本發(fā)明涉及廢水處理，尤其是一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法及其應用。

背景技術：

1、2022?年中國錳礦儲量?2.8?億噸，全球占比?16.5%，儲量位居世界第二。我國電解錳產量占全球電解錳產量的?98%，是全球最大電解錳生產國。

2、電解錳產業(yè)的快速發(fā)展能推動經濟增長，但同時也引發(fā)了嚴重的環(huán)境污染，主要表現(xiàn)為電解錳產生的廢水含有對人體健康和生態(tài)環(huán)境威脅性的物質，并具有高懸浮物含量和顯著色度。據(jù)調查，電解產金屬錳企業(yè)產生的含錳廢水中，?mn2+濃度通常高達10-15g/l，甚至更高。目前，含錳廢水的處理方法主要有沉淀法、氧化法、生物法和電解法，其中：沉淀法是使用絮凝劑來沉淀電解錳廢水中的污染物，操作簡單，但產生大量污泥難以處理；生物法是利用微生物將電解錳廢水中的污染物轉化為無害物質的一種處理方法，處理效果好，但技術要求高；氧化法是使用強氧化劑氧化分解廢水中污染物，以凈化廢水的方法，但氧化劑難以儲存運輸，且易干擾操作；而電解法具有處理速度快且易控制的優(yōu)勢。

3、電解錳產生的廢水中的氨氮濃度較高，傳統(tǒng)的氨氮去除方法包括生物法、氣提法、折點氯化法、化學沉淀法（如鳥糞石）和離子交換法，具體取決于氮濃度。其中：當氨濃度在幾十到幾百mg/l范圍內時，生物法是最有效的，然而，受限于微生物的耐受水平，當氨氮濃度處于較高水平時，該方法的處理效果則較差；對于氨濃度高達數(shù)千甚至數(shù)萬毫克/升的廢水，氣提法可以將氨從液相轉移到氣相，實現(xiàn)氨回收，但將其用于處理低濃度的氨，則存在經濟性差的缺陷；離子交換法存在交換容量有限、容易造成二次污染、再生工藝過程復雜等缺陷，不適合大規(guī)模工業(yè)應用；而折點氯化法使用的藥劑成本過高，且處理過程中會額外產生的堿需要中和，從而增加了總溶解性固體的含量，同時生成的副產物氯胺、氯代等有機物，還會造成二次污染；化學沉淀法目前還在實驗室階段，應用實際還需進一步開發(fā)。

4、目前我國電解錳企業(yè)幾乎沒有專門處理廢水中氨氮的設施，多數(shù)直接排放，因此需要采取措施控制氨氮廢水。近年來，電化學高級氧化技術（eaop）在水環(huán)境修復中得到廣泛應用，并在處理氨氮廢水方面顯示出巨大潛力。針對電解錳廢水進行電化學技術研究，對于高效、綠色、無害化處理電解錳廢水具有重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法及其應用，能有效降低電解錳廢水中的錳離子和氨氮濃度，對于改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

