CN108264134A - 一种高盐高cod废水电解电极及电解氧化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高盐高COD废水电解电极及电解氧化处理方法，所述电解电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。电解电极在废水中以一定的间距均匀布置，相邻的两个电解电极中一个为正极，另一个为负极，正极接电解电源的正极，负极接电解电源的负极，所述电解电源为直流脉冲电源。本发明电解电极抗氧化能力强，镀层和钛板结合牢固，正常使用5年内不会出现斑点和脱落，处理污水时，电解氧化效率高，是普通电极的1.5倍，采用恒流直流脉冲电源，耗电量低，电解平稳，电解过程中电压和电流稳定，可有效去除污水中的COD、氨、氮和氯离子，尤其适于高盐高COD污水的电解氧化处理。

Description

一种高盐高COD废水电解电极及电解氧化处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种高盐高COD废水电解电极及电解氧化处理方法。
背景技术
电解水法是污水处理的新思路，该方法的机理是电化学催化氧化工艺。该方法不需要添加氧化剂，无二次污染，条件温和，适用范围广。兼具气浮、絮凝、杀菌作用，被认为是适合降低COD，提高B/C废水处理的最好方法之一，被称为“环境友好”技术。
电解水法处理污水的关键是氧化电极，电极材料的选择至关重要，对于污水的处理，要求电极具有好的导电性和耐蚀性。多采用高耐蚀性的钛作为电极的基体。以钛为基体，在其表面覆盖有电催化剂及其他组分的金属氧化物的电极是目前常规使用的电极，但是这类电极的使用寿命还是较短，还具有很大的提升空间，而且，目前采用电解法处理污水的电解氧化效率低，功耗大，尤其对于高盐废水，不但电极寿命大为降低，而且功耗也很高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、电解氧化效率高、功耗低的高盐高COD废水电解电极及电解氧化处理方法及装置。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种高盐高COD废水电解电极，所述电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。
进一步的，所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50-80％，金属铱10-30％，稀土5-20％。
进一步的，所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50％，金属铱30％，稀土20％。
进一步的，所述镀层厚度为4.5微米。
一种高盐高COD废水电解电极制备工艺，包括以下步骤：
1)钛板基体的处理
A、对钛板进行脱脂除油处理，将钛板放入60℃的市售脱脂除油液中，用超声波清洗器10分钟，然后用蒸馏水将钛板冲洗干净；
B、对脱脂除油后的钛板进行表面喷砂处理，喷砂角度45°；
C、将经过喷砂处理的钛板放入重量百分比浓度为15％氢氟酸中进行酸蚀，持续酸蚀2小时，然后将钛板用蒸馏水冲洗干净并尽快进行电镀；
2)电镀处理
将步骤1)中冲洗干净的钛板带电放入电镀槽中进行电镀，电镀液主要由三氯化钌、氯铱酸、稀土氯化物、正丁醇溶液配置而成；
3)镀层烧结处理
将经步骤2)后带有镀层的钛板放入持续通入氢气的干燥箱中干燥5分钟，然后放入持续通入氢气的烧结炉中进行烧结，烧结时间30分钟，然后慢慢冷却，冷却过程持续通入氢气，直至室温，制得高盐高COD废水电解电极，镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。
一种高盐高COD废水电解氧化处理方法，采用高盐高COD废水电解电极对高盐高COD废水进行电解氧化处理，其中电解电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金；电解电极在废水中以一定的间距均匀布置，相邻的两个电解电极中一个为正极，另一个为负极，正极接电解电源的正极，负极接电解电源的负极，所述电解电源为直流脉冲电源。
