本發(fā)明涉及電化學(xué)及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝裝置及處理方法。
背景技術(shù)：
水資源污染一直是世界范圍的環(huán)境問題，水污染物成分很復(fù)雜，當前，我國的有機水污染和重金屬離子污染較突出，同時排放含重金屬離子和難降解有機物的電鍍工廠數(shù)量越來越多，分布也較廣，難集中管理控制，造成了有機水污染和重金屬離子污染惡化趨勢愈演愈烈。據(jù)有關(guān)資料顯示，目前我國電鍍企業(yè)已達2萬余家，80％左右的國有電鍍廠雖然建立了污染控制設(shè)施，但是很多處理設(shè)施已經(jīng)不能正常運轉(zhuǎn)，大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)則幾乎沒有采取任何污染控制措施，電鍍企業(yè)光每年排放的含重金屬離子廢水就達4億噸之多，并且隨著電鍍工業(yè)的規(guī)模的發(fā)展，排放的廢水量也將越來越大。
電鍍廢水屬于高濃度難降解有毒有害廢水，含大量重金屬離子、重金屬酸鹽離子以及有機物，電鍍廢水若未經(jīng)處理直接排放進入水體，會危及水生植物生長，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖，甚至造成水生動植物絕跡；進入人類飲用水源，輕者引起慢性中毒，重者導(dǎo)致死亡。傳統(tǒng)生物化學(xué)處理技術(shù)雖可降解COD，但穩(wěn)定有機物的降解效果不明顯，且對重金屬離子的去除效果較差，尤其是高價態(tài)的重金屬酸鹽。傳統(tǒng)直流電絮凝技術(shù)處理電鍍廢水，雖然有很多優(yōu)勢，但能耗高、電極容易鈍化，且不能去除有機污染物等問題直接影響了該技術(shù)的工程應(yīng)用。為了克服直流電絮凝法的缺點，將脈沖技術(shù)與電解絮凝法相結(jié)合，以期望解決目前電絮凝技術(shù)中的問題，使電解絮凝技術(shù)逐步代替生物法和化學(xué)法，為電鍍廢水和有機廢水同時處理提供了嶄新的思路。
以高壓脈沖直流電解和電絮凝一體化裝置處理含重金屬離子和難降解有機物的廢水，作為一項更有效和更低成本的治理技術(shù)，有著重要的實用價值。該技術(shù)使用脈沖直流電源，連接多極串并聯(lián)電解和絮凝電極，具有處理效果好、一體化、同時降解、無需調(diào)節(jié)電導(dǎo)率、無需后續(xù)添加化學(xué)藥劑、絮凝速度快、處理時間短、進一步減少陽極鈍化、無二次污染等特點。因此，高壓脈沖直流電解和電絮凝一體化裝置具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然己有一些脈沖電絮凝電鍍廢水處理的研究，但存在需調(diào)節(jié)電導(dǎo)率、處理目標物單一、后期需要添加藥劑調(diào)節(jié)pH值、絮凝速度較慢需要用離心輔助、處理時間長等問題。
本發(fā)明是在大連海事大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費青年骨干基金項目3132016060、大連海事大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費重點科研項目3132016327和國家自然科學(xué)基金面上項目11675031、41576111的支持下完成的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研究設(shè)計一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝裝置及處理方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝裝置，包括水槽、水泵、脈沖電源和與分別與脈沖電源的兩極相連的兩個電極組件，所述水槽上設(shè)有進水口和出水口，所述水泵與進水口相連，所述脈沖電源的峰值電壓和頻率可調(diào)，每個電極組件包括至少兩個相互并聯(lián)的電極，其中至少一個單金屬電極和至少一個涂層鈦電極。
