CN103086550B - 一种利用电解处理脱硫废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电解处理脱硫废水的方法，包括：(1)将所述脱硫废水送入敞开式无隔膜电解槽内，以钛基涂层电极为阳极，不锈钢板为阴极，向所述阳极和阴极通直流电，对所述脱硫废水进行电解处理，电解的同时搅拌所述脱硫废水；(2)取步骤(1)处理后的出水，添加聚丙烯酰胺进行絮凝。本发明是利用电解法处理高COD脱硫废水，脱硫废水含有大量的氯化物，其氯离子浓度一般为8000-20000mg/L左右，电解时无需再添加电解质氯化钠，在电解过程中，阳极上释放出氧气和氯气，由于释放出的氧和氯是新生态的，所以它们具有很强的氧化能力，能使废水中的有机物发生强烈的氧化而分解。

Description

一种利用电解处理脱硫废水的方法

技术领域

本发明涉及脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种利用电解法处理脱硫废水的方法。

背景技术

我国是世界最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在中国能源结构中的比例高达76.2％，我国排放的二氧化硫90％均来自于燃煤。燃煤产生的二氧化硫和酸雨已对农作物、森林、建筑物和人体健康等方面造成了巨大的经济损失，因此，二氧化硫排放的控制十分重要。近年来，火电厂烟气脱硫已在我国迅速展开，截至2010年底，全国已投运烟气脱硫机组超过5.6亿千瓦，约占全国燃煤机组容量的86％。在众多脱硫技术中，湿法烟气脱硫是目前唯一大规模商业运行的脱硫技术。

湿法烟气脱硫工艺会产生脱硫废水，脱硫废水中的杂质主要来自烟气和脱硫剂。其中，烟气的杂质来源于煤的燃烧，脱硫剂的杂质来源于脱硫剂的溶解。与火电厂其它系统产生的废水相比，脱硫废水的水质非常特殊。脱硫废水呈酸性，pH值4-6，悬浮物(石膏、氧化硅、金属氧化物及飞灰)、化学需氧量(COD)和氯化物、硫酸钙、硫酸镁等盐类含量较高，一类污染物(Cd、Hg、Cr、As、Pb、Ni等重金属离子)和二类污染物(Cu、Zn、氟化物、硫化物等)超标，必须加以处理达标排放。

国内典型的脱硫废水处理系统是通过中和、沉降、絮凝、浓缩澄清的物理化学过程去除废水中污染物。但仅靠化学沉淀-絮凝对COD的去除率较低，对于COD较高(≥200mg/L)的脱硫废水难以处理达标。特别是对于近年来兴起的利用废弃物作为脱硫剂以废治废的电石渣-石膏法、白泥-石膏法脱硫工艺，由于脱硫剂本身成分比较复杂，杂质含量较高，产生的脱硫废水COD较高，通常在300-800mg/L左右，采用传统的脱硫废水处理方法便无法处理达标。

电解法也称为电化学氧化法，电化学氧化本质是指电解质溶液在电流的作用下，通过阳极反应，氧化分解难降解污染物的直接氧化或者是通过阳极反应先产生具有较强氧化性的化学活性物质，再氧化污染物的间接氧化。当接通直流电源后，电解槽的阴极和阳极之间发生了电位差，驱使阳离子移向阴极，在阴极取得电子，进行还原反应；阴离子移向阳极，在阳极放出电子，进行氧化反应。从而使得废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离出去。

电解法作为一种较为成熟的水处理技术，以往多用于处理含氰、含铬的电镀废水，近年已广泛应用于处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液等的研究。电解法具有很多优点，尤其突出的是电解法设备化程度高，是环保产业应予重视的一个发展领域，目前还没有文献报道用电解法处理脱硫废水。

