申请日2009.09.03
公开(公告)日2011.04.06
IPC分类号C02F1/461; C02F101/20; C02F1/62
摘要
能有效除去废水中重金属的含重金属废水的电解处理方法，其特征在于将所述废水充入如下所述的电解装置作电解处理，这种电解装置的构建是：在一电解槽体(4)内设置与直流电源(1)正极电连接的阳极(2)和与直流电源负极电连接的阴极(5)，在两电极之间设置填充料(3)，该填充料由电子导电材料(7)和具有离子交换性能的颗粒(8)混合而成。本发明适用于废水中重金属的去除与回收。
权利要求书
1.含重金属废水的电解处理方法，其特征在于将所述废水充入如下所述的电解装置作电解处理，这种电解装置的构建是：在一电解槽体(4)内设置与直流电源(1)正极电连接的阳极(2)和与直流电源负极电连接的阴极(5)，在两电极之间设置填充料(3)，该填充料由电子导电材料(7)和具有离子交换性能的颗粒(8)混合而成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述电子导电材料是电子导电颗粒、金属丝网、泡沫金属、炭纤维中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述电子导电颗粒是活性炭颗粒、石墨颗粒、金属颗粒、掺硼金刚石颗粒、导电金属氧化物颗粒、电子导电高分子聚合物颗粒中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的炭纤维是活性炭纤维、活性炭毡、活性炭布、石墨毡、石墨布中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述具有离子交换性能的颗粒是离子交换树脂颗粒、沸石颗粒、分子筛颗粒、膨润土颗粒中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述填充料中具有离子交换性能的颗粒总体积为填充料总体积的10%～90%。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的方法，其特征在于所述的颗粒粒径为0.1mm～10mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用多孔绝缘隔膜将所述阳极和/或阴极与所述填充料隔离。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述隔膜是离子交换膜、多孔陶瓷隔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、玻璃纤维隔膜、合成纤维隔膜、石棉隔膜、非金属的滤布或滤网中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的直流电源是恒压或稳压直流电源、恒流或稳流直流电源、定期换向直流电源或脉冲直流电源中的一种。
说明书
含重金属废水的电解处理方法
技术领域
本发明涉及一种含重金属废水的电解处理方法，具体地说涉及一种含重金属废水的深度处理方法，尤其适用于含低浓度重金属废水的处理，属环境保护领域。
背景技术
重金属是指在元素周期表金属栏中原子量大于40的金属元素，如铜、汞、镉、锌、铅、镍、铬、锰、铁等。重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。
重金属污染现已成为危害最大的水污染问题之一。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点，除此之外还能被水生植物和动物吸收进入食物链，危害人体健康。因此，水体中的重金属污染尤其应受到人们的关注。
水体中的重金属污染主要来自于矿山开采、金属冶炼、金属加工、蓄电池、电镀及化工生产的废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源。
随着城市化进程的加快和工农业的迅猛发展，我国绝大多数城市都存在着较严重的水质问题，大量未经处理的城市垃圾、被污染的土壤、工业废水和生活污水以及大气沉降物不断排入水中，使水体中的重金属污染物含量急剧升高，已开始影响到水体质量。2003年黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的重金属断面的污染程度均达到超V类。
重金属进入水生生态系统后，分布于水生生态系统的各个组成部分中，对生态系统的各部分都会产生严重的影响(即生态效应)。水体中的重金属能够被水生生物吸收并在其体内累积，当生物体内的重金属积累到一定程度后，就会出现受害症状，生理受阻，发育停滞，甚至死亡，并使整个水生生态系统结构和功能受损、崩溃。
水体中的重金属能够通过饮用水直接进入人体，也可以通过进入食物链的水生生物及用重金属污染的水浇灌的蔬菜和粮食间接进入人体。重金属进入人体后，不易排出体外，逐渐蓄积，对人体健康的危害是多方面、多层次的，其毒理作用主要表现在影响胎儿正常发育，造成生殖障碍，降低人体素质等。重金属能严重地耗尽体内贮存的铁、维生素C和其他必需的营养物质，导致免疫系统防御能力下降，子宫内的胚胎生长停滞和其他一些残疾。此外，重金属还能抑制人体化学反应酶的活动，使细胞质中毒，从而伤害神经组织，还可导致直接的组织中毒，损害人体解毒功能的关键器官如肝、肾等组织。如Hg、Pb、Cd、Cr等已被列为剧毒物进行重点防治。研究表明，Cr、Co、Ni、Cd、Se等重金属元素均具有致癌、致畸、致突变等危险。