進一步地，所述脈沖電源的峰值電壓可調(diào)范圍的最大值不低于10V，所述脈沖電源的峰值電壓可調(diào)范圍的最小值不高于140V，所述脈沖電源的頻率可調(diào)范圍的最大值不低于2kHz，所述脈沖電源的頻率可調(diào)范圍的最小值不高于10kHz。
進一步地，所述水槽上設(shè)有多個縱向分布的進水口，所述出水口設(shè)置于進水口對側(cè)，所述出水口位于水槽的上部，所述水槽的底部為錐形結(jié)構(gòu)，所述水槽的底部設(shè)有排放孔。
進一步地，所述單金屬電極為鐵電極、鋁電極或不銹鋼電極，所述涂層鈦電極為氧化鉛鈦電極、釕銥鈦電極、鉑鈦電極或銥鈦電極。
進一步地，所述電極為板狀、板孔狀或網(wǎng)狀。
進一步地，所述電極之間的間距為1-10㎜。
一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝處理方法，使用本發(fā)明所述的電解絮凝裝置，包括如下步驟：
a.通過水泵將待處理廢水輸入水槽；
b.將兩個電極組件分別與脈沖電源的兩極接通，調(diào)節(jié)脈沖電源的電壓和/或電流，使電解和電絮凝反應(yīng)進行；
c.將處理后的廢水通過出水口排出水槽。
進一步地，步驟b中，調(diào)節(jié)脈沖電源的電壓至10-140V，頻率調(diào)至2-10kHz。
進一步地，步驟b中，在一個脈沖周期內(nèi)，兩個電極組件互換一次陰陽極。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明所述的脈沖電解絮凝裝置及處理方法具有以下優(yōu)點：
1、本發(fā)明為一級一體化處理，可同時處理含重金屬離子和有機污染物廢水，占地小，效率高。
2、本發(fā)明的一級一體化處理裝置中采用多極串并聯(lián)電極，陰陽極各為2片電極，對應(yīng)增長。在脈沖過程中，可保證電極反應(yīng)的穩(wěn)定進行。
3、本發(fā)明采用的脈沖直流方式，可以有效的減少陽極閉塞，降低能耗，直流可進一步減少陽極鈍化，同時還可以降低濃差極化，使電解絮凝反應(yīng)能高效地進行，處理時間短。
4、本發(fā)明裝置采用的脈沖直流電解絮凝技術(shù)在反應(yīng)前無需添加藥劑調(diào)節(jié)pH值，反應(yīng)過程中系統(tǒng)電化學(xué)反應(yīng)可自行將廢水的pH值調(diào)制7-9之間，即反應(yīng)后也無需添加藥劑調(diào)節(jié)廢水參數(shù)，明顯減少了操作工序。
5、本發(fā)明裝置在反應(yīng)過程中，產(chǎn)生的絮體顆粒較大，絮凝速度快，處理后的廢水可很快達到澄清狀態(tài)。
6、本發(fā)明采用的自制脈沖直流電源采用的是高電壓低電流模式，能量效率高。
7、本發(fā)明處理的廢水可流動，廢水的流速可調(diào)，既可一次性處理廢水，又可循環(huán)多次連續(xù)處理廢水，在實際應(yīng)用過程中可操作性強。
8、本發(fā)明工藝先進、運行穩(wěn)定、操作簡單，處理時間短、同時處理多個目標物、脫除效率高、成本低、無藥劑添加、無二次污染，設(shè)備易于管理，具有較強的實用性、經(jīng)濟性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例所述的脈沖電解絮凝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝裝置，包括水槽1、水泵2、脈沖電源3和與分別與脈沖電源3的兩極相連的兩個電極組件4，本實施例中，脈沖電源3為設(shè)置脈沖開關(guān)的電源，所述水槽1上設(shè)有進水口11和出水口12，所述水泵2與進水口11相連，所述脈沖電源3的峰值電壓和頻率可調(diào)，每個電極組件4包括至少兩個相互并聯(lián)的電極，其中至少一個單金屬電極41和至少一個涂層鈦電極42，在設(shè)置兩個電極組件4時，可以將單金屬電極41和涂層鈦電極42間隔設(shè)置。
所述脈沖電源3的峰值電壓可調(diào)范圍的最大值不低于10V，所述脈沖電源3的峰值電壓可調(diào)范圍的最小值不高于140V，所述脈沖電源3的頻率可調(diào)范圍的最大值不低于2kHz，所述脈沖電源3的頻率可調(diào)范圍的最小值不高于10kHz。
