CN102910708A - 工业废水电化学联合阳极处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明工业废水电化学联合阳极处理方法，属环境保护技术领域，本发明方法是个采用铁板阴极，采用由可溶性铁板阳极和不溶性钛板阳极组成的联合阳极，所述的联合阳极由以下两种方式组成，交替工作：其一，由可溶性铁阳极和不溶性钛阳极一起通电，共同工作；其二，可溶性铁阳极和不溶性钛阳极板分别通电单独工作；在室温条件下对电化学处理槽内废水介质进行电化学氧化还原处理，使废水中的大分子难降解有机物氧化降解；使废水中金属阳离子成氢氧化物沉淀；使处理后的废水油含量降为零，CODCr降至200mg/L以内，确保处理后的废水能达到国家相应排放标准的要求，并且本方法处理时间短、效率高，显著降低废水处理成本，节约了水资源，是一种有效可行的处理方法。
Description
技术领域
本发明工业废水电化学联合阳极处理方法，属环境保护技术领域，具体涉及工业废水处理技术。
背景技术
随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁地球的生态环境以及人类的健康和安全。尤其是污水中污染物的成分越来越复杂，性质多变，如由焦化、染料、制药、有机化学品合成、造纸、钢铁、金属加工、汽车等工业过程排放的污水及垃圾填埋场晚期渗滤液等，具有毒性高、浓度大且难生物降解的特点，治理难度很大，利用传统的水处理技术对这些污水的处理难以获得满意的效果甚至完全失效。电化学处理技术正是由于处理这类高浓度难降解污染物的需要而发展起来的新兴处理技术。该技术是通过运用电化学的基本原理和方法生成具有极强氧化能力的自由基(如羟基自由基·OH)和Fe2+相互配合在电解槽内将废水中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质甚至直接降解成为二氧化碳、水及无机离子。电化学处理技术具有占地面积小，反应条件温和、有机物矿化效果好及操作运行方便的特点，是近几十年来发展较快的一种新技术。
影响电化学处理效率最重要的因素为电极材料，电极材料的选用在电化学处理技术中处于核心地位。目前国内外的研究主要集中在阳极方面，研制出可溶性的阳极材料和不可溶性的阳电极材料，并已应用于废水处理中。程正东（中国专利：CN86106414）采用铁板作为电解的极板材料处理含钒铬废水，在该专利中铁极板发生电化学溶解产生亚铁离子将六价铬还原成三价铬，阴极反应将五价钒还原成四价钒，氢氧化铁吸附五价钒，最后铬、钒和铁以氢氧化物形式沉淀，获得Cr。由此可见，铁极板属于可溶性阳电极材料，长期使用极板消耗很大，且水处理效率很低，处理后的水质呈绿色或黄色，难以在废水处理领域中实际应用。刘玉秀等（腐蚀科学与防护技术，2003，Vol.15,No.3:141-143）为了能解决A3钢电极材料在电化学过程中的腐蚀行为，建议采用硫酸盐还原菌，该方法能很好的降低A3钢电极材料在水处理过程中的腐蚀消耗速率，但在实际水处理应用方面依然存具体问题。 张英志（专利申请号：201010622670.9）采用钛阳极处理高浓度工业废水，钛阳极属于不可溶性电极材料，能有效解决A3钢等铁性极板在电化学水处理过程中易溶解消耗的问题，但该专利在实施过程中需向电解槽中加入酸性介质，并在处理后的水中投加碱性介质以保证排出的水酸碱度正常。另外不可溶性电极材料如钛阳极在实际的应用中存在的不足还在于：1，水处理过程中废水的挥发量大，得水率低；2，能耗较高；3，对于高浓度废水，如废水中CODCr达到甚至超过100000mg/L时，出水水质不稳定。
发明内容：
本发明的目的是提供一种工业废水电化学联合阳极处理方法，确保处理后的废水能达到国家对工业水污染物中CODCr、油含量及色度等排放标准的要求，经后续过滤和废水深度处理后即可达到国家污水再生利用标准（GB/T50335-2002）。
