CN106241971B - 一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法 - Google Patents

一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法，包括水槽、水泵、脉冲电源和与分别与脉冲电源的两极相连的两个电极组件，所述水槽上设有进水口和出水口，所述水泵与进水口相连，所述脉冲电源的峰值电压和频率可调，每个电极组件包括至少两个电极，其中至少一个单金属电极和至少一个涂层钛电极。本发明工艺先进、运行稳定、操作简单，处理时间短、同时处理多个目标物、脱除效率高、成本低、无药剂添加、无二次污染，设备易于管理，具有较强的实用性、经济性。

Description

一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法
技术领域
本发明涉及电化学及水处理技术领域，具体涉及一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法。
背景技术
水资源污染一直是世界范围的环境问题，水污染物成分很复杂，当前，我国的有机水污染和重金属离子污染较突出，同时排放含重金属离子和难降解有机物的电镀工厂数量越来越多，分布也较广，难集中管理控制，造成了有机水污染和重金属离子污染恶化趋势愈演愈烈。据有关资料显示，目前我国电镀企业已达2万余家，80％左右的国有电镀厂虽然建立了污染控制设施，但是很多处理设施已经不能正常运转，大多数乡镇电镀企业则几乎没有采取任何污染控制措施，电镀企业光每年排放的含重金属离子废水就达4亿吨之多，并且随着电镀工业的规模的发展，排放的废水量也将越来越大。
电镀废水属于高浓度难降解有毒有害废水，含大量重金属离子、重金属酸盐离子以及有机物，电镀废水若未经处理直接排放进入水体，会危及水生植物生长，影响水产养殖，甚至造成水生动植物绝迹；进入人类饮用水源，轻者引起慢性中毒，重者导致死亡。传统生物化学处理技术虽可降解COD，但稳定有机物的降解效果不明显，且对重金属离子的去除效果较差，尤其是高价态的重金属酸盐。传统直流电絮凝技术处理电镀废水，虽然有很多优势，但能耗高、电极容易钝化，且不能去除有机污染物等问题直接影响了该技术的工程应用。为了克服直流电絮凝法的缺点，将脉冲技术与电解絮凝法相结合，以期望解决目前电絮凝技术中的问题，使电解絮凝技术逐步代替生物法和化学法，为电镀废水和有机废水同时处理提供了崭新的思路。
以高压脉冲直流电解和电絮凝一体化装置处理含重金属离子和难降解有机物的废水，作为一项更有效和更低成本的治理技术，有着重要的实用价值。该技术使用脉冲直流电源，连接多极串并联电解和絮凝电极，具有处理效果好、一体化、同时降解、无需调节电导率、无需后续添加化学药剂、絮凝速度快、处理时间短、进一步减少阳极钝化、无二次污染等特点。因此，高压脉冲直流电解和电絮凝一体化装置具有广泛的应用前景。虽然己有一些脉冲电絮凝电镀废水处理的研究，但存在需调节电导率、处理目标物单一、后期需要添加药剂调节pH值、絮凝速度较慢需要用离心辅助、处理时间长等问题。
本发明是在大连海事大学基本科研业务费青年骨干基金项目3132016060、大连海事大学基本科研业务费重点科研项目3132016327和国家自然科学基金面上项目11675031、41576111的支持下完成的。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置及处理方法。本发明采用的技术手段如下：
一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置，包括水槽、水泵、脉冲电源和与分别与脉冲电源的两极相连的两个电极组件，所述水槽上设有进水口和出水口，所述水泵与进水口相连，所述脉冲电源的峰值电压和频率可调，每个电极组件包括至少两个相互并联的电极，其中至少一个单金属电极和至少一个涂层钛电极。
进一步地，所述脉冲电源的峰值电压可调范围的最大值不低于10V，所述脉冲电源的峰值电压可调范围的最小值不高于140V，所述脉冲电源的频率可调范围的最大值不低于2kHz，所述脉冲电源的频率可调范围的最小值不高于10kHz。
