CN107298489A - 电化学反应器及去除废水中共存高钙高氯离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电化学反应器及去除废水中共存高钙高氯离子的方法。该电化学反应器包括一个或多个反应槽，反应槽内阳极、阴极交替放置，所述阳极为铝电极，所述阴极为惰性电极。该方法包括将待处理的废水引入上述的电化学反应器的反应槽内，使阳极和阴极浸没在废水中，在阴阳极之间施加恒定电流，并持续搅拌废水。本发明无需额外添加药剂，产生二次污染的可能性很小、反应条件温和且不受氯离子浓度范围限制，同时，反应所使用的装置简单，费用成本较低，有益于实现自动化。

Description

电化学反应器及去除废水中共存高钙高氯离子的方法
技术领域
本发明属于环境污染治理领域，更具体地，涉及电化学反应器及去除废水中共存高钙高氯离子的方法。
背景技术
生产中脱硫脱硝废水中钙离子浓度和氯离子浓度都很高，工业生产中排出的废水常常具有高氯高钙高COD的特点，如明胶废水，此类废水的处理一直是一个难题。活性污泥法是目前废水处理最常用的方法之一，其具有高效、经济、适应性强等特点。采用其他方法处理高氯高钙废水成本较高，不便于大规模推广。但是，废水中高浓度的Cl-和Ca2+对活性污泥法的处理效果影响很大，主要原因是高氯高钙可使废水渗透压增大，微生物细胞脱水，导致细胞失活，从而对微生物的生长产生抑制作用。溶解性的Ca2+对厌氧活性污泥具有毒性作用，Ca2+从水中析出、沉淀可使污泥性能下降、管道堵塞等。另外，Ca2+在其他装置及管道中形成钙垢，会导致整套生产设备性能下降。
氯离子不仅会在生产过程中对管道设备有很大的腐蚀作用，且未经处理排放进入水体会对环境和人体健康造成严重威胁。
在我国，各类工业离不开锅炉，而高浓度的氯离子所造成的锅炉腐蚀会对锅炉运行带来非常严重的影响。因此高氯高钙废水的处理在工业生产和环境中有着极其重要的意义。
常用的除钙方法有阳离子交换法和化学法。前者在Ca2+浓度较高时，可很快使离子交换剂达到饱和，成本较高；后者通常利用碳酸钠、磷酸三钠或硅酸钠等与其形成相应的难溶钙盐将其除去，但会引入其它离子，形成二次污染。
工业上水中氯离子去除的常用方法是用水进行稀释，该方法在高浓度氯离子废水处理中则存在诸多缺点，行之有效的生化方法也因为氯离子含量太高，抑制了微生物的生长难以进行。而采用絮凝、过滤、膜处理、蒸馏等方法处理高氯离子废水效果又较差，且成本过高，因此，在工业上并不可行。长期以来，高含氯离子废水的处理一直是环境治理中的难点之一。
电化学方法因为方法简单、处理效果好而得到广泛应用。饮用水体系中常采用电渗析或反渗析技术，需要使用价格昂贵的离子交换膜，不适合高浓度氯离子的脱除。
中国专利CN200810224669公开了一种采用电化学催化法处理高含盐、高含氯的废水的方法，该方法包括将待处理的含盐、含氯离子废水进入电化学反应器中，在反应器中加入还原态金属离子催化剂，接通反应器阴电极、阳电极上的电源，使废水中的离子及还原性物质发生氧化反应。但是该方法的催化剂投加量较大、废渣的产生量多，而且对废水的处理效果不稳定。
中国专利CN201610392863公开一种三维电吸附去除硫酸体系氯离子的方法和应用，该发明主要依靠活性炭吸附氯离子，但活性碳用量大，吸附能力有限，容易吸附饱和、吸附时间长，电极容易钝化失活，这些限制了其推广应用。
中国专利CN201611243285发明了电化学反应器装置除氯，该装置阳极由难溶金属制作的网状蓝以及填充于网状蓝内的Ru-Ti-AC催化材料组成，利用贵金属催化氧化氯离子成氯气达到除去目的，该方法电解效率高，氯离子降解率高，但电解装置复杂，电极制备繁琐并且价格较高。
上述的钙离子和氯离子去除工艺或去除剂均存在明显的缺陷。因此，开发具有工艺简单、投资和运行成本低、无二次污染的钙离子和氯离子的去除方法，对工业和生活污水的处理有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中成本较高、吸附剂易吸附饱和、吸附时间长，电极容易钝化失活、电解装置复杂以及对高氯离子含量废水不适用的问题。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种电化学反应器，该电化学反应器包括一个或多个反应槽，反应槽内阳极、阴极交替放置，所述阳极为铝电极，所述阴极为惰性电极。
根据本发明，为提高脱氯效率、降低能耗，可采用多个电解槽联用的方式，例如，多个反应槽串联或并联设置。