本发明一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，是将通过调节池预处理的工业废水在电化学处理槽内对该废水介质进行电化学处理的方法，通过向电化学处理槽内废水介质分别添加适量的NaCl，保持废水介质的电导率≥ 800 μs/cm、 添加聚丙烯酰胺0.01-1 mg/L为还原絮凝剂；电化学处理槽使用直流电，工作电压为10－30伏，采用铁板阴极，采用由可溶性铁板阳极和不溶性钛板阳极组成的联合阳极，所述的联合阳极由以下两种方式组成，交替工作：其一，由可溶性铁阳极和不溶性钛阳极一起通电，共同工作；其二，可溶性铁阳极和不溶性钛阳极板分别通电单独工作；在室温条件下对电化学处理槽内废水介质进行电化学氧化还原处理，使废水中的大分子难降解有机物氧化降解；使废水中金属阳离子成氢氧化物沉淀；使处理后的废水油含量降为零，CODCr降至200mg/L以内，确保处理后的废水能达到国家对工业水污染物中CODCr、油含量及色度等排放标准的要求。
所述铁板阴极与可溶性铁板阳极和不溶性钛板阳极组成的联合阳极的面积比为1：0.5-2。
所述可溶性铁阳极和不可溶性钛阳极一起通电，共同工作时，不溶性钛阳极与可溶性铁阳极的面积比为1: 0.5-4。
所述可溶性铁阳极和不可溶性钛阳极一起通电，共同工作时，不溶性钛阳极与可溶性铁阳极的工作时间比为1:1-5。
所述阴、阳极板板面电流密度分别控制在1-10mA/cm2。
所述电化学处理槽由电解槽，撇油器、NaCl添加口，聚丙烯酰胺添加口，压缩空气曝气管，出水阀，排空阀，铁阴极板，铁阳极板，钛阳极板，直流电源，电源控制箱组成。
所述电化学处理槽铁阳极板和钛阳极板的电极电路分别设有开关，并联连接于工作电源电路中。
所述电化学处理槽内的压缩空气曝气管设置于阴、阳极板之间。
本发明利用电化学原理，创新采用可溶性铁阳极和不溶性钛阳极联合阳极板，在联合阳极两种工作方式的交替使用中，通过间隙单独采用不溶性钛阳极板工作，能在保证废水介质中电子流通量的条件下，通过钛极板的不溶性特点平衡废水中由铁阳极溶解的多余的亚铁离子，从而减少废水介质中由过量亚铁离子形成颗粒悬浮物；反之，通过间隙单独采用可溶性铁阳极板可增补电化学处理槽内废水介质中的Fe2+ 之不足，从而在较低的水处理成本条件下实现最佳破乳效果，使废水中油的去除率达到99.7%以上，脱色率高达99%，废水中化学需氧量（CODCr）的消除量大于95%，出水在感官上接近自来水的标准，可回收利用。确保处理后的废水达到国家对工业水污染物中CODCr、油含量及色度等排放标准的要求，最大限度的减少废水对环境生态的影响，本方法废水处理时间短，处理效率高，有效降低了废水处理过程中二次污染物的排放量，大幅减少了此类废水的处理成本，节约了水资源，对废水深度处理及回用提供了一种有效可行的处理方法。
附图说明
图1本发明电化学处理槽示意图
图2本发明电化学处理槽铁阳极板和钛阳极板开关电路示意图
具体实施方式：
现结合附图和实施例进一步说明本发明是如何实施的：
实施例1：
处理轧机乳化液废水，该废水CODCr为10000mg/L，油含量为80mg/L。
上述处理轧机乳化液废水通过调节池预处理的废水送入电化学处理槽（1）中，处理槽尺寸为3m3，撇油器（2）撇除废液面浮油，在废水进口处分别投加NaCl（3）和聚丙烯酰胺（4），NaCl的投加量由电导率测试仪控制，使废水的电导率大于或等于800 μs/cm，同时聚丙烯酰胺的投加量由电脑程序自动控制，使聚丙烯酰胺在废液中的浓度为0.02mg/L；
单块阴极、可溶铁板阳极和不可溶钛板阳极板面积相同，均为5cm×20cm，铁阳极板（5）取用20片，不溶钛阳极板（6）取用30片，铁阴极板（7）取用25片，阴、阳极板总的面积比为1:2，各电极板置于电解槽（1）的下部，阴、阳极板间距为12cm，阴、阳极板表面电流密度控制在5mA/cm2以内。电源为直流电，铁阳极板开关（12）和钛阳极板开关（13）同时闭合，使两种阳极板同时工作， 通过电源控制箱（11）调节，工作电流为70A、电压25V；工作时曝气管通0.2MPa的压缩空气，压缩空气在电解槽（1）中以气泡的方式搅动废水，曝气管（8）分别置于阴、阳极板的两侧，与极板的间距为4cm，废水处理时间为半小时，经此方法电化学处理后的废水CODCr降至150mg/L以内，油含量降为零，满足国家钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-2012）中所规定的间接排放要求。如再经过后续的一级过滤器，二级过滤器和废水深度处理装置即可达标排放或工厂回用。