进一步的，电解电极之间的间距为5-10cm。
进一步的，所述直流脉冲电源为恒流源，恒定电流根据污水含盐量在8-10A范围内任意选择。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过电镀工艺在钛板表面镀上一层合金，形成电解电极，电极抗氧化能力强，镀层和钛板结合牢固，正常使用5年内不会出现斑点和脱落，处理污水时，电解氧化效率高，是普通电极的1.5倍，采用恒流直流脉冲电源，耗电量低，在电解氧化污水时，电源正负极所连接的电解电极是一样的电极，电解平稳，电解过程中电压和电流稳定，可有效去除污水中的COD、氨、氮和氯离子，尤其适于高盐高COD污水的电解氧化处理。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做进一步详细描述：
对于污水的处理，采用电化学催化氧化工艺即电解水法是污水处理的新途径，该方法不需要添加氧化剂，无二次污染，条件温和，适用范围广。
本发明描述了采用电解水法处理高盐高COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量，可以表示污水的有机物含量)污水的处理方法、该方法所用到的电解电极以及电解电极的制备方法。
本发明提供一种高盐高COD废水电解电极，所述电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层合金镀层，合金镀层包括金属钌、金属铱和稀土。所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50-80％，金属铱10-30％，稀土5-20％。所述镀层的最佳厚度为4.5微米。
下表给出了本发明电解电极镀层成分的几个实施例
镀层 钌(质量百分含量) 铱(质量百分含量) 稀土(质量百分含量)
实施例1 50 30 20
实施例2 60 25 15
实施例3 70 20 10
实施例4 80 15 5
实施例5 80 10 10
通过对上述5个实施例的镀层的性能进行检测，镀层的性能检测主要从以下几个方面进行：①镀层的结合力，②镀层的氢脆性，③镀层的内应力，④镀层的耐蚀性，⑤镀层的硬度。通过对本发明上述5个不同成分配比的实施例的电解电极进行检测，根据检测的数据进行综合评价(由于结合力与耐蚀性是一对矛盾体，结合力最大不一定耐蚀性不一定最大，另外，还要考虑制作成本，氢脆性等参数)，得出本发明的最佳实施例为实施例1，即所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50％，金属铱30％，稀土20％。
为了保证电解电极的质量，使其结合力和耐蚀性满足设计要求，本发明高盐高COD废水电解电极制备工艺，包括以下步骤：
1)钛板基体的处理
A、对钛板进行脱脂除油处理，将钛板放入60℃的市售脱脂除油液中，用超声波清洗器10分钟，然后用蒸馏水将钛板冲洗干净；
B、对脱脂除油后的钛板进行表面喷砂处理，喷砂角度45°；
C、将经过喷砂处理的钛板放入重量百分比浓度为15％氢氟酸中进行酸蚀，持续酸蚀2小时，然后将钛板用蒸馏水冲洗干净并尽快进行电镀；
2)电镀处理
将步骤1)中冲洗干净的钛板带电放入电镀槽中进行电镀，电镀液主要由三氯化钌、氯铱酸、稀土氯化物、正丁醇溶液配置而成；
3)镀层烧结处理
将经步骤2)后带有镀层的钛板放入持续通入氢气的干燥箱中干燥5分钟，然后放入持续通入氢气的烧结炉中进行烧结，烧结时间30分钟，然后慢慢冷却，冷却过程持续通入氢气，直至室温，制得高盐高COD废水电解电极，镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。
其中步骤1)中脱脂脱油是为了将钛板表面清理干净，为后续的电镀过程打好基础，防止钛板表面的脂类影响电镀，出现残次品。脱脂脱油后对钛板进行喷砂处理的目的之一是清除钛板表面的钝化层，目的之二是让钛板表面出现微米级的凹凸的麻面，增强镀层和钛板的结合力。喷砂后酸蚀的目的进一步清除钝化层，并且使喷砂后的表面达到微米级要求，同时也对钛板表面进行清洗。
