CN109607691B - 一种采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法 - Google Patents
一种采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,包括如下步骤:调节废水的电导率、pH值2~10进行原电池反应,待废水的pH值达到5~10时,在该原电池上接通电源进行电絮凝反应,所述电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比为1:1~8。本发明通过将原电池和电絮凝相耦合,一方面有效避免了现有的微电解反应中的填料板结问题,另一方面原电池反应能够生成Fe2+和Fe3+,为后续的电絮凝反应提供丰富的金属阳离子,结合电絮凝反应,有效提高了絮体产量;此外,原电池反应产生电能,为电絮凝反应输出较高的功率密度,降低电能损耗。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域,尤其涉及一种采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法。
背景技术
电絮凝是一种利用电解池处理废水的技术。电絮凝过程中,可溶性金属阳极在通电的条件下电解产生金属阳离子,阴极电解出H2和表面羟基(·OH),金属阳离子与表面羟基在电解质溶液中结合,形成一系列单核或多核的羟基络合物及氢氧化物,最终形成氢氧化物絮体。这些絮体具有较大的比表面积和丰富的表面羟基,可以通过网捕、吸附架桥和电荷中和等作用来去除水中的污染物。其中密度较大的污染物可以被絮体吸附沉到池底,而密度较小的絮团被阴极产生的H2吸附,气浮至池面,从而达到固液分离的效果。同时一些污染物也可以直接在电解过程中被氧化还原成无毒的物质,进而协同絮凝过程去除污染物。虽然电絮凝具有设备简单易操作、无需额外添加药剂不会造成二次污染等优势,但电絮凝在处理废水上还存在很大的缺陷,如电极易钝化、耗能量大等问题,从而影响了电絮凝的处理结果。
针对电絮凝单独采用容易产生电极易钝化的问题,现有学者采用将微电解和电絮凝联合使用进行废水的处理,但在采用微电解进行废水处理时,会导致铁碳填料容易板结和钝化,且在将微电解和电絮凝联合使用时只是能缓解微电解填充颗粒板结的现象,并没有能够完全地解决板结问题,在经过长时间的使用后,微电解池填充颗粒板结问题依然严重,废水的处理效率随之降低。
因此,现亟需一种能够与电絮凝联合使用,且有效解决板结问题的废水处理方法。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种能够避免板结问题且有效去除废水中污染物的方法。
技术方案:本发明采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,包括如下步骤:先调节废水的电导率、pH值2~10进行原电池反应,待废水的pH值达到5~10时,在该原电池上接通电源进行电絮凝反应,所述电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比为1:1~8。
本发明通过将原电池和电絮凝耦合处理废水,先进行原电池反应不仅能够生成Fe2+和Fe3+,为后续的电絮凝反应提供丰富的金属阳离子,提高絮体产量,且原电池反应产生电能,并利用蓄电池进行存储,为电絮凝反应输出较高的功率密度,降低电能损耗;其次再进行电絮凝反应,阳极电解出金属阳离子Fe2+或Fe3+,阴极电解出H2和表面羟基(·OH),金属阳离子Fe2+或Fe3+与·OH在废水中结合,最终形成Fe(OH)2或Fe(OH)3絮体。原电池和电絮凝耦合处理废水,同时还从根本上解决了填料板结的问题。
进一步说,在进行原电池反应时调节废水的电导率至500~2000us/cm。优选可为1000~1500us/cm。电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比优选可为1:2~4。
再进一步说,原电池反应中采用的阴极为多孔碳电极或多孔金属电极,阳极采用铁电极。本发明采用多孔电极,其具有很大的比表面积,具有较高的电化学反应活性,从而能够当O2通过多孔电极,并通过多孔电极传质,提高效率、提高产电效能。优选的,多孔碳电极可为碳布或碳毡,多孔金属电极可为泡沫镍、泡沫铜或泡沫铁。
更进一步说,本发明原电池反应过程中还进行曝气反应,曝气速率为0.2~1L/min,在原电池反应中进行曝气,且将其曝气速率设定为0.2~1L/min,从而能够为阴极提供足够的O2,促进阴极传质速率,提高原电池的产电性能。电絮凝反应中的电流密度为2~8mA/cm2,在进行电絮凝反应时将电流密度设为2~8mA/cm2,从而能够使电絮凝产生较多的絮体,进而提高废水处理效率。电絮凝反应后将废水静沉0~30min,离心处理5~20min。静沉优选可为20~30min,离心处理优选可为10~20min。
有益效果:与现有技术相比,本发明的显著优点为:该废水的处理方法通过将原电池和电絮凝相耦合,一方面有效避免了现有的微电解反应中的填料板结问题,另一方面原电池反应能够生成Fe2+和Fe3+,为后续的电絮凝反应提供丰富的金属阳离子,且结合电絮凝反应,有效提高了絮体产量;此外,原电池反应产生电能,为电絮凝反应输出较高的功率密度,降低电能损耗。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的实施例中产生的电能和消耗的电能是在实验过程中利用无纸记录仪对电流电压进行实时的监控,然后积分获得。
实施例1
被处理废水:含铬重金属废水进行处理,重金属离子的总浓度为500ppm。
处理方法包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为1500us/cm,并调节pH值为2,随后以铁电极作为阳极,多孔泡沫铁电极作为阴极,极板间距1cm进行原电池反应,该反应过程中进行曝气反应,曝气速率为0.3L/min;