发明内容

本发明提供了一种利用电解处理脱硫废水的方法，解决高COD脱硫废水COD难以处理达标的问题。

一种利用电解处理脱硫废水的方法，包括：

(1)将所述脱硫废水送入敞开式无隔膜电解槽内，以钛基涂层电极为阳极，不锈钢板为阴极，向所述阳极和阴极通直流电，对所述脱硫废水进行电解处理，电解的同时搅拌所述脱硫废水；

(2)取步骤(1)处理后的出水，添加聚丙烯酰胺进行絮凝。

本发明是利用电解法处理高COD脱硫废水，脱硫废水含有大量的氯化物，其氯离子浓度一般为8000-20000mg/L左右，电解时无需再添加电解质氯化钠，在电解过程中，阳极上释放出氧气和氯气，由于释放出的氧和氯是新生态的，所以它们具有很强的氧化能力，能使废水中的有机物发生强烈的氧化而分解。

在敞开式无隔膜电解槽内电解，无隔膜的电解槽结构更简单，且更利于溶液中有机分子与氧化剂的扩散和混合；电解后采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂，絮体大，沉降快，处理效果好。

本发明的反应原理：

本发明利用脱硫废水中氯离子或水中原有盐分作为导电介质，以钛基涂层电极为阳极，不锈钢板为阴极，在敞开式无隔膜电解槽内，通直流电对脱硫废水边搅拌边电解，阳极产生氧气和氯气，阴极产生氢气和氢氧根，新生态氧和氯等的氧化作用使废水COD降低，而废水中重金属离子与阴极氢氧根结合生成沉淀去除。主要反应式如下：

(1)在电解时在阳极板上释放出氧气和氯气

2Cl^--2e→Cl₂

4OH^--4e→2H₂O+O₂

(2)在电解时在阴极板上释放出氢气和氢氧根

2H₂O+2e→H₂+2OH^-

(3)上述反应之后水中将发生下列化学反应

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

HClO+OH^-→H₂O+ClO^-

(4)反应中生成的ClO^-又能在阳极板上氧化生成氯酸和初生态的氧

12ClO^-+6H₂O-12e→4HClO₃+8HCl+6[O]

步骤(1)中电解前不调节废水pH值，废水pH值降低对阳极的析氯反应更有利，而pH值升高则对析氧反应有利，因此酸性条件下可以产生大量的ClO^-，更有利于电解反应的进行，而脱硫废水pH值通常在4-6左右，呈酸性，因此不调节废水pH值。

作为优选，所述阳极为钌系涂层钛电极。该电极具有较低的析氯电位，较高的析氧电位，使阳极能更多的析氯而非析氧，电解过程中可以产生大量的ClO^-，并可以提高电流密度、耐高温、耐腐蚀。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时的极水比(阳极板浸入水中面积与处理废水体积之比)为1∶4～16。极水比越大则单位面积极板处理水量越少，在相同的电流密度条件下，电解效率增加，处理效果越好，但极水比增大一方面增加了工程投资，另一方面为保证电流密度相同增加了电耗，综合考虑，选择极水比为1∶4～16，以便做到既经济又可行。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时的电流密度为0.5-2mA/cm²。

电流密度的大小是反映电流有效使用率的一个重要指标，电流密度的增加意味着槽电压增大，电源提供的能量越多，电解反应激烈程度增加，产生的ClO^-也增多，使水中有机污染物反应越充分，但是也相应的增加了电耗，同时过高的电流密度会导致电流紊乱，从而导致电解效率的降低。当电流密度大于2mA/cm²时，处理效果不再有显著提高，而电流密度小于0.5mA/cm²时，处理效果不够理想，故选择电流密度为0.5-2mA/cm²为宜。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时的温度为25-40℃。

温度升高使电解反应加速，水中有机污染物降解亦更充分，但同时温度升高会使析氧电位和Cl₂的溶解度降低，进而使ClO^-的产生量减少，所以电解温度不宜过高也不宜过低。当电解温度25-40℃时，处理效果较好且温度对处理效果的影响也不太显著，故选择电解温度为25-40℃较为适宜。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时的阳极与阴极之间的间距为10-20mm。

