1.本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置、方法及其应用。
背景技术：2.全氟/多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances，pfass)是一类烷基链上的氢原子全部或部分被氟原子取代的化合物，已被广泛应用于日用品、防火材料等各个领域。具有环境持久性、生物蓄积性和潜在的生态毒性，因而受到了世界范围的关注。常规的污水处理技术难以有效去除环境介质中的pfass。光催化是一种有效降解去除pfass的高效技术，它可以通过引入光子能量打破c-f键，实现pfass的矿化和有效脱氟。脱氟被认为是最有前途的处理策略，因为最终产物是co2和f-，它们可以降低全氟化合物的生物毒性。然而，pfass处理产生的氟离子(f-)是一种新的环境负担。大多数研究只关注pfass的除氟降解过程，忽略了降解后产生的副产物f-的潜在危险。全氟化合物废水的处理会导致大量f-的释放。研究表明，接触过量的氟可导致一系列健康问题，如氟斑牙和氟骨症，已成为许多国家的一个重大健康威胁。如何进一步处理pfass降解废水中残留的f-，已成为一个亟待解决的问题。
3.目前对氟去除的专利技术主要集中在地下水中氟的去除，而对pfass降解废水中氟离子的技术较少。针对废水中氟离子去除在工业常用的除氟方法是投加化学药剂，如cacl2等，与废水中的氟离子共沉淀，该技术处理工艺复杂，共沉淀过程中易受到其他共存离子的干扰，并且针对全氟化合物降解废水中的氟离子去除缺少针对性，共沉淀方法无法去除废水中的剩余的全氟化合物。并且pfass降解后废水中f-的浓度变化很大，污染物共存也很复杂。
4.因此，开发一种有针对性的适用于pfass降解废水中氟离子的除氟装置或者方法有重要的价值和意义。
技术实现要素：5.为解决上述技术问题，本发明的针对全氟有机污染物降解产生的新的含氟污染废水的去除的技术难题，提出一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置、方法及其应用。
6.为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
7.本发明第一方面提供一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置，所述装置包括电絮凝单元和供电单元，所述电絮凝单元包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上方设置有电絮凝反应器；所述电絮凝反应器内竖直设置有相平行的阴极板和阳极板，所述电絮凝反应器内还设置有限位板，所述限位板上设置有用于放置所述阴极板和阳极板的限位孔，以限制所述阴极板和阳极板之间的间距；所述电絮凝反应器内还设置有磁力搅拌转
子，所述磁力搅拌转子受控于所述磁力搅拌器；所述阴极板的一端、阳极板的一端均与所述供电单元相连。
8.进一步的，所述限位板的数量为至少两个，至少两个所述限位板由上至下、水平设置在所述电絮凝反应器内；每个所述限位板上均匀设置有若干个限位孔，相邻两个限位孔之间的距离相等。
9.进一步的，所述电絮凝反应器的尺寸为120mm
×
120mm
×
150mm。
10.进一步的，所述阴极板和阳极板的尺寸均为(80～100)mm
×
(80～100)mm
×
(2～3)mm。
11.本发明第二方面提供一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法，包括如下步骤：向全氟化合物降解废水中加入电解质并混合搅拌均匀，得到污染物溶液；将所述污染物溶液倒入如上述的装置中，通电后进行电混凝反应，并进行搅拌，所述污染物溶液中絮体在重力作用下沉淀、排出。
12.进一步的，还包括如下步骤：使用去离子水配置酸溶液；利用砂纸反复打磨所述阴极板和阳极板，并用去离子水清洗，得到预处理后的所述阴极板和阳极板；将预处理后的所述阴极板和阳极板浸泡在所述酸溶液中，以进行金属氧化物的去除。
13.进一步的，所述酸溶液为盐酸溶液，浓度为5％～10％。
14.进一步的，所述阴极板和阳极板均为铝电极，纯度为98.8％～99.9％；所述阴极板和阳极板之间的间距为1cm～8cm。
15.进一步的，所述电解质为氯化钠溶液，摩尔浓度为10mmol/l；所述电混凝反应的电流密度1ma/cm2～10ma/cm2，电解时间为30min～60min，搅拌转速为200rpm～300rpm；电源为直流电源，电源电压为5v～30v。
16.本发明第三方面提供如上述去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法在全氟化合物降解废水的应用，所述全氟化合物降解废水的ph为5～9，含氟浓度为5mg/l～40mg/l。
17.相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
18.本发明实施例提供的去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置，其优势在于处理速度快，处理效率高，所需时间短，针对复杂污染物体系仍有较好的处理效果。装置设置结构简单，成本低廉，能耗少，容易实现全自动化管理设置，针对含氟化合物污水的普遍适用范围性强，为解决工业中产生的全氟化合物降解脱氟后废水的深度处理提供了一种切实可行的处理装置。
19.本发明所述的电絮凝去除全氟化合物降解废水方法，通过铝电极对全氟化合物降解废水中的氟进行深度处理，在最佳工艺条件下，能够在短时间内对全氟化合物降解废水进行快速的深度处理。全氟化合物降解废水中的氟去除率可达75％以上。具体的，本发明中去除全氟化合物降解废水电絮凝方法是利用牺牲阳极的阴极氧化法，将阳极铝板中的铝电解出al