当电化学处理槽累计工作36小时后，极板表面需要清洗，此时铁阳极板开关（12）和钛阳极板开关（13）同时断开，然后再断开极板电源（10），电化学处理槽（1）保持进废水状态，只需将曝气管（8）中压缩空气的压力提高到2MPa，同时关闭出水阀（14），开启电解槽的排空阀（9），让清洗极板的废水回到调节池中，使废水循环流动即可。
实施例2
处理机床切削液废水，废水中CODCr大于75000mg/L，油含量为110mg/L。
电化学处理槽（1）尺寸为3.5m3，单块阴极板板面尺寸为10cm×45cm，单块阳极板板面尺寸为10cm×15cm，铁阳极板（5）数量为20片，钛阳极板（6）数量为20片，铁阴极板（7）数量为20片，阴、阳极板间距为15cm，阴、阳极板总的面积比为1.5:1，铁阳极板工作时极板板面电流密度控制在5mA/cm2以内，钛阳极板工作时极板板面电流密度控制在4mA/cm2，其中铁阳极板工作时直流电20V、80A，通电处理时间为45分钟；钛阳极板工作时直流20V、60A，通电处理时间为15分钟；曝气管（8）与极板的间距为5cm。经此方法处理后的废水CODCr降至200mg/L以内，油含量降为零。其后续操作与实施例1相同。
实施例3：
处理电镀废水，废水中CODCr大于8000mg/L，油含量小于60mg/L，
电解槽尺寸为8m3，单块阴、阳极板板面尺寸为20cm×30cm，铁阳极板（5）数量为15片，钛阳极板（6）数量为25片，铁阴极板（7）数量为20片，极板间距为14cm，阴、阳极板总的面积比为1:2，此时铁阳极板和钛阳极板工作时极板板面电流密度都控制在2mA/cm2以内。其中铁阳极板工作时采用25V、60A的直流电，通电处理时间为50分钟，随后钛阳极板工作，采用20V、80A的直流电，通电处理时间为10分钟；两种阳极板按此设定的工作时间连续交替工作。压缩空气曝气管（8）与极板的间距为4cm，经此方法处理后的废水CODCr降至100mg/L以内，油含量降为零。
该电化学处理槽，累计处理 72小时后，先将铁阳极板开关（12）和钛阳极板开关（13）同时断开，然后断开极板电源（10），将曝气管（2）压缩空气的压力提高到3MPa，同时关闭出水阀（14），开启电化学处理槽的排空阀（9），将清洗极板的废水回到调节池中，使废水循环流动即可。
实施例4：
工业废水电化学联合阳极处理方法
技术领域
本发明工业废水电化学联合阳极处理方法，属环境保护技术领域，具体涉及工业废水处理技术。
背景技术
随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁地球的生态环境以及人类的健康和安全。尤其是污水中污染物的成分越来越复杂，性质多变，如由焦化、染料、制药、有机化学品合成、造纸、钢铁、金属加工、汽车等工业过程排放的污水及垃圾填埋场晚期渗滤液等，具有毒性高、浓度大且难生物降解的特点，治理难度很大，利用传统的水处理技术对这些污水的处理难以获得满意的效果甚至完全失效。电化学处理技术正是由于处理这类高浓度难降解污染物的需要而发展起来的新兴处理技术。该技术是通过运用电化学的基本原理和方法生成具有极强氧化能力的自由基(如羟基自由基·OH)和Fe2+相互配合在电解槽内将废水中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质甚至直接降解成为二氧化碳、水及无机离子。电化学处理技术具有占地面积小，反应条件温和、有机物矿化效果好及操作运行方便的特点，是近几十年来发展较快的一种新技术。
影响电化学处理效率最重要的因素为电极材料，电极材料的选用在电化学处理技术中处于核心地位。目前国内外的研究主要集中在阳极方面，研制出可溶性的阳极材料和不可溶性的阳电极材料，并已应用于废水处理中。程正东（中国专利：CN86106414）采用铁板作为电解的极板材料处理含钒铬废水，在该专利中铁极板发生电化学溶解产生亚铁离子将六价铬还原成三价铬，阴极反应将五价钒还原成四价钒，氢氧化铁吸附五价钒，最后铬、钒和铁以氢氧化物形式沉淀，获得Cr。由此可见，铁极板属于可溶性阳电极材料，长期使用极板消耗很大，且水处理效率很低，处理后的水质呈绿色或黄色，
