申请日2013.03.18
公开(公告)日2013.06.05
IPC分类号C02F9/06; C02F101/20; C02F1/463
摘要
本发明属于重金属废水处理领域，具体提供了一种组合式电化学反应器及其处理方法。该反应器包括内部设有多块电解絮凝极板(1)的电解絮凝反应槽(2)，其特征是，还包括电解氧化反应槽(8);所述电解氧化反应槽(8)内安装有电解氧化阴极板(5)和电解氧化阳极板(7)，且相邻的两块电解氧化阴极板(5)之间设有一块电解氧化阳极板(7)，或者相邻的两块电解氧化阳极板(7)之间设有一块电解氧化阴极板(5);所述电解氧化阴极板(5)和电解氧化阳极板(7)下方设有曝气管(10)。该电化学处理设备将电解絮凝和电解氧化结合，增强了絮凝效果，增大了絮体体积，便于后续处理，缩短了处理流程。
权利要求书
1.一种用于重金属废水处理的组合式电化学反应设备，包括内部设有多块电解絮凝极板(1)的电解絮凝反应槽(2)，其特征是，还包括电解氧化反应槽(8);所述电解氧化反应槽(8)内安装有电解氧化阴极板(5)和电解氧化阳极板(7)，且相邻的两块电解氧化阴极板(5)之间设有一块电解氧化阳极板(7)，或者相邻的两块电解氧化阳极板(7)之间设有一块电解氧化阴极板(5);所述电解氧化阴极板(5)和电解氧化阳极板(7)下方设有曝气管(10);电解絮凝反应槽(2)顶部与电解氧化反应槽(8)底部连通，电解氧化反应槽(8)顶部与出水槽(9)连通。
2.根据权利要求1所述用于重金属废水处理的组合式电化学反应设备，其特征是，所述电解絮凝极板(1)为铁极板，采用复极式连接方式与电解絮凝电源(4)连接，电解絮凝极板之间的间距为10~20mm。
3.根据权利要求1或2所述用于重金属废水处理的组合式电化学反应设备，其特征是，所述电解氧化阳极板(7)为不锈钢负载TiO2薄膜，电解氧化阴极板(5)为铁极板，采用单级式连接方式与电解氧化电源(6)连接，电解氧化阳极板(7)与电解氧化阴极板(5)之间的间距为50~100mm。
4.根据权利要求3所述用于重金属废水处理的组合式电化学反应设备，其特征是，所述电解氧化电源(6)是输出为DC0~200V，0~800A的电源。
5.权利要求1-4之一所述组合式电化学反应设备对重金属废水进行处理的方法，其特征是，首先调节废水的pH值在7.5-8.0之间，然后控制电解絮凝极板之间的间距为10~20mm，电解絮凝电源的输出方式为恒流输出，电流控制为1000~5000A;并控制电解氧化阳极板(7)与电解氧化阴极板(5)之间的间距为50~100mm，电解氧化电源输出方式为恒压，电压为50V-200V;同时控制废水在电解絮凝槽与电解氧化槽内的水力停留时间之比为1︰1~3;控制电解氧化槽内曝气的强度为气水比1：1~1：5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述废水在电解絮凝槽与电解氧化槽内的水力停留时间之比为1︰1~3。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述废水在电解絮凝槽与电解氧化槽内的水力停留时间之比为1︰2。
说明书
一种用于重金属废水处理的组合式电化学反应器及其处理方法
技术领域
本发明属于重金属废水处理领域，具体提供了一种组合式电化学反应器及其处理方法。
背景技术
目前用于重金属废水处理的电化学设备一般都以电絮凝原理为主，处理设备中所用到的极板材料普遍为铁。这是因为：一方面铁极板在电场作用下溶出产生大量多价金属离子，这些多价金属离子水解形成微絮凝剂(多羟基化合物)对重金属离子具有较好的扑集固化作用，处理效果较好;另一方面，铁极板价格便宜，原材料易取得，加工难度小，是电化学处理设备较理想的极板材料之一。
以铁作为极板的电絮凝设备处理效果有待进一步提高，处理出水还需要进行一系列后续处理过程才能达到排放要求。这是因为：一方面，铁极板在电场下溶出的多价金属离子仅为亚铁离子，从现场实际工程实践来看，亚铁离子的絮凝沉降功能较三价铁离子要差很多(铁离子与亚铁离子的溶度积常数相比要高数个数量级)，处理出水必须要经过后续氧化处理过程(曝气氧化)才能满足要求，否则处理出水中将含有一定量的亚铁离子，出水色度较高，处理效果也达不到要求;另一方面，处理出水产生的亚铁微絮凝剂絮体小且松散(密实度不高)，虽然对重金属的固化作用较好，但絮凝颗粒较难直接通过自然沉淀进行泥水分离而彻底去除重金属，仍然需要投加絮凝剂以促进泥水分离或者采用过滤技术保证处理出水效果。CN201010300368.1公开了一种电化学反应器，包括一个立方体状的槽体，槽体内在竖直方向上平行排列有若干块极板;槽体底部设有进水口，顶部设有出水口;其特征在于：槽体的长度与高度之比例在1∶2.5-20之间，极板的长度、高度和槽体的长度、高度相同。