步骤3)中对钛板镀层进行烧结，烧结时通氢，防止镀层氧化，并可将镀层中的氧化物进行还原，使镀层是纯金属，烧结过程增加了镀层合金的结合力和致密性，使镀层与钛板结合更加紧密牢固，结合力更强。
本发明的电解电极用于处理高盐高COD废水(污水)，在对高盐高COD废水进行电解氧化处理时，电解电极在废水中以一定的间距均匀布置，相邻的两个电解电极中一个为正极，另一个为负极，正极接电解电源的正极，负极接电解电源的负极，所述电解电源为直流脉冲电源。
为了保证电解的效率，同时降低耗能，所述电解电极之间的间距为5-10cm，所述直流脉冲电源为恒流源，恒定电流根据污水含盐量在8-10A范围内任意选择。
实施例6
本实施例是药厂车间单股废水的电解实验，实验电源采用直流脉冲恒流源，恒流电流9A，电压4.2V。分别对原水样以及电解1小时，2小时，3小时的指标进行了检测。
结果如下表：
检验指标 原水样 1h 2h 3h
pH 6 5 5.5 6
氨氮(mg/L) 731 476 228 -----
COD(mg/L) 42640 29040 16650 2550
COD去除率 ------ 31.9％ 60.95％ 94.1％
CL-(mg/L) 450 440 430 420
TDS含量(mg/L) 1％ 1％ 0.9％ 0.8％
从上表中可以看出，氨氮的去除率为100％，COD的去除率为94.1％，可见，本发明的电解电极对于污水中的氨氮以及COD有较强的去除效果。
实施例7
本实施例是药厂高浓度(高盐高COD)废水的电解实验，实验电源采用直流脉冲恒流源，恒流电流9A，电压3.2V。分别对原水样以及电解1小时，2小时，3小时的指标进行了检测。
结果如下表：
检测指标 原水样 1h 2h 3h
pH 6 5.8 5.8 5.9
氨氮(mg/L) 2017 1283 276 -----
COD(mg/L) 136010 93950 52190 17330
COD去除率 ----- 31.0％ 61.6％ 87.3％
CL-(mg/L) 2949 2526 2103 1804
TDS含量(mg/L) 9.4％ 9％ 8.7％ 8.5％
从上表中可以看出，氨氮的去除率为100％，COD的去除率为87.3％，可见，本发明的电解电极对于污水中的氨氮以及COD有较强的去除效果。
实施例8
本实施例是药厂综合废水的电解实验，实验电源采用直流脉冲恒流源，恒流电流9A，电压4.8V。分别对原水样以及电解1小时，2小时，3小时的指标进行了检测。
结果如下表：
检测指标 原水样 1h 2h 3h
pH 6 6 5.8 5.8
氨氮(mg/L) 675 437 203 ----
COD(mg/L) 43380 28305 14729 3826
COD去除率 ---- 34.8％ 66.1％ 91.2％
CL-(mg/L) 600 590 570 550
TDS含量(mg/L) 1％ 1％ 0.9％ 0.8％
从上表中可以看出，氨氮的去除率为100％，COD的去除率为91.2％，可见，本发明的电解电极对于污水中的氨氮以及COD有较强的去除效果。
实施例9
本实施例是普通电极与本发明电解电极对比试验，对含盐量高、色度高、COD高的酸性染料废水中COD、氨氮、Cl-的去除效果进行电解实验，实验电源采用直流脉冲恒流源，恒流电流8A，电压3V。分别对原水样以及电解0.5小时，1小时，1.5小时，2小时的指标进行了检测。
对比结果如下表：
从上表中可以看出，本发明电解电极氨氮的去除率为100％，COD的去除率为91.2％，可见，本发明的电解电极对于污水中的氨氮以及COD有较强的去除效果。而普通电极不论是氨氮去除率，还是COD去除率与本发明的电极都有很大的差距。
工作原理
电解电极氧化机理可分为两个部分，即直接氧化和间接氧化。直接氧化作用是指溶液中·OH基团的氧化作用，它是由水通过电化学作用产生的，该基团具有很强的氧化活性，对作用物几乎无选择性。直接氧化的电极反应如下：
2H2O→2·OH+2H++2e-(电解水)；
有机物+·OH→CO2+H2O(氧化有机物)；
2NH3+6·OH→N2↑+6H2O(去除氨)；
若废水中含有高浓度的Cl-时，Cl-在阳极放出电子，形成Cl2，进一步在溶液中形成ClO-，溶液中的Cl2/ClO-的氧化作用能有效去除废水中的COD及NH3-。这种氧化作用即为间接氧化，反应如下：