3、一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，包括以下步驟：

4、（1）將碳基材料進行氧化處理得到氧化后的碳基材料；

5、（2）將所述氧化后的碳基材料為陽極，廉價導電材料作為陰極，在雙室電解槽內引入電解錳廢水進行電解處理。

6、優(yōu)選的，步驟（1）中，所述碳基材料為石墨片、石墨氈和碳布中的一種；

7、步驟（2）中，陰極為石墨片或金屬網(wǎng)中的一種。

8、優(yōu)選的，所述金屬網(wǎng)為鎳網(wǎng)、銅網(wǎng)和鐵網(wǎng)中的一種。

9、優(yōu)選的，步驟（1）中，將碳基材料進行氧化處理具體包括：

10、s1.?在體積分數(shù)為6-9%的鹽酸中加入碳基材料，120~140?℃加熱8~14?h；

11、s2.?清洗步驟s1處理后的碳基材料，并干燥；

12、s3.?將步驟s3處理后的碳基材料加入至?4.5-5.5?mol/l的hno3溶液中，在120~140?℃加熱8~14?h；

13、s4.?將步驟s3處理后的碳基材料，洗滌至中性，干燥，得氧化后的碳基材料。

14、優(yōu)選的，所述陽極和所述陰極的面積相等，所述陽極和所述陰極之間的板間距為5~15?cm，且用離子交換膜隔開。

15、優(yōu)選的，步驟（2）中，所述雙室電解槽內工作時的工作電壓為1.0~2.6?v，電解時間為8~40?h，或電流密度為5~30?ma/cm2，電解時間為8~40?h。

16、優(yōu)選的，電解的方式為恒電壓電解、恒電流電解、分步多電壓電解或分步多電流電解，電解過程中更換陽極的時間不超過10?h。

17、優(yōu)選的，所述電解的方式為恒電壓電解，所述雙室電解槽內工作時的工作電壓為1.2?v；

18、或所述電解的方式為分步多電壓電解，分步多電壓電解的步驟為：工作電壓為1.0v，電解時間為2~4?h，工作電壓為1.1?v，電解時間為2~4?h，工作電壓為1.2?v，電解至電解錳廢水處理完成。

19、優(yōu)選的，步驟（2）中，電解錳廢水的ph值為6~9，或預處理至ph值為6~9。

20、本發(fā)明還提供了以上所述的方法在降低電解錳廢水中的錳離子和氨氮濃度中的應用。

21、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

22、（1）本發(fā)明采用電化學技術對電解錳廢水進行處理，電解完成后，錳離子以mno2、mn3o4等形式回收，氨氮以氮氣形式去除，能有效實現(xiàn)電解錳廢水的高效、綠色、無害化處理。

23、（2）本發(fā)明以氧化處理后的碳基材料為陽極，碳基材料化學性質穩(wěn)定，常溫下耐酸、堿和有機溶劑的腐蝕，一般不易發(fā)生氧化還原反應，且電化學窗口較寬，背景電流較低，還具有成本低廉的優(yōu)勢，是處理電解錳廢水理想材料。

24、（3）電解錳廢水中，氨氮的濃度一般為2~10?g/l，選擇以電化學技術來處理電解錳廢水，能解決生物法降低氨氮濃度存在的微生物的不耐受的問題，以及氣提法降低氨氮濃度經濟性較差的問題。

25、（4）本發(fā)明以質子交換膜將錳礦廢水隔離，在陰極對錳離子進行還原沉降回收，在陽極對錳離子進行氧化回收，同時對氨氮進行氧化去除，無需添加其他氧化劑來去除氨氮，有效降低了處理成本。

26、（5）本發(fā)明的方法步驟簡單、易于操作、廉價高效，適用于大規(guī)模工業(yè)化應用。

技術特征：

1.一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

4.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

5.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

6.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

7.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

8.根據(jù)權利要求7所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

9.根據(jù)權利要求1所述的一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法，其特征在于：

10.權利要求1~9所述的方法在降低電解錳廢水中的錳離子和氨氮濃度中的應用。

技術總結
本發(fā)明涉及一種利用碳基電極處理電解錳廢水的方法及其應用，所述方法是將電解錳廢水分別裝入雙室電解槽內，在陰極對錳離子還原沉降回收，在陽極對錳離子進行氧化回收，同時對氨氮氧化去除；最終，錳離子以氧化物的形式回收，氨氮以氮氣形式去除。本發(fā)明操作簡單，能有效降低電解錳廢水中的錳離子和氨氮濃度，對于改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義；并且利用雙室電解槽，在去除氨氮的同時實現(xiàn)錳的回收利用，能降低廢水的處理成本。

技術研發(fā)人員：龍桂發(fā),楊文風,劉紹剛,田靜,黃殿貴,韋潔瑩,梁貝貝,陳裕雲(yún),周華
受保護的技術使用者：廣西民族大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2