3+
，经过一系列的水解、聚合、团聚，逐渐形成由多聚体铝为主要物质的各种羟基配合物、氢氧化物等，在下方的磁力搅拌作用下，增加絮体物质与水中污染物的接触，充分进行了污染物的吸附反应。由于电解出的al聚合物产生的胶体离子可以与污染物中的表面性质相互作用，产生絮凝作用，充分去除水中的氟离子。絮凝后絮体经过沉淀可分离出来。
附图说明
20.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
21.图1为本发明中去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置的装置图；
22.图2为使用了本发明去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法的氟离子剩余浓度和去除率随时间变化的关系图；
23.图3为实施例2中不同ph下氟离子去除率随时间变化的趋势；
24.图4为实施例3条件下不同氟离子浓度下去除率随时间的变化；
25.图中，1-电絮凝反应器、2-阴极板、3-阳极板、4-磁力搅拌转子、5-限位板、6-磁力搅拌转子、7-供电单元。
具体实施方式
26.电絮凝技术因其运行成本低、污泥产量低、操作简单等优点，近年来得到了广泛应用。电絮凝过程中，原位溶解电极在水溶液中生成胶体氢氧化物，为混凝和吸附污染物提供活性位点。铝电极以其低成本、高效去除污染物的优点，在电絮凝工艺中得到了广泛的应用。在铝电极电絮凝过程中，金属在阳极被氧化为阳离子，水在阴极被还原为氢气和羟基阴离子。溶解后，al阳离子转化为聚合物质，最终形成al(oh)3或alo(oh)絮凝剂。
27.本发明第一方面提供一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置，所述装置包括电絮凝单元和供电单元，所述电絮凝单元包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上方设置有电絮凝反应器；所述电絮凝反应器内竖直设置有相平行的阴极板和阳极板，所述电絮凝反应器内还设置有限位板，所述限位板上设置有用于放置所述阴极板和阳极板的限位孔，以限制所述阴极板和阳极板之间的间距；所述电絮凝反应器内还设置有磁力搅拌转子，所述磁力搅拌转子受控于所述磁力搅拌器；所述阴极板的一端、阳极板的一端均与所述供电单元相连。
28.进一步的，所述限位板的数量为至少两个，至少两个所述限位板由上至下、水平设置在所述电絮凝反应器内；每个所述限位板上均匀设置有若干个限位孔，相邻两个限位孔之间的距离相等。
29.进一步的，所述电絮凝反应器的尺寸为120mm
×
120mm
×
150mm。
30.进一步的，所述阴极板和阳极板的尺寸均为(80～100)mm
×
(80～100)mm
×
(2～3)mm。
31.本发明第二方面提供一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法，包括如下步骤：向全氟化合物降解废水中加入电解质并混合搅拌均匀，得到污染物溶液；将所述污染物溶液倒入如上述的装置中，通电后进行电混凝反应，并进行搅拌，所述污染物溶液中絮体在重力作用下沉淀、排出。
32.进一步的，还包括如下步骤：使用去离子水配置酸溶液；利用砂纸反复打磨所述阴极板和阳极板，并用去离子水清洗，得到预处理后的所述阴极板和阳极板；将预处理后的所述阴极板和阳极板浸泡在所述酸溶液中，以进行金属氧化物的去除。
33.进一步的，所述酸溶液为盐酸溶液，浓度为5％～10％。
34.进一步的，所述阴极板和阳极板均为铝电极，纯度为98.8％～99.9％；所述阴极板
和阳极板之间的间距为1cm～8cm。
35.进一步的，所述电解质为氯化钠溶液，摩尔浓度为10mmol/l；所述电混凝反应的电流密度1ma/cm2～10ma/cm2，电解时间为30min～60min，搅拌转速为200rpm～300rpm；电源为直流电源，电源电压为5v～30v。
36.本发明第三方面提供如上述去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法在全氟化合物降解废水的应用，所述全氟化合物降解废水的ph为5～9，含氟浓度为5mg/l～40mg/l。
37.下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
38.实施例1
39.如图1所示，本实施例提供一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置，包括电絮凝单元和供电单元7，电絮凝单元包括：电絮凝反应器1、阴极板2、阳极板3、磁力搅拌转子4、限位板5和磁力搅拌器6；其中，供电单元7为可变直流电源。
40.使用全氟辛酸(pfoa)降解废水为原水，使用nacl为电解液，调节电解液浓度为10mm，电极板尺寸为100
×
100
×
3mm，电极板间距为2cm，电流密度为5ma/cm2，反应前的氟离子浓度为16.61mg/l，电絮凝反应30min后剩余浓度为2.94mg/l，去除率为82.29％，去除率随时间变化的关系图如图2所示。
41.实施例2
42.实施例2中的装置采用和实施例1同样的装置，选用含氟废水浓度为20mg/l，测试初始ph对电絮凝反应的稳定性，使用稀盐酸调节溶液的初始ph值，使其ph在5～9区间内，使用nacl为电解液，调节电解液浓度为10mm，电极板尺寸为100mm
×
100mm
×