阳极：4OH-→2H2O+O2+4e-；
2Cl-→Cl2+2e-；
溶液中：Cl2+H2O→ClO-+H++Cl-；
有机物+ClO-→CO2+H2O
电解水法的优点在于：
(1)过程中产生的·OH无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染；
(2)能量效率高，电化学过程一般在常温常压下就可进行；
(3)既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合，如作为前处理，可以提高废水的生物降解性；
(4)电解设备及其操作一般比较简单，如果设计合理，费用并不昂贵。
本发明通过阳极产生的强氧化剂迅速氧化污水中有机污染物和微生物有机体，破坏有机物对胶体的保护作用，促进胶体脱稳，形成以络合体为核心的紧密絮体，完成氧化脱稳、形成新核、吸附架桥的初步絮凝过程,同时迅速杀灭水中细菌和微生物。另外阳极、阴极还可以使污水中的悬浮物、胶质等有机物进行电性中和作用，产生互相絮凝作用，从而大幅度的减少投加的混凝剂、絮凝剂；可以取消杀菌剂的投加。
另外本发明的污水电解后加入硫酸亚铁药剂，由于水中电解后含有羟基自由基，容易形成芬顿反应，加上铁盐的絮凝作用，污水处理效果效果更好。

Claims (9)

1.一种高盐高COD废水电解电极，其特征在于，所述电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。
2.根据权利要求1所述的高盐高COD废水电解电极，其特征在于，所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50-80％，金属铱10-30％，稀土5-20％。
3.根据权利要求2所述的高盐高COD废水电解电极，其特征在于：所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50％，金属铱30％，稀土20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高盐高COD废水电解电极，其特征在于，所述镀层厚度为4.5微米。
5.一种高盐高COD废水电解电极制备工艺，包括以下步骤：
1)钛板基体的处理
A、对钛板进行脱脂除油处理，将钛板放入60℃的市售脱脂除油液中，用超声波清洗器10分钟，然后用蒸馏水将钛板冲洗干净；
B、对脱脂除油后的钛板进行表面喷砂处理，喷砂角度45°；
C、将经过喷砂处理的钛板放入重量百分比浓度为15％氢氟酸中进行酸蚀，持续酸蚀2小时，然后将钛板用蒸馏水冲洗干净并尽快进行电镀；
2)电镀处理
将步骤1)中冲洗干净的钛板带电放入电镀槽中进行电镀，电镀液主要由三氯化钌、氯铱酸、稀土氯化物、正丁醇溶液配置而成；
3)镀层烧结处理
将经步骤2)后带有镀层的钛板放入持续通入氢气的干燥箱中干燥5分钟，然后放入持续通入氢气的烧结炉中进行烧结，烧结时间30分钟，然后慢慢冷却，冷却过程持续通入氢气，直至室温，制得高盐高COD废水电解电极，镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金。
6.一种高盐高COD废水电解氧化处理方法，其特征在于，采用高盐高COD废水电解电极对高盐高COD废水进行电解氧化处理，其中电解电极包括钛板基体以及位于钛板基体表面的镀层，所述镀层为金属钌、金属铱和稀土的合金；电解电极在废水中以一定的间距均匀布置，相邻的两个电解电极中一个为正极，另一个为负极，正极接电解电源的正极，负极接电解电源的负极，所述电解电源为直流脉冲电源。
7.根据权利要求6所述的高盐高COD废水电解氧化处理方法，其特征在于，电解电极之间的间距为5-10cm。
8.根据权利要求7所述的高盐高COD废水电解氧化处理方法，其特征在于，所述直流脉冲电源为恒流源，恒定电流根据污水含盐量在8-10A范围内任意选择。
9.根据权利要求8所述的高盐高COD废水电解氧化处理方法，其特征在于，所述镀层中各成分的质量百分含量分别为：金属钌50％，金属铱30％，稀土20％。
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