所述水槽1上設(shè)有多個縱向分布的進水口11，多個進水口11減少了濃差極化，所述出水口12設(shè)置于進水口11對側(cè)，所述出水口12位于水槽1的上部，所述水槽1的底部為錐形結(jié)構(gòu)，所述水槽1的底部設(shè)有排放孔13，處理殘渣可以通過排放孔13排出。
所述單金屬電極41為鐵電極、鋁電極或不銹鋼電極，所述涂層鈦電極42為氧化鉛鈦電極、釕銥鈦電極、鉑鈦電極或銥鈦電極。
所述電極為板狀、板孔狀或網(wǎng)狀，電極相互平行設(shè)置，所述電極之間的間距為1-10㎜。
一種同時處理電鍍廢水和有機廢水的脈沖電解絮凝處理方法，使用本實施例所述的電解絮凝裝置，包括如下步驟：
a.通過水泵將待處理廢水輸入水槽；
b.將兩個電極組件分別與脈沖電源的兩極接通，調(diào)節(jié)脈沖電源的電壓和/或電流，使電解和電絮凝反應(yīng)進行；
c.將處理后的廢水通過出水口排出水槽。
步驟b中，調(diào)節(jié)脈沖電源的電壓至10-140V，優(yōu)選20-140V，更優(yōu)選40-140v，頻率調(diào)至2-10kHz。
步驟b中，在一個脈沖周期內(nèi)，兩個電極組件互換一次陰陽極。
本實施例的基本原理如下：將待處理廢水通過水泵由進水口通入水槽內(nèi)，廢水穿過電極，向電極施加一定電壓，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生絮凝前體，與高價態(tài)重金屬離子反應(yīng)，將高價態(tài)重金屬離子還原為低價態(tài)離子，低價態(tài)重金屬離子與氫氧根反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，陽極氧化反應(yīng)同時會將廢水中的有機物氧化為二氧化碳；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子生成氫氣，產(chǎn)生氣浮效果，同時使水中氫氧根離子增多，加強電絮凝效果，并可將酸性廢水自調(diào)節(jié)至pH＝7-9范圍內(nèi)，無需后期添加堿性藥劑；電極在脈沖過程中不斷進行著陽極和陰極的轉(zhuǎn)換，可有效防止陽極閉塞，直流進一步防止了陽極鈍化，同時防止了濃差極化，這是本發(fā)明中設(shè)計的直流脈沖的優(yōu)勢。本發(fā)明還利用多個進水孔、電極結(jié)構(gòu)和電極多方位調(diào)整的方式進一步減少了濃差極化，提高裝置的廢水處理效率。本發(fā)明涉及的裝置可有效去除重金屬離子，包括高價態(tài)重金屬酸鹽離子，并可使大分子有機物變成小分子無機物，乃至最終將其去除，使廢水中的污染物脫除、無害化。最終，處理后的廢水經(jīng)出水管流出反應(yīng)器。
本實施例中，水槽4容積為2000mL，陽極2和陰極3的面積分別約為60cm2，均為板狀，共4片，進水口6的廢水流從電極板間穿過，即電極板與進水口放置角度為0度，與槽底角度為90度，進水速度為100mL/min，電源電壓108V，頻率為5000Hz，循環(huán)處理15min，電極采用鐵電極和銥鈦電極組，電極間距為0.8cm，總鉻初始濃度為240mg/L。
在大氣壓條件下，向反應(yīng)器中通入含重金屬離子(包括鋅離子，三價鉻離子、六價鉻離子和銅離子)和酚類廢水，廢水初始pH值為4左右，以以上條件處理后，六價鉻、三價鉻、鋅離子的去除率為90％以上，銅離子的去除率85％以上，酚類有機物的脫除率>80％；處理后的廢水pH值為8左右。本發(fā)明利用脈沖電源1，采用串并聯(lián)電極組，能夠保證電絮凝和陽極氧化反應(yīng)的不間斷進行，溶液中可產(chǎn)生高活性離子和大顆粒絮凝劑，可充分去除廢水中的重金屬離子和重金屬酸鹽離子以及有機物質(zhì)，處理時間短，絮凝速度快，減少陽極鈍化，無需后續(xù)添加化學(xué)藥劑，成本低，節(jié)能減排。
不同電流強度和電壓對總鉻和苯酚去除率的影響
以下為其他參數(shù)情況下廢水處理數(shù)據(jù)。
下表為重金屬去除數(shù)據(jù)：
下表為苯酚去除數(shù)據(jù)：
以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。