量为0.5％～5％的固体钯催化剂颗粒，并混合直径2～4mm的玻璃珠填充于反应器中，使填充后孔隙率在0.35～0.5；步骤⑸、连接好三个单元的管道；启动安装好的装置进行地下水修复：通过水泵抽取污染地下水，同时接通电源；污染的地下水先进入铁阳极预处理单元，依次流过阳极Ⅰ、阴极、铁阳极，再通过砂滤单元，最后进入钯催化反应单元进行反应去除污染物；污染的地下水通过阳极Ⅰ，阳极Ⅰ用于产生氢离子和氧气，污染的地下水中有小部分还原态硫在阳极Ⅰ氧化，随后地下水进入阴极和铁阳极区域，阴极用于产生氢氧根离子和氢气；在该区域阴极不断产生的氢气使地下水饱和溶解氢，铁阳极用于产生二价铁离子，二价铁离子迅速与阴极产生的氢氧根结合生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁将从阳极Ⅰ产生的氧气还原生成氢氧化铁絮凝物；氢氧化铁絮凝物用于除去地下水中的还原态硫、钙镁硬度以及部分微生物，为后续钯催化剂的反应提供良好的环境；污染的地下水经过铁阳极预处理单元后由第一级出水口流出进入砂滤单元，此时的地下水还剩余部分铁絮凝物被砂滤容器内填充的颗粒滤料截留；去除了地下水中对钯催化剂有毒的物质，且地下水中溶入了氢气；经过砂滤单元后，地下水从第二级出水口流入钯催化反应单元时，溶解态氢气在钯催化作用下高效地将地下水中污染物还原去除，处理后的水从净化水出口流出；步骤⑹、监测处理后净化水出口中有机物的浓度高低，根据地下水修复效果进行能耗优化，采用对进水流速度进行调节，或对总电流进行调节优化能耗。