目前电化学处理设备的处理出水需要经过相对较长的后续处理流程才能达到处理要求，难以实现对传统化学法处理流程的完全简化，难以彻底避免药剂投加。。
发明内容
本发明旨在解决上述设备在实际应用中存在的问题，提供一种结构更优的电化学处理设备。该电化学处理设备将电解絮凝和电解氧化结合，增强了絮凝效果，增大了絮体尺寸，便于后续处理，缩短了处理流程。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种用于重金属废水处理的组合式电化学反应设备，包括内部设有多块电解絮凝极板的电解絮凝反应槽，还包括电解氧化反应槽;所述电解氧化反应槽内安装有电解氧化阴极板和电解氧化阳极板，且相邻的两块电解氧化阴极板之间设有一块电解氧化阳极板，或者相邻的两块电解氧化阳极板之间设有一块电解氧化阴极板;所述电解氧化阴极板和电解氧化阳极板下方设有曝气管;电解絮凝反应槽顶部与电解氧化反应槽底部连通，电解氧化反应槽顶部与出水槽连通。
所述电解絮凝极板优选为铁极板，采用复极式连接方式与电解絮凝电源连接，电解絮凝极板之间的间距为10~20mm，更优选为15mm。
所述电解絮凝电源是输出为DC0~±36V;0~±8000A的电源(周期转换)。
所述电解氧化阳极板优选为不锈钢负载TiO2薄膜，电解氧化阴极板为铁极板，采用单级式连接方式与电解氧化电源连接，电解氧化阳极板与电解氧化阴极板之间的间距为50~100mm，
所述电解氧化电源是输出为DC0~200V,， 0~800A的电源。
所述组合式电化学反应设备对重金属废水进行处理的方法，首先调节废水的pH值在7.5-8.0之间，然后控制电解絮凝极板之间的间距为10~20mm，电解絮凝电源的输出方式为恒流输出，电流控制为1000~5000A;并控制电解氧化阳极板与电解氧化阴极板之间的间距为50~100mm，电解氧化电源输出方式为恒压，电压为50V-200V;同时控制废水在电解絮凝槽与电解氧化槽内的水力停留时间之比为1︰1~3;控制电解氧化槽内曝气的强度为气水比1：1~1：5。
所述废水在电解絮凝槽与电解氧化槽内的水力停留时间之比优选为1︰1~3，更优选为1︰2。
本发明的原理是：
本发明将电化学处理设备分成两级串联设计形成组合式电化学反应设备，其中第一级设计为电解絮凝反应，主要利用微絮凝剂对重金属离子进行捕获、固定及絮凝;第二级设计为电解氧化还原反应，利用电化学反应中的氧化还原反应对电解絮凝反应出水进行氧化处理，另一方面利用强电场的作用增加絮体的密实度，利用搅拌增加絮体的尺寸，提高处理出水的泥水分离性能。电解絮凝产生微絮凝剂，主要为亚铁离子的多羟基复合物;通过电解氧化过程将二价铁氧化为三价铁，该过程对微絮凝剂进行了二次活化，进一步的增强了处理效果。
本发明先进行电解絮凝，随后再进行电解氧化，进入电解氧化反应槽内的废水中存在大量亚铁离子，从而电解氧化过程得到进一步强化、处理效果更加理想，这是由于二价铁离子的存在有利于电解氧化反应过程中自由基的生成。
电解氧化过程中的电场强度较强，在强电场的作用下，微絮凝剂絮体的密实度得到增强;同时，该阶段的曝气搅拌过程使得絮体的尺寸得到一定程度的增加，从而出水中絮体沉降性能加强，处理最终出水水质得到保障。
电解絮凝所采用的极板为铁极板，采用复极式连接(阴极与阳极之间未直接与电源连接的极板数量为0~2块，优选为1块)，极板的间距设置为10~20mm，优选为15mm。电解氧化所采用的极板分别为：阳极为不锈钢负载TiO2薄膜，阴极为铁极板。极板的连接采用单级式连接，极板的间距为50~100mm，优选为80mm;在电解氧化槽内设置曝气管，少量曝气，主要起到混合搅拌的作用，改善电解氧化槽内的水流状态。根据各处理单元的需求不同，整套设备配制两套电源。其中电解絮凝配置的电源输出为恒流方式;电解氧化单元配置的电源输出为恒压方式。
本发明的电化学设备主要处理对象是含重金属废水，与本行业同等电化学处理设备相比，本发明的优势是：
(1)将电解氧化与电解絮凝分开，根据需求从电源输出条件等方面进行优化控制从而对相应处理过程加以强化，与传统电化学相比，能将二者的处理效果充分发挥，有利于提高处理效率及电流效率。
(2)处理设备处理出水经过自然沉淀进行泥水分离即可达到排放标准，出水水质发黄现象得到解决，从而出水不需要再投加其他絮凝剂，药剂使用量得到控制，减少了二次污染的风险。
(3)处理设备的处理出水直接进行泥水分离即可达到要求，不需要进行后续曝气氧化及加药絮凝等处理过程，有利于缩短设备在实际工程应用中的工艺流程，降低处理工程基建费用。
(4)由于电解氧化过程能进一步活化微絮凝剂，从而能强化处理效果，在同等进水条件下，处理单元所需微絮凝剂量可适当降低，能在一定程度上降低铁耗，减少极板消耗。