极板间距越小越有利于电化学氧化反应，极板间距小，极板间的电阻小，电流效率高，电能消耗低，但所需电极板组数太多，一次投资大，且安装与维护管理都较困难，故综合考虑取极板间距10-20mm。

更优选地，步骤(1)中的电解参数为：极水比1∶4～16，电流密度0.5-2mA/cm²，极板间距10-20mm，电解温度25-40℃。当电解参数取上述组合时，污水的处理效果更好，对于高COD值的脱硫废水均能达到排放标准。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时的搅拌强度为200-400r/min。

搅拌作用可以加快电解槽中废水的湍流速度，减少传质阻力，从而使有机分子和电解产生的氧化剂充分混合，提高电流效率，保证较高的有机物去除效率，但搅拌强度太大会加速ClO^-在阴极还原为Cl^-。

作为优选，步骤(1)中所述电解处理时间为60-80min。

步骤(1)中所述电解反应时间为60-80min。随着电解时间的延长，电解反应进行的越充分，但是如果一味的增加电解时间，所消耗的电能也会相应增加，当电解60min后COD去除率基本保持不变。反应前期COD去除率增幅较大，反应后期COD去除率随时间增加缓慢，这是由于随着电解的进行，有机物浓度越来越低，使得间接氧化作用减弱，同时部分有机物氧化不彻底，形成了中间产物，而这些中间产物的进一步氧化变得困难。故选择电解反应时间为60-80min。

作为优选，步骤(2)中所述的聚丙烯酰胺投加量为8-10mg/L。

步骤(2)中所述的聚丙烯酰胺投加量为8-10mg/L。随着聚丙烯酰胺投加量的增加，SS和重金属的去除率逐渐增大，当聚丙烯酰胺投加量达到10mg/L以后，去除率趋于稳定，而当聚丙烯酰胺投加量低于8mg/L时，絮凝效果较差，同时聚丙烯酰胺也是一种有机物，过量投加反而会增大出水COD，故选择聚丙烯酰胺投加量为8-10mg/L。

一种最优选的技术方案，步骤(1)中电解参数为：所述阳极为钌系涂层钛电极；步骤(1)中的电解参数为：极水比1∶4～16，电流密度0.5-2mA/cm²，极板间距10-20mm，电解温度25-40℃；步骤(1)中所述电解处理时的搅拌强度为200-400r/min；电解处理时间为60-80min；步骤(2)中所述的聚丙烯酰胺投加量为8-10mg/L。

本发明的有益效果：

(1)简化了工艺流程，节约了药剂。电解前不用加碱调节废水pH值，从而使工艺简化；无需购置和消耗石灰乳、有机硫、硫酸氯化铁等药剂，节约了药剂购买费用，同时使操作也变得简单。

(2)处理工艺占地面积小，无需设置中和池及石灰乳、有机硫、硫酸氯化铁等加药设备，建设费用低，大大节省了投资，同时，动能消耗也降低。

(3)利用脱硫废水中含有的氯离子电解后生成强氧化剂处理废水，对于不易物化处理的高COD脱硫废水有良好的处理效果，解决了传统处理方法COD难以处理达标的问题，同时对重金属的去除也能够取得很好的效果。

附图说明

图1是本发明所使用的电解装置的结构示意图。

1-恒温水浴锅；2-电解槽；3-阳极板；4-阴极板；5-搅拌器；6-直流电源。

具体实施方式

如图1所示，是本发明电解装置的结构示意图，电解槽2置于水浴锅1中，电解槽2采用敞开式无隔膜电解槽，电解槽2内设置搅拌器5，阳极板3和阴极板4插入电解槽2中，阴极板3和阳极板4连接直流电源6。

