一種利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源甾體雌激素的方法
【專利說(shuō)明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種去除水中內(nèi)源留體雌激素的方法，具體的說(shuō)是一種利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源留體雌激素的方法。該方法很好的解決了水體中留體雌激素去除困難、降解緩慢的難題，減少了留體雌激素對(duì)環(huán)境和人類健康的危害。本發(fā)明含雌激素水體修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
二、【背景技術(shù)】
[0002]留體雌激素是典型的內(nèi)分泌干擾物，水中納克/升級(jí)的留體雌激素即表現(xiàn)出較強(qiáng)的生態(tài)和遺傳毒性，造成男性不育、女性生殖器官腫瘤、兒童早熟，野生動(dòng)物繁殖能力降低等問(wèn)題。留體雌激素可以分為兩大類:天然雌激素和人工合成雌激素。天然雌激素又稱為內(nèi)源甾體雌激素，是指動(dòng)物和人體內(nèi)天然存在的雌激素，主要包括有17β雌二醇、17α雌二醇、雌酮和雌三醇，其中又以17β雌二醇含量最多、雌激素作用最強(qiáng)。
[0003]污水處理廠的出水和畜禽的排泄物是環(huán)境中內(nèi)源留體雌激素的兩大主要來(lái)源。污水處理廠現(xiàn)有的常規(guī)處理工藝對(duì)雌激素的去除效率不高，污水廠尾水中殘留的留體雌激素進(jìn)入地表水后，在自然條件下，不能有效、快速降解;研究資料表明，雌激素進(jìn)入水體后，特別是在水體中下部的厭氧環(huán)境中，經(jīng)過(guò)200-300天，留體雌激素?zé)o明顯的降解。
[0004]目前，去除雌激素的方法主要有活性污泥法、臭氧氧化法、高錳(鐵)酸鉀氧化法、光催化氧化法、電氧化-臭氧協(xié)同法等，這些方法對(duì)生活污水、制藥廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水等污廢水中雌激素的去除表現(xiàn)出了較好的效果;但在地表水體的凈化及修復(fù)中，則因操作條件、能耗、運(yùn)行成本等問(wèn)題，這些方法不能被廣泛采用。因此，高效、低耗的去除水體中留體雌激素方法的研發(fā)則成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)水體中留體雌激素濃度高、危害大、自然降解率低等問(wèn)題，旨在提供一種利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源留體雌激素的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中內(nèi)源留體雌激素的快速、持續(xù)性去除，解決了水中內(nèi)源留體雌激素去除困難、降解緩慢的難題。本方法反應(yīng)周期較短，成本低，減少了內(nèi)源留體雌激素對(duì)環(huán)境和人類健康的危害。
[0006]本發(fā)明利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源留體雌激素的方法，包括如下步驟:
[0007](I)在含有內(nèi)源留體雌激素的水體中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距5-100cm，進(jìn)一步優(yōu)選為5_20cm;
[0008](2)利用直流電源，向體系中加低電壓，電壓范圍0.5-1.0V，反應(yīng)時(shí)間3-10天，實(shí)現(xiàn)水體中雌激素的強(qiáng)化吸附；
[0009](3)當(dāng)水體中內(nèi)源甾體雌激素的濃度小于0.lmg/L時(shí)，利用直流電源，向體系中加高電壓，電壓范圍2.5-5.0V，反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)，實(shí)現(xiàn)石墨電極的原位修復(fù)及體系持續(xù)去除甾體雌激素的能力。
[0010]步驟(I)水體中內(nèi)源甾體雌激素的濃度< 2mg/L，水體pH值為6.0-8.0，溫度為5_30Γ。
[0011]步驟(3)中所述高電壓的電壓范圍優(yōu)選為3.0-4.0V。
[0012]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果:
[0013]本發(fā)明提供一種全新的去除水體中雌激素的方法，具體的說(shuō)，就是在水中先引入外加低電壓，提供額外電子受體，使留體雌激素被吸附到石墨電極上，在石墨電極上形成甾體雌激素絡(luò)合物，當(dāng)水中檢測(cè)不到雌激素時(shí)，向反應(yīng)體系加載較高電壓，使得石墨電極上的甾體雌激素絡(luò)合物得以礦化，實(shí)現(xiàn)電極的原位修復(fù)，恢復(fù)系統(tǒng)對(duì)留體雌激素的持續(xù)去除能力。
[0014]與現(xiàn)有類似方法相比，本發(fā)明中外加低電壓容易獲得，與傳統(tǒng)的電催化氧化方法相比，本發(fā)明能耗較低；陽(yáng)極材料選用石墨，與其它電極相比，對(duì)該電極雌激素具有好的強(qiáng)化吸附效果，且石墨價(jià)格低廉，在自然水體環(huán)境中便于日常管理與維護(hù)；電極活化方案簡(jiǎn)單，僅僅采用2.5-5.0V電壓通電3-8小時(shí)即可，真正實(shí)現(xiàn)了電極材料的低耗、原位活化。因而，本發(fā)明具有處理效果好，運(yùn)行成本低，關(guān)于管理等優(yōu)點(diǎn)，易于推廣。