正因为重金属对环境和人类的健康造成严重的影响，人们对重金属污染物的防治提出了越来越高的要求。2008年8月1日正式实施的GB 21900-2008《电镀污染物排放标准》对电镀企业的重金属污染物提出了更为严格的排放要求。这也大大促进了重金属污染治理技术的研究转向低浓度重金属废水的处理和深度处理技术。
重金属废水的处理方法主要分为物理化学法、生物处理法和电解法三种。物理化学法是目前重金属废水处理最常用的方法，包括化学沉淀法、离子交换法、螯合树脂吸附法、沸石吸附法、活性炭吸附法、膜分离法等。其中化学沉淀法应用最广泛，它是把重金属离子转变为难溶于水的氢氧化物或硫化物，然后经沉淀而除去。近来应用逐渐增多的高分子捕集剂法也可以归结为化学沉淀法。化学沉淀法具有使用简单，操作方便的优点，但只能处理轻度污染的废水，特别是当废水中含有络合剂时，利用化学沉淀法无法得到满意的处理结果。
离子交换法在重金属废水处理中的应用也较为广泛，它是利用离子交换树脂所特有的离子交换性能将废水的重金属离子与树脂本身所带的Na+或H+发生交换，将重金属离子富集到树脂上，而Na+或H+则释放入废水中。离子交换法具有处理速度快，出水水质好的特点，但离子交换树脂的再生很麻烦，且再生下来的重金属溶液仍需进一步处理，成本高。
螯合树脂吸附法、沸石吸附法、活性炭吸附法统称为吸附法，它们可以吸附废水中的重金属离子，其中沸石还具有离子交换能力，但仍以吸附为主，通过吸附将废水中的重金属离子除去。吸附法具有治理效果好，见效快的优点，但处理能力低，吸附剂的再生麻烦，处理成本高，应用并不多。
膜分离技术是近年来发展比较快速的一种重金属废水处理技术，它利用高分子膜所具有的选择透过性来分离水中的重金属离子，包括电渗析、反渗透、超滤等。膜分离技术具有处理后废水能回槽使用，自动化程度高且能够实现闭路循环的优点而受到越来越多的关注，但膜分离技术存在操作条件苛刻、操作过程复杂的问题，且需要严格的预处理工艺，尤其是膜堵塞问题一直不能得到很好的解决，从而限制其广泛应用。
生物法是20世纪80年代随着生物技术的发展而产生的一种重金属废水处理技术，又称作为水体生态修复技术，包括微生物、水生植物、水生动物以及它们构成的生态系统对重金属污染物进行转移、转化，从而使水体得到净化。生物法具有效果好，成本低等特点，但处理周期长，见效慢，因而未得到大规模应用，目前尚处于研究阶段。
上述处理方法大多只是将废水中的重金属除去，从严格意义上讲这只是一种污染物的转移，并未得到充分的回收利用，存在二次污染的可能。回收废水中的重金属最有效的方法是电解法，它是利用电沉积的原理将废水中的重金属离子沉积在阴极表面上，具有无二次污染、泥渣量少、沉积出来的重金属可回收利用等优点。
但现有的电解法大多采用平板电极，处理效率低，极限电流随着废水中的重金属离子的降低而急剧降低，尤其是低浓度的重金属废水，处理结果并不能令人满意，因此它只适合于处理高浓度的重金属废水。除此之外废水的电导率低，为了提高废水的导电性，有时需外加导电盐，这样就不利于废水的回用了。
为了提高电流效率，增加传质速度，使其能在稀溶液中有效地回收金属，应用三维电极的重金属电解回收技术得到了发展。三维电极具有极大的面体比，即在很小的体积内就可以提供很大的活性接触面积，大大提高了电流效率以及处理效果，使电解法的应用得到了进一步的拓展。
然而，应用三维电极处理低浓度重金属废水时仍不甚理想，如当废水中的重金属离子浓度低于1ppm时，已很难进一步进行深度处理了，因此无法达到国家最新颁布的GB 21900-2008标准的排放要求。另一方面，我们知道，金属导体都具有屏蔽作用，在三维电极中，真正起作用的只是面向对电极的一薄层，内部大部分电极都没有得到充分利用。
我们还注意到，现有的三维电极电解处理重金属的废水不能用于含氰废水的处理，含氰废水还是采用破氰，中和沉淀分步处理的方法，这也限制了三维电极电解法的应用。
发明内容
本发明要解决现有的三维电极电解处理重金属废水技术所存在的处理浓度不够，电极利用率低的问题，为此提供本发明的含重金属废水的电解处理方法，本方法能有效除去废水中所含重金属，还能实现破氰、金属回收一步法处理重金属废水。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是，其特殊之处在于将所述废水充入如下所述的电解装置作电解处理，这种电解装置的构建是：在一电解槽体内设置与直流电源正极电连接的阳极和与直流电源负极电连接的阴极，在两电极之间设置填充料，该填充料由电子导电材料和具有离子交换性能的颗粒混合而成。
所述电子导电材料是电子导电颗粒、金属丝网、泡沫金属、炭纤维中的至少一种。
所述电子导电颗粒是活性炭颗粒、石墨颗粒、金属颗粒、掺硼金刚石颗粒、导电金属氧化物颗粒、电子导电高分子聚合物颗粒中的至少一种。
所述的炭纤维是活性炭纤维、活性炭毡、活性炭布、石墨毡、石墨布中的至少一种。
所述具有离子交换性能的颗粒是离子交换树脂颗粒、沸石颗粒、分子筛颗粒、膨润土颗粒中的至少一种。
所述填充料中具有离子交换性能的颗粒总体积为填充料总体积的10%～90%。
所述的颗粒粒径为0.1mm～10mm。
本发明可以用多孔绝缘隔膜将所述阳极和/或阴极与所述填充料隔离。
所述隔膜是离子交换膜、多孔陶瓷隔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、玻璃纤维隔膜、合成纤维隔膜、石棉隔膜、非金属的滤布或滤网中的至少一种。
所述的直流电源是恒压或稳压直流电源、恒流或稳流直流电源、定期换向直流电源或脉冲直流电源中的一种。