(2)待原电池反应至废水的pH至6(原电池反应了80min),此时对原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为4mA/cm2;
(3)反应结束后将处理后的废水静沉30min,离心处理10min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表1所示。
表1实施例1的参数及处理后的废水性能指标
对比例1
基本步骤与实施例1相同,不同之处在于只采用电絮凝处理废水,具体包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为1500us/cm,调节pH值为6,以铁电极作为阳极,多孔泡沫铁电极作为阴极,极板间距1cm,接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为4mA/cm2;
(2)反应结束后将处理后的废水静沉30min,离心处理10min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表2所示。
表2对比例1的参数及处理后的废水性能指标
性能 | 重金属铬的含量(前)/ppm | 重金属铬的含量(后)/ppm | 去除率/% |
参数 | 500 | 49.2 | 90.16 |
结合表1和表2可知,采用本发明的原电池耦合电絮凝进行污水处理时,其去除率能够达到96%左右,且减少了电能的消耗,而单独采用电絮凝不仅耗电多,且去除率相比于原电池和电絮凝耦合的方法也较低。
实施例2
被处理废水:含镉重金属废水进行处理,重金属离子的总浓度为200ppm。
处理方法包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为500us/cm,并调节pH值为3,随后以铁电极作为阳极,多孔泡沫镍电极作为阴极,极板间距2cm进行原电池反应,该反应过程中进行曝气反应,曝气速率为0.6L/min;
(2)待原电池反应至废水的pH至5(原电池反应了40min),此时对原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为6mA/cm2;
(3)反应结束后将处理后的废水静沉20min,离心处理20min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表3所示。
表3实施例2的参数及处理后的废水性能指标
对比例2
基本步骤与实施例2相同,不同之处在于只采用电絮凝处理废水,具体包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为500us/cm,调节pH值为5,以铁电极作为阳极,多孔泡沫镍电极作为阴极,极板间距2cm,接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为6mA/cm2;
(2)反应结束后将处理后的废水静沉20min,离心处理20min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表4所示。
表4对比例2的参数及处理后的废水性能指标
性能 | 重金属铬的含量(前)/ppm | 重金属铬的含量(后)/ppm | 去除率/% |
参数 | 200 | 20.4 | 89.8 |
结合表3和表4可知,采用本发明的原电池耦合电絮凝进行污水处理时,其去除率能够达到95%左右,且减少了电能的消耗,而单独采用电絮凝不仅耗电多,且去除率相比于原电池和电絮凝耦合的方法也较低。
实施例3
被处理废水:甲基橙废水进行处理,废水的总浓度为600ppm。
处理方法包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为1000us/cm,并调节pH值为4,随后以铁电极作为阳极,多孔泡沫铜电极作为阴极,极板间距3cm进行原电池反应,该反应过程中进行曝气反应,曝气速率为1L/min;
(2)待原电池反应至废水的pH至8(原电池反应了160min),此时对原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为5mA/cm2;
(3)反应结束后将处理后的废水静沉15min,离心处理15min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表5所示。
表5实施例3的参数及处理后的废水性能指标
对比例3
基本步骤与实施例3相同,不同之处在于只采用电絮凝处理废水,具体包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为1000us/cm,调节pH值为8,以铁电极作为阳极,多孔泡沫铜电极作为阴极,极板间距3cm,接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为5mA/cm2;
(2)反应结束后将处理后的废水静沉15min,离心处理15min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表6所示。
表6对比例3的参数及处理后的废水性能指标
性能 | 脱色率/% | COD去除率/% |
参数 | 86.7 | 70.8 |
结合表5和表6可知,采用本发明的原电池耦合电絮凝进行污水处理时,其脱色率能够达到92%左右,同时COD去除率能够达83%左右,且减少了电能的消耗,而单独采用电絮凝不仅耗电多,且脱色率和COD去除率相比于原电池和电絮凝耦合的方法均较低。
实施例4
被处理废水:铬黑T废水进行处理,废水的总浓度为100ppm。
处理方法包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为500us/cm,并调节pH值为5,随后以铁电极作为阳极,碳毡电极作为阴极,极板间距2cm进行原电池反应,该反应过程中进行曝气反应,曝气速率为0.2L/min;