进一步地，所述水槽上设有多个纵向分布的进水口，所述出水口设置于进水口对侧，所述出水口位于水槽的上部，所述水槽的底部为锥形结构，所述水槽的底部设有排放孔。
进一步地，所述单金属电极为铁电极、铝电极或不锈钢电极，所述涂层钛电极为氧化铅钛电极、钌铱钛电极、铂钛电极或铱钛电极。
进一步地，所述电极为板状、板孔状或网状。
进一步地，所述电极之间的间距为1-10㎜。
一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，使用本发明所述的电解絮凝装置，包括如下步骤：
a.通过水泵将待处理废水输入水槽；
b.将两个电极组件分别与脉冲电源的两极接通，调节脉冲电源的电压和/或电流，使电解和电絮凝反应进行；
c.将处理后的废水通过出水口排出水槽。
进一步地，步骤b中，调节脉冲电源的电压至10-140V，频率调至2-10kHz。
进一步地，步骤b中，在一个脉冲周期内，两个电极组件互换一次阴阳极。
与现有技术比较，本发明所述的脉冲电解絮凝装置及处理方法具有以下优点：
1、本发明为一级一体化处理，可同时处理含重金属离子和有机污染物废水，占地小，效率高。
2、本发明的一级一体化处理装置中采用多极串并联电极，阴阳极各为2片电极，对应增长。在脉冲过程中，可保证电极反应的稳定进行。
3、本发明采用的脉冲直流方式，可以有效的减少阳极闭塞，降低能耗，直流可进一步减少阳极钝化，同时还可以降低浓差极化，使电解絮凝反应能高效地进行，处理时间短。
4、本发明装置采用的脉冲直流电解絮凝技术在反应前无需添加药剂调节pH值，反应过程中系统电化学反应可自行将废水的pH值调制7-9之间，即反应后也无需添加药剂调节废水参数，明显减少了操作工序。
5、本发明装置在反应过程中，产生的絮体颗粒较大，絮凝速度快，处理后的废水可很快达到澄清状态。
6、本发明采用的自制脉冲直流电源采用的是高电压低电流模式，能量效率高。
7、本发明处理的废水可流动，废水的流速可调，既可一次性处理废水，又可循环多次连续处理废水，在实际应用过程中可操作性强。
8、本发明工艺先进、运行稳定、操作简单，处理时间短、同时处理多个目标物、脱除效率高、成本低、无药剂添加、无二次污染，设备易于管理，具有较强的实用性、经济性。
附图说明
图1是本发明实施例所述的脉冲电解絮凝装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝装置，包括水槽1、水泵2、脉冲电源3和与分别与脉冲电源3的两极相连的两个电极组件4，本实施例中，脉冲电源3为设置脉冲开关的电源，所述水槽1上设有进水口11和出水口12，所述水泵2与进水口11相连，所述脉冲电源3的峰值电压和频率可调，每个电极组件4包括至少两个相互并联的电极，其中至少一个单金属电极41和至少一个涂层钛电极42，在设置两个电极组件4时，可以将单金属电极41和涂层钛电极42间隔设置。
所述脉冲电源3的峰值电压可调范围的最大值不低于10V，所述脉冲电源3的峰值电压可调范围的最小值不高于140V，所述脉冲电源3的频率可调范围的最大值不低于2kHz，所述脉冲电源3的频率可调范围的最小值不高于10kHz。
所述水槽1上设有多个纵向分布的进水口11，多个进水口11减少了浓差极化，所述出水口12设置于进水口11对侧，所述出水口12位于水槽1的上部，所述水槽1的底部为锥形结构，所述水槽1的底部设有排放孔13，处理残渣可以通过排放孔13排出。
所述单金属电极41为铁电极、铝电极或不锈钢电极，所述涂层钛电极42为氧化铅钛电极、钌铱钛电极、铂钛电极或铱钛电极。
所述电极为板状、板孔状或网状，电极相互平行设置，所述电极之间的间距为1-10㎜。
一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，使用本实施例所述的电解絮凝装置，包括如下步骤：
a.通过水泵将待处理废水输入水槽；
b.将两个电极组件分别与脉冲电源的两极接通，调节脉冲电源的电压和/或电流，使电解和电絮凝反应进行；
c.将处理后的废水通过出水口排出水槽。
步骤b中，调节脉冲电源的电压至10-140V，优选20-140V，更优选40-140v，频率调至2-10kHz。