3mm，电极板间距为2cm，电流密度为5ma/cm2，图3为不同初始ph条件下氟离子去除率随时间的变化。由图3可以看出，在不同初始ph值下，氟化物离子的去除率随着反应时间的增加而增加，然后趋于稳定。在初始ph为7时，电絮凝法对氟离子的去除效果较好最佳去除率为81％。当初始ph为5和9时，电絮凝法对氟离子的去除率变化不大。总体而言，不同初始ph条件下对氟离子的去除率差异不大，在40min内可达到80％左右，说明电絮凝法能够适应不同ph条件下的进水。
43.实施例3
44.实施例3中的装置采用和实施例1同样的装置，选用初始ph为7的全氟化合物降解废水，测试含氟离子浓度对电絮凝反应的稳定性影响，调剂氟离子浓度在5mg/l～40mg/l区间范围内，使用nacl为电解液，调节电解液浓度为10mm，电极板尺寸为100
×
100
×
3mm，电极板间距为2cm，电流密度为5ma/cm2，图4为不同氟离子浓度下去除率随时间的变化。从图4中可以看出该发明对不同氟离子初始浓度均有较好的去除效果，去除率可达75％以上。
45.本方法可以对生产塑料瓶、奶瓶、食品罐头、电子设备、pvc地板、油漆、洗涤和化妆品等工业园区的全氟化合物的降解废水进行深度除氟处理。
46.本方法可以处理地下水中的氟化物，实现饮用水的深度脱氟。
47.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本技术的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本技术的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本技术的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
技术特征：1.一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置，其特征在于，所述装置包括电絮凝单元和供电单元，所述电絮凝单元包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上方设置有电絮凝反应器；所述电絮凝反应器内竖直设置有相平行的阴极板和阳极板，所述电絮凝反应器内还设置有限位板，所述限位板上设置有用于放置所述阴极板和阳极板的限位孔，以限制所述阴极板和阳极板之间的间距；所述电絮凝反应器内还设置有磁力搅拌转子，所述磁力搅拌转子受控于所述磁力搅拌器；所述阴极板的一端、阳极板的一端均与所述供电单元相连。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位板的数量为至少两个，至少两个所述限位板由上至下、水平设置在所述电絮凝反应器内；每个所述限位板上均匀设置有若干个限位孔，相邻两个限位孔之间的距离相等。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电絮凝反应器的尺寸为120mm
×
120mm
×
150mm。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极板和阳极板的尺寸均为(80～100)mm
×
(80～100)mm
×
(2～3)mm。5.一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：向全氟化合物降解废水中加入电解质并混合搅拌均匀，得到污染物溶液；将所述污染物溶液倒入如权利要求1至4中任一项所述的装置中，通电后进行电混凝反应，并进行搅拌，所述污染物溶液中絮体在重力作用下沉淀、排出。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：使用去离子水配置酸溶液；利用砂纸反复打磨所述阴极板和阳极板，并用去离子水清洗，得到预处理后的所述阴极板和阳极板；将预处理后的所述阴极板和阳极板浸泡在所述酸溶液中，以进行金属氧化物的去除。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸溶液，浓度为5％～10％。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阴极板和阳极板均为铝电极，纯度为98.8％～99.9％；所述阴极板和阳极板之间的间距为1cm～8cm。9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电解质为氯化钠溶液，摩尔浓度为10mmol/l；所述电混凝反应的电流密度1ma/cm2～10ma/cm2，电解时间为30min～60min，搅拌转速为200rpm～300rpm；电源为直流电源，电源电压为5v～30v。10.如权利要求5所述去除全氟化合物降解废水中氟离子的方法在全氟化合物降解废水的应用，其特征在于，所述全氟化合物降解废水的ph为5～9，含氟浓度为5mg/l～40mg/l。
技术总结本发明属于废水处理技术领域，涉及一种去除全氟化合物降解废水中氟离子的电絮凝装置、方法及其应用。该装置包括电絮凝单元和供电单元，所述电絮凝单元包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上方设置有电絮凝反应器；所述电絮凝反应器内竖直设置有相平行的阴极板和阳极板，所述电絮凝反应器内还设置有限位板，所述限位板上设置有用于放置所述阴极板和阳极板的限位孔，以限制所述阴极板和阳极板之间的间距；所述电絮凝反应器内还设置有磁力搅拌转子，所述磁力搅拌转子受控于所述磁力搅拌器；所述阴极板的一端、阳极板的一端均与所述供电单元相连。装置结构简单，成本低廉，能耗少，容易实现全自动化管理设置，针对含氟离子污水的普遍适用范围性强。用范围性强。用范围性强。
技术研发人员：黄宇雄 仉铭坤 谭贤军 丁文慧
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