(2)待原电池反应至废水的pH至7(原电池反应了20min),此时对原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为7mA/cm2;
(3)反应结束后将处理后的废水离心处理20min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表7所示。
表7实施例4的参数及处理后的废水性能指标
对比例4
基本步骤与实施例4相同,不同之处在于只采用电絮凝处理废水,具体包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为500us/cm,调节pH值为7,以铁电极作为阳极,碳毡电极作为阴极,极板间距2cm,接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为7mA/cm2;
(2)反应结束后将处理后的废水离心处理20min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表8所示。
表8对比例4的参数及处理后的废水性能指标
性能 | 脱色率/% | COD去除率/% |
参数 | 88.3 | 76.9 |
结合表7和表8可知,采用本发明的原电池耦合电絮凝进行污水处理时,其脱色率能够达到93%左右,同时COD去除率能够达85%左右,且减少了电能的消耗,而单独采用电絮凝不仅耗电多,且脱色率和COD去除率相比于原电池和电絮凝耦合的方法均较低。
实施例5
被处理废水:罗丹明B废水进行处理,废水的总浓度为50ppm。
处理方法包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为2000us/cm,并调节pH值为6,随后以铁电极作为阳极,碳布电极作为阴极,极板间距2cm进行原电池反应,该反应过程中进行曝气反应,曝气速率为1L/min;
(2)待原电池反应至废水的pH至9(原电池反应了60min),此时对原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为8mA/cm2;
(3)反应结束后将处理后的废水离心处理5min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表9所示。
表9实施例5的参数及处理后的废水性能指标
对比例5
基本步骤与实施例5相同,不同之处在于只采用电絮凝处理废水,具体包括如下步骤:
(1)采用Na2SO4调节废水的电导率为2000us/cm,调节pH值为9,以铁电极作为阳极,碳布电极作为阴极,极板间距2cm,接通电源进行电絮凝反应20min,该电絮凝反应中的电流密度为8mA/cm2;
(2)反应结束后将处理后的废水离心处理5min。
将上述处理后的废水进行性能检测,获得的结果如下表10所示。
表10对比例5的参数及处理后的废水性能指标
性能 | 脱色率/% | COD去除率/% |
参数 | 86.3 | 75.9 |
结合表9和表10可知,采用本发明的原电池耦合电絮凝进行污水处理时,其脱色率能够达到95%左右,同时COD去除率能够达86%左右,且减少了电能的消耗,而单独采用电絮凝不仅耗电多,且脱色率和COD去除率相比于原电池和电絮凝耦合的方法均较低。
实施例6
设计6组平行试验,基本步骤与实施例1相同,不同之处在于电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比,具体为1:1、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10,所获得的试验结果如下表11所示。
表11实施例6的污水处理性能指标
通过表11可知,电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比在1:1~8范围内所获得的去除率高,且实际消耗的电能要少,尤其当两者的质量比在1:2~4范围内时,效果更优,而当质量比为1:10时,反而去除率降低,且能耗高,这是由于随着原电池时间的增加,阳极铁电极出现钝化现象,从而使得Fe2+和Fe3+离子不会无限制地增加;且后续的电絮凝反应时,由于阳极钝化会减缓絮体的生成,增加槽电压,使得电絮凝阶段处理废水效率降低,能耗增加。
Claims (6)
1.一种采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于包括如下步骤:调节废水的电导率至500 ~2000us/cm 、pH值至2~5进行原电池反应,待废水的pH值达到6~9时,对该原电池中的阴极和阳极接通电源进行电絮凝反应,所述电絮凝反应的时间与原电池反应的时间比为1:2~4;所述原电池反应中的阴极为多孔碳电极,所述阳极为铁电极;极板间距为1cm,原电池反应产生电能,并利用蓄电池进行存储,为电絮凝反应输出较高的功率密度;所述电絮凝反应中的电流密度为4~8mA/cm2。
2.根据权利要求1所述的采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于:所述调节废水的电导率至1000~1500us/cm。
3.根据权利要求1所述的采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于:所述多孔碳电极为碳布或碳毡。
4.根据权利要求1所述的采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于:所述原电池反应过程中进行曝气反应,曝气速率为0 .2~1L/min。
5.根据权利要求1所述的采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于:所述电絮凝反应后将废水静沉0~30min,离心处理5~20min。
6.根据权利要求5所述的采用原电池和电絮凝耦合处理废水的方法,其特征在于:所述电絮凝反应后将废水静沉20~30min,离心处理10~20min。
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