实施例1

取800ml电石渣-石膏法脱硫废水置于体积为1050ml的电解槽中，以钌系涂层钛电极为阳极，钌系涂层钛电极的尺寸为120mm*50mm*1mm，由宝鸡市祺鑫钛业有限公司定制，不锈钢板为阴极，用搅拌器进行搅拌并加热通电进行电解，边搅拌边电解。然后将电解处理出水按8mg/L添加聚丙烯酰胺进行絮凝，测定出水各污染指标。

电解反应工艺参数：极水比1∶16，电流密度0.75mA/cm²，极板间距15mm，电解温度30℃。搅拌强度为250r/min，电解反应时间为60min，电耗为0.27kwh/t。

实验结果如下：

由上表可见，处理后废水符合国家排放标准。

实施例2

取800ml白泥-石膏法脱硫废水置于体积为1050ml的电解槽中，以钌系涂层钛电极为阳极，钌系涂层钛电极的尺寸为120mm*50mm*1mm，由宝鸡市祺鑫钛业有限公司定制，不锈钢板为阴极，用搅拌器进行搅拌并加热通电进行电解，边搅拌边电解。然后将电解处理出水按10mg/L添加聚丙烯酰胺进行絮凝，测定出水各污染指标。

电解反应工艺参数：极水比1∶16，电流密度1.0mA/cm²，极板间距10mm，电解温度40℃。搅拌强度为250r/min，电解反应时间为60min，电耗为0.36kwh/t。

实验结果如下：

由上表可见，处理后废水符合国家排放标准。

实施例3

取800ml另一白泥-石膏法脱硫废水置于体积为1050ml的电解槽中，以钌系涂层钛电极为阳极，钌系涂层钛电极的尺寸为120mm*50mm*1mm，由宝鸡市祺鑫钛业有限公司定制，不锈钢板为阴极，用搅拌器进行搅拌并加热通电进行电解，边搅拌边电解。然后将电解处理出水按9mg/L添加聚丙烯酰胺进行絮凝，测定出水各污染指标。

电解反应工艺参数：极水比1∶8，电流密度2.0mA/cm²，极板间距20mm，电解温度25℃。搅拌强度为400r/min，电解反应时间为80min，电耗为0.72kwh/t。

实验结果如下：

由上表可见，处理后废水符合国家排放标准。

实施例4

取800ml另一电石渣-石膏法脱硫废水置于体积为1050ml的电解槽中，以钌系涂层钛电极为阳极，钌系涂层钛电极的尺寸为120mm*50mm*1mm，由宝鸡市祺鑫钛业有限公司定制，不锈钢板为阴极，用搅拌器进行搅拌并加热通电进行电解，边搅拌边电解。然后将电解处理出水按8mg/L添加聚丙烯酰胺进行絮凝，测定出水各污染指标。

电解反应工艺参数：极水比1∶4，电流密度0.5mA/cm²，极板间距10mm，电解温度35℃。搅拌强度为300r/min，电解反应时间为80min，电耗为0.18kwh/t。

实验结果如下：

由上表可见，处理后废水符合国家排放标准。

Claims (1)

1.一种利用电解处理脱硫废水的方法，其特征在于，包括：

(1)将所述脱硫废水送入敞开式无隔膜电解槽内，以钛基涂层电极为阳极，不锈钢板为阴极，向所述阳极和阴极通直流电，对所述脱硫废水进行电解处理，电解的同时搅拌所述脱硫废水；所述阳极为钌系涂层钛电极；所述电解处理时的极水比为1:4～16；所述电解处理时的电流密度为0.5-2mA/cm²；所述电解处理时的温度为25-40℃；所述电解处理时阳极与阴极之间的间距为10-20mm；所述电解处理时的搅拌强度为200-400r/min；所述电解处理时间为60-80min；所述脱硫废水为电石渣-石膏法脱硫废水或白泥-石膏法脱硫废水，脱硫废水中氯离子浓度为8000-20000mg/L；

(2)取步骤(1)处理后的出水，添加聚丙烯酰胺进行絮凝；所述的聚丙烯酰胺投加量为8-10mg/L。