处理纺织印染废水，废水中CODCr大于1000mg/L，色度的稀释倍数高达4000倍，废水呈深褐色，水质可生化性差。
电化学处理槽（1）尺寸为6m3，单块阴、阳极板板面尺寸为10cm×30cm，铁阳极板（5）数量为30片，钛阳极板（6）数量为10片，铁阴极板（7）数量为20片，阴、阳极板间距为14cm，铁阳极板与钛阳极板的面积比为3：1；阴、阳极板总的面积比为1:2，铁阳极板工作时极板板面电流密度控制在5mA/cm2以内，钛阳极板工作时极板板面电流密度控制在6mA/cm2，其中铁阳极板工作时直流电20V、100A，通电处理时间为30分钟；钛阳极板工作时直流20V、80A，通电处理时间为15分钟；曝气管（8）与极板的间距为4cm。经此方法处理后的废水CODCr降至50mg/L以内，色度的稀释倍数小于30，水质澄清肉眼观察无明显颜色。其后续操作与实施例1相同。
Claims (8)
1.一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，是将通过调节池预处理的工业废水在电化学处理槽内对该废水介质进行电化学处理的方法，其特征在于，通过向电化学处理槽内废水介质分别添加适量的NaCl，保持废水介质的电导率≥ 800 μs/cm、 添加聚丙烯酰胺0.01-1 mg/L为还原絮凝剂；电化学处理槽使用直流电，工作电压为10－30伏，采用铁板阴极，采用由可溶性铁板阳极和不溶性钛板阳极组成的联合阳极，所述的联合阳极由以下两种方式组成，交替工作：其一，由可溶性铁阳极和不溶性钛阳极一起通电，共同工作；其二，可溶性铁阳极和不溶性钛阳极板分别通电单独工作；在室温条件下对电化学处理槽内废水介质进行电化学氧化还原处理，使废水中的大分子难降解有机物氧化降解；使废水中金属阳离子成氢氧化物沉淀；使处理后的废水油含量降为零，CODCr降至200mg/L以内，确保处理后的废水能达到国家对工业水污染物中CODCr、油含量及色度等排放标准的要求。
2.根据权利要求1所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，铁板阴极与可溶性铁板阳极和不溶性钛板阳极组成的联合阳极的面积比为1：0.5-2。
3.根据权利要求1所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，可溶性铁阳极和不可溶性钛阳极一起通电，共同工作时，不溶性钛阳极与可溶性铁阳极的面积比为1: 0.5-4。
4.根据权利要求1所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，在可溶性铁阳极和不可溶性钛阳极一起通电，共同工作时，不溶性钛阳极与可溶性铁阳极的工作时间比为1:1-5。
5.根据权利要求1所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，阴、阳极板板面电流密度分别控制在1-10mA/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，电化学处理槽由电解槽，撇油器、NaCl添加口，聚丙烯酰胺添加口，压缩空气曝气管，出水阀，排空阀，铁阴极板，铁阳极板，钛阳极板，直流电源和电源控制箱组成。
7.根据权利要求6所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，电化学处理槽铁阳极板和钛阳极板的电极电路分别设有开关，并联连接于工作电源电路中。
8.根据权利要求6所述的一种工业废水的电化学联合阳极处理方法，其特征在于，电化学处理槽内的压缩空气曝气管设置于阴、阳极板之间。
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