步骤b中，在一个脉冲周期内，两个电极组件互换一次阴阳极。
本实施例的基本原理如下：将待处理废水通过水泵由进水口通入水槽内，废水穿过电极，向电极施加一定电压，阳极发生氧化反应，产生絮凝前体，与高价态重金属离子反应，将高价态重金属离子还原为低价态离子，低价态重金属离子与氢氧根反应产生沉淀，阳极氧化反应同时会将废水中的有机物氧化为二氧化碳；阴极发生还原反应，氢离子生成氢气，产生气浮效果，同时使水中氢氧根离子增多，加强电絮凝效果，并可将酸性废水自调节至pH＝7-9范围内，无需后期添加碱性药剂；电极在脉冲过程中不断进行着阳极和阴极的转换，可有效防止阳极闭塞，直流进一步防止了阳极钝化，同时防止了浓差极化，这是本发明中设计的直流脉冲的优势。本发明还利用多个进水孔、电极结构和电极多方位调整的方式进一步减少了浓差极化，提高装置的废水处理效率。本发明涉及的装置可有效去除重金属离子，包括高价态重金属酸盐离子，并可使大分子有机物变成小分子无机物，乃至最终将其去除，使废水中的污染物脱除、无害化。最终，处理后的废水经出水管流出反应器。
本实施例中，水槽4容积为2000mL，阳极2和阴极3的面积分别约为60cm2，均为板状，共4片，进水口6的废水流从电极板间穿过，即电极板与进水口放置角度为0度，与槽底角度为90度，进水速度为100mL/min，电源电压108V，频率为5000Hz，循环处理15min，电极采用铁电极和铱钛电极组，电极间距为0.8cm，总铬初始浓度为240mg/L。
在大气压条件下，向反应器中通入含重金属离子(包括锌离子，三价铬离子、六价铬离子和铜离子)和酚类废水，废水初始pH值为4左右，以以上条件处理后，六价铬、三价铬、锌离子的去除率为90％以上，铜离子的去除率85％以上，酚类有机物的脱除率>80％；处理后的废水pH值为8左右。本发明利用脉冲电源1，采用串并联电极组，能够保证电絮凝和阳极氧化反应的不间断进行，溶液中可产生高活性离子和大颗粒絮凝剂，可充分去除废水中的重金属离子和重金属酸盐离子以及有机物质，处理时间短，絮凝速度快，减少阳极钝化，无需后续添加化学药剂，成本低，节能减排。
不同电流强度和电压对总铬和苯酚去除率的影响
Figure BDA0001114354530000051
以下为其他参数情况下废水处理数据。
下表为重金属去除数据：
Figure BDA0001114354530000052
Figure BDA0001114354530000061
下表为苯酚去除数据：
Figure BDA0001114354530000062
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，包括如下步骤：
a.通过水泵将待处理废水输入水槽；
b.将两个电极组件分别与脉冲电源的两极接通，调节脉冲电源的电压和/或电流，使电解和电絮凝反应进行，调节脉冲电源的电压至10-140V，频率调至2-10kHz；
c.将处理后的废水通过出水口排出水槽；
所述水槽上设有进水口和出水口，所述水泵与进水口相连，所述脉冲电源的峰值电压和频率可调，每个电极组件包括至少两个相互并联的电极，其中至少一个单金属电极和至少一个涂层钛电极，在一个脉冲周期内，两个电极互换一次阴阳极，所述电极为板状、板孔状或网状；
所述水槽上设有多个纵向分布的进水口，所述出水口设置于进水口对侧；进水口的废水流从电极板间穿过，即电极板与进水口放置角度为0度，与槽底角度为90度。
2.根据权利要求1所述的同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，其特征在于：所述出水口位于水槽的上部，所述水槽的底部为锥形结构，所述水槽的底部设有排放孔。
3.根据权利要求1所述的同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，其特征在于：所述单金属电极为铁电极、铝电极或不锈钢电极，所述涂层钛电极为氧化铅钛电极、钌铱钛电极、铂钛电极或铱钛电极。
4.根据权利要求1所述的同时处理电镀废水和有机废水的脉冲电解絮凝处理方法，其特征在于：所述电极之间的间距为1-10㎜。
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