申请日2017.03.03
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F9/06; C02F101/20; C02F101/36; C02F101/38; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种利用亚铁‑硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，首先向污水中加入硅酸盐，以铁作为阳极，锌或铝作为阴极，通入空气进行电解，此时阳极溶出的亚铁离子与硅酸盐形成具有较低的氧化还原电位的配合物，使得O2更容易发生单电子还原生成H2O2，并进一步通过Fenton效应产生大量的·OH，·OH作为一种强氧化剂无选择性地降解并矿化有机污染物;氧化结束后，将锌或铝作为阳极，铁作为阴极，阳极溶出的锌离子或铝离子与硅酸盐反应或水合形成絮体，进一步去除体系中的污染物、硅酸盐和溶解铁。本发明通过简单地添加硅酸盐和调转电极极性，赋予传统电絮凝过程以较强的氧化能力和复合絮凝能力，彻底地去除了污水中的多种污染物，操作简单，成本低，绿色环保。
权利要求书
1.一种利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向污水中加入硅酸盐，调节体系的pH值为5-9，通入空气或氧气，以铁作为阳极，以锌或铝作为阴极，通电流进行氧化;
(2)氧化结束后，以锌或铝作为阳极，以铁作为阴极，通电流进行电絮凝。
2.根据权利要求1所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：所述的硅酸盐为偏硅酸钠或二硅酸钠。
3.根据权利要求2所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：以硅计体系中硅酸盐的浓度为2-50mmol/L。
4.根据权利要求1所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：步骤(1)中通入空气或氧气的速率为1-100mL/s。
5.根据权利要求1所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：步骤(1)所施加的电流密度为1-50mA/cm2，通电时间为0.5-3h。
6.根据权利要求1所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：步骤(2)所施加的电流密度为1-50mA/cm2，通电时间为0.5-3h。
7.根据权利要求1所述的利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，其特征在于：阴极和阳极采用铁、锌或铝的纯金属或合金。
说明书
一种利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法
技术领域
本发明属于环境技术领域，具体涉及一种利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法。
背景技术
电絮凝法是将络合吸附与氧化还原、酸碱中和、气浮分离结合起来的废水处理工艺。其利用铝阳极或铁阳极溶出，原位生成高活性的多形态聚铝或聚铁絮凝剂，将水体中污染物微粒聚集成团并沉降或气浮分离的除污工艺。电絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液分离、无需外加药剂、二次污染少、操控和设备维护简单、易于自动控制和最终出水中总溶固(TDS)小等优势，现已逐渐成为处理重金属、氟离子以及染料等无机、有机废水的有效方法。
电絮凝处理废水的机理为：以铝、铁、锌等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al3+、Fe2+、Zn2+等离子，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。同时，带正电的絮凝剂与污染物颗粒通过静电引力和范德华力，络合聚集成团，生成可沉降的絮凝体。有机分子可通过阳极氧化分解成小分子而易于被絮凝剂吸附，染料和溶解态的金属离子则可通过阴极的电还原沉积作用与水体分离。废水呈碱性时，阳极溶出产生的金属离子经水解和络合作用消耗了废水中过多的OH-，使pH下降;而对于酸性废水，金属氢氧化物和阴极电解水产生的OH-能消耗废水中H+，使pH上升，因而，电絮凝有一部分中和酸碱的作用。另外，当处理含油废水等形成的絮体微轻、难沉降时，还可利用阴极析氢或耦合后续电气浮工艺，由电解水产生的O2和H2(直径不超过60μm，远小于加压气泡粒径)在上浮过程中将微轻絮体带至水面达到分离目的，而该过程无需外投PAM等试剂和处理絮凝污泥。电气浮还兼具一定电氧化去除COD的功能。
电絮凝技术可处理电镀、印染、制药、制革、造纸等多种行业废水，目标污染物包括铬、磷、氟、染料等。由于其原位产生絮凝剂的特点，因此具有活性高、易操控、泥量低等优点。但是因为废水水质和目标污染物属性差异较大，针对各种复杂水质和污染物尤其是较多有机污染物时，单纯的电絮凝工艺效果较差。虽然从原理上讲，废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。但是，电絮凝体系的氧化能力通常比较弱，其污染物的主要去除途径还是絮凝沉淀过程。
发明内容
针对现有电絮凝技术存在的缺点，本发明提出了一种利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法。
本发明所提供的技术方案具体如下：
一种利用亚铁-硅酸盐体系处理污水的电絮凝方法，包括以下步骤：
(1)向污水中加入硅酸盐，调节体系的pH值为5-9，通入空气或氧气，以铁作为阳极，以锌或铝作为阴极，通电流进行氧化;
(2)氧化结束后，以锌或铝作为阳极，以铁作为阴极，通电流进行电絮凝。
体系中加入的硅酸盐包括但不限于偏硅酸盐、二硅酸盐，且浓度为2-50mmol/L。
体系以铁-锌/铁-铝作为电极材料。电极材料可以是三种金属的纯金属，或者是对应金属的合金材料。
体系所施加的电流为1-50mA/cm2。
体系的pH值为5-9，低于这pH范围，亚铁离子主要以非配合形式存在，还原能力较弱，无法形成稳定的配合;高于这一pH范围，亚铁离子与氢氧根形成配合，也不会还原氧气分子，生成过氧化氢。
体系中硅酸盐的浓度为2-50mmol/L。
氧化阶段需要向溶液中通入空气或者氧气，速率为1mL/s到100mL/s。
本发明的原理具体如下：
本发明在原电絮凝体系的基础上，在污水中加入一定浓度的硅酸盐，硅酸盐不仅可以起到电解质的作用，同时作为配合剂，能够降低Fe3+/Fe2+的氧化还原电位，使得溶解氧发生单电子还原，最终生成大量的羟基自由基对污染物进行高效地降解矿化。电极分别使用铁电极和铝(或锌)电极。前期以铁电极作为阳极，以铝(或锌)作为阴极，铁阳极会溶出Fe2+，Fe2+与硅酸盐形成配合物，具有更强的还原能力，氧气被还原为超氧阴离子自由基(·O2-)并被进一步还原为H2O2，H2O2与Fe2+形成Fenton效应，产生羟基自由基，对有机物进行有效地氧化降解合矿化，实现对污染物的氧化去除。氧化结束后以铝(或锌)作为阳极，铁作为阴极，此时为传统的电絮凝过程，阳极溶出的铝离子或锌离子在溶液中与硅酸盐反应或发生水合反应，产生絮体，通过絮凝作用去除溶液中的重金属、油脂等其他的污染物，同时去除硅酸盐和溶解铁。通过该氧化强化的电絮凝过程，可以有效地去除多种污染物。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明仅通过在污水中添加硅酸盐和调转电极极性，即可赋予传统电絮凝过程以较强的氧化能力，可以更为彻底地降解去除体系中的污染物，操作简单，污水处理效果好。
(2)本发明不仅可以通过前期的强氧化除去污水中的有机污染物，同时能够通过后期电絮凝除去重金属离子、其他无机离子和微粒，有效地去除了多种污染物。
(3)本发明所添加的硅酸盐、通入的空气、所使用的电极廉价易得，电絮凝过程结束后无残留，不仅降低了污水处理成本，且绿色环保。