四、【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:
[0016]水體中混合雌激素的濃度1.0mg/L，pH為7.0，水溫為15 °C。在水中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距15cm;向電極上加載0.5V直流電壓，反應(yīng)時(shí)間6天，水中雌激素的去除率為95%。將電壓升高至3.0V，并保持8小時(shí)，鈍化石墨電極得到活化，體系對(duì)雌激素的去除能力得到恢復(fù)。
[0017]實(shí)施例2:
[0018]水體中混合雌激素的濃度0.5mg/L，pH為6.0，水溫為1 °C。在水中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距10cm;向電極上加載0.8V直流電壓，反應(yīng)時(shí)間4天，水中雌激素的去除率為92%。將電壓升高至2.5V，并保持6小時(shí)，鈍化石墨電極得到活化，體系對(duì)雌激素的去除能力得到恢復(fù)。
[0019]實(shí)施例3:
[0020]水體中混合雌激素的濃度1.5mg/L，pH為8.0，水溫為25 °C。在水中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距60cm;向電極上加載1.0V直流電壓，反應(yīng)時(shí)間8天，水中雌激素的去除率為96%。將電壓升高至4.0V，并保持3小時(shí)，鈍化石墨電極得到活化，體系對(duì)雌激素的去除能力得到恢復(fù)。
[0021]實(shí)施例4:
[0022]水體中混合雌激素的濃度2.0mg/L，pH為8.0，水溫為30 °C。在水中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距80cm;向電極上加載1.0V直流電壓，反應(yīng)時(shí)間10天，水中雌激素的去除率為96%。將電壓升高至5.0V，并保持5小時(shí)，鈍化石墨電極得到活化，體系對(duì)雌激素的去除能力得到恢復(fù)。
[0023]實(shí)施例5:
[0024]水體中混合雌激素的濃度0.3mg/L，pH為6.5，水溫為5 °C。在水中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距5cm;向電極上加載0.5V直流電壓，反應(yīng)時(shí)間3天，水中雌激素的去除率為90%。將電壓升高至2.5V，并保持3小時(shí)，鈍化石墨電極得到活化，體系對(duì)雌激素的去除能力得到恢復(fù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源留體雌激素的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)在含有內(nèi)源留體雌激素的水體中插入電極，陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極，電極間距 5-1 OOcm; (2)利用直流電源，向體系中加低電壓，反應(yīng)時(shí)間3-10天，實(shí)現(xiàn)水體中雌激素的強(qiáng)化吸附； (3)當(dāng)水體中內(nèi)源甾體雌激素的濃度小于0.lmg/L時(shí)，利用直流電源，向體系中加高電壓，反應(yīng)時(shí)間3-8小時(shí)，實(shí)現(xiàn)石墨電極的原位修復(fù)及體系持續(xù)去除留體雌激素的能力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 步驟(I)水體中內(nèi)源留體雌激素的濃度< 2mg/L，水體pH值為6.0-8.0，溫度為5_30 V。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 步驟(I)中電極間距為5-20cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 步驟⑵中所述低電壓的電壓范圍0.5-1.0V。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 步驟(3)中所述高電壓的電壓范圍2.5-5.0V。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于: 步驟(3)中所述高電壓的電壓范圍3.0-4.0V。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用強(qiáng)化吸附及低電壓降解協(xié)同去除水體中內(nèi)源甾體雌激素的方法，在水體中設(shè)置電極(陽(yáng)極為石墨電極，陰極為鈦電極)，并加載低電壓，為水中的內(nèi)源甾體雌激素提供額外的電子受體，促進(jìn)雌激素向石墨電極遷移，強(qiáng)化石墨電極對(duì)甾體雌激素的吸附；當(dāng)石墨電極鈍化時(shí)，向反應(yīng)體系加載較高電壓，使石墨電極上吸附的甾體雌激素絡(luò)合物得以礦化，實(shí)現(xiàn)石墨電極的原位修復(fù)。這種協(xié)同處理方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)源甾體雌激素的快速、持續(xù)性去除，解決了水中內(nèi)源甾體雌激素去除困難、降解緩慢的難題。
【IPC分類】C02F101/34, C02F1/469
【公開(kāi)號(hào)】CN105600885
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510770983
【發(fā)明人】袁守軍, 朱敏杰, 馮景偉, 王偉, 胡真虎
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日