本发明中，所述惰性电极可以采用本领域各种惰性电极，综合效果与成本，优选的，所述惰性电极为石墨电极。
本发明中，相邻两块极板的间距可以根据实际需要调整，对于小规模的废水处理，优选的，相邻两块极板的间距为4-6厘米。
使用时，阴极和阳极分别与电源的正负极连接。
本发明的第二方面提供一种去除废水中共存高钙高氯离子的方法，该方法包括：将待处理的废水引入上述的电化学反应器的反应槽内，使阳极和阴极浸没在废水中，在阴阳极之间施加恒定电流，并持续搅拌废水。
本发明中，反应过程中所采用的电源为直流电源，电压为0.1-30伏，电流为0.1-5安。
优选的，反应温度为10-60℃，反应PH为6-11。
电解过程中化学反应方程式为：
阳极：Al-3e-＝Al3+阴极：H2O+e-＝H2+OH-
溶液中：Al3++Cl-+OH-+Ca2+＝Ca4Al2Cl2(OH)12↓
本发明的方法适用于各种含钙含氯废水的处理，特别适用于高钙高氯废水的处理。优选地，适用于钙离子的浓度超过2000mg/L的废水。以及优选地，适用于氯离子的浓度超过800mg/L的废水。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、电解产物为废水处理过程中絮凝剂，因此无需额外添加药剂，产生二次污染的可能性很小，为废水重新利用创造了良好条件；
2、反应条件温和(一般在常温常压下即可进行)，且能量效率较高；
3、同时具备了气浮、絮凝及杀菌等作用
4、反应所使用的装置简单，费用成本较低，操作工艺灵活，可控制性强，有益于实现自动化。
5、不受钙氯离子浓度范围限制，使用范围宽，去除效率高。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1示出了本发明一种电化学反应器的装置示意图。
其中，1为铝电极，2为石墨电极。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
以下实施例中，采用的电化学反应器如图1所示，包括1个反应槽，反应槽内阳极、阴极交替放置，所述阳极为铝电极，所述阴极为石墨电极。相邻两块极板的间距为5厘米。
实施例1：
以氯化钠和氧化钙配制氯离子的初始浓度为1000mg/L，钙离子的初始浓度为8000mg/L的模拟废水，将待处理的模拟废水引入电化学反应器的反应槽内，使阳极和阴极浸没在废水中，在阴阳极之间施加恒定电流，并持续搅拌废水，反应过程中所采用的电源为直流电源，电压为5伏，电流为2安，反应温度为20℃。通电2h后，氯离子浓度降至290mg/L，钙离子浓度降至6000mg/L。
实施例2：
以氯化钠和氧化钙配制氯离子的初始浓度为2000mg/L，钙离子的初始浓度为4000mg/L的模拟废水，将待处理的模拟废水引入电化学反应器的反应槽内，使阳极和阴极浸没在废水中，在阴阳极之间施加恒定电流，并持续搅拌废水，反应过程中所采用的电源为直流电源，电压为5伏，电流为2安，反应温度为20℃。通电4h后，氯离子浓度降至745.71mg/L，钙离子浓度降至1180mg/L。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种电化学反应器，其特征在于，该电化学反应器包括一个或多个反应槽，反应槽内阳极、阴极交替放置，所述阳极为铝电极，所述阴极为惰性电极。
2.根据权利要求1所述的电化学反应器，其中，多个反应槽串联或并联设置。
3.根据权利要求1或2所述的电化学反应器，其中，所述的惰性电极为石墨电极。
4.根据权利要求1或2所述的电化学反应器，其中，相邻两块极板的间距为4-6厘米。
5.一种去除废水中共存高钙高氯离子的方法，其特征在于，该方法包括：将待处理的废水引入权利要求1-4中任意一项所述的电化学反应器的反应槽内，使阳极和阴极浸没在废水中，在阴阳极之间施加恒定电流，并持续搅拌废水。
6.根据权利要求5所述的去除废水中共存高钙高氯离子的方法，其中，反应过程中所采用的电源为直流电源，电压为0.1-30伏，电流为0.1-5安。
7.根据权利要求5所述的去除废水中共存高钙高氯离子的方法，其中，反应温度为10-60℃，反应PH为6-11。
8.根据权利要求5所述的去除废水中共存高钙高氯离子的方法，其中，所述废水中钙离子的浓度超过2000mg/L。
9.根据权利要求5所述的去除废水中共存高钙高氯离子的方法，其中，所述废水中氯离子的浓度超过800mg/L。
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