申请日2017.08.07
公开(公告)日2017.09.29
IPC分类号C02F1/463; C02F9/06; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明属于重金属废水处理领域，提供了一种电絮凝单元、电絮凝装置及重金属废水处理系统。电絮凝单元包括壳体、阳极棒、阴极管、铁碳球填料、旋转式刮刀装置、紫外灯、曝气装置、电源模块以及液体输送机构，阴极管竖立在壳体内，阳极棒竖立在阴极管内，旋转式刮刀装置与紫外灯置于阴极管内，旋转式刮刀装置与壳体通过轴承活动连接，壳体与阴极管、阳极棒均可拆卸连接，阴极管上可拆卸地连接开设有分流孔的绝缘板，绝缘板上堆放铁碳球填料。电絮凝装置包括若干个通过管道连通构成并联或串联的电絮凝单元、支架以及储液槽。重金属废水处理系统包括依次连接的电絮凝装置、气浮装置和离子交换装置。本发明的重金属废水处理效果好，拆卸清洗方便。
权利要求书
1.一种电絮凝单元，其特征在于，包括壳体、呈圆柱形的阳极棒、呈中空圆筒形的阴极管、铁碳球填料、若干紫外灯、曝气装置、电源模块、用于对所述阴极管内壁上附着的重金属沉积物进行刮除的旋转式刮刀装置、以及用于将废水输送至所述阴极管内的液体输送机构;所述壳体竖立放置，所述阴极管竖立在所述壳体内，并且其下端与所述壳体的下端可拆卸密封连接，所述阳极棒竖立在所述阴极管内，并且其上端与所述旋转式刮刀装置的上端中部通过轴承活动连接，所述旋转式刮刀装置与所述的若干紫外灯置于所述阴极管内，所述旋转式刮刀装置上端周缘与所述壳体上端通过轴承活动连接，所述的若干紫外灯均匀地安装在所述旋转式刮刀装置上，所述电源模块的正极与所述阳极棒上端电连接，所述电源模块的负极与所述阴极管下端电连接，所述阴极管内腔与所述阳极棒之间形成供废水流通的通道，所述壳体上设置有与所述通道连通的出液口，所述壳体的下端设置有与所述液体输送机构连接的进液口、清洗排污口、以及与所述曝气装置连接的进气口，所述阴极管上可拆卸地连接有绝缘板，所述绝缘板将所述阴极管的内腔分为电絮凝室与曝气室，所述阳极棒的底端可拆卸地嵌置于所述绝缘板上，所述绝缘板上开设有若干均匀分布的分流孔，所述分流孔与所述通道连通，所述曝气装置安装在所述曝气室内，所述绝缘板上堆放有所述铁碳球填料。
2.如权利要求1所述的电絮凝单元，其特征在于，所述阳极棒由金刚石或石墨材料制成，所述阴极管由石墨材料制成，所述绝缘板由非导电材料制成，所述壳体由PVC或PP材料制成，所述阴极管与所述阳极棒之间的间隙距离为40-100mm。
3.如权利要求1所述的电絮凝单元，其特征在于，所述铁碳球填料填充高度为所述阴极筒高度的1/4至1/3。
4.如权利要求1所述的电絮凝单元，其特征在于，所述紫外灯外套有防水绝缘透明石英玻璃管，所述紫外灯选用波长范围为254-365nm，功率范围为50-100W。
5.如权利要求1所述的电絮凝单元，其特征在于，所述壳体包括上盖板、壳身以及底板，所述壳身的下端及所述阴极管的下端均与所述底板可拆卸密封连接，所述壳身的上端与所述上盖板通过螺栓紧固连接，所述出液口开设于所述壳身上，所述进液口、清洗排污口以及进气口开设于所述底板上，所述上盖板与所述旋转式刮刀装置通过轴承活动连接。
6.如权利要求5所述的电絮凝单元，其特征在于，所述旋转式刮刀装置包括圆形板、刮刀、减速电机、电机固定架以及电机连接件，所述上盖板与所述圆形板之间通过轴承活动连接，所述刮刀固定在所述圆形板下端周缘，并与所述阴极管内壁接触，所述阳极棒的上端插置在所述圆形板中，并与所述圆形板通过轴承活动连接，所述的若干紫外灯沿圆周方向均匀地插置在圆形板上，所述电机连接件固定在所述圆形板的上端，所述电机固定架固定在所述上盖板上，所述减速电机安装在所述电机固定架上，并且其输出轴与所述电机连接件固定连接。
7.如权利要求6所述的电絮凝单元，其特征在于，所述刮刀为塑料毛刷结构、纤维织物或聚氨酯材料结构。
8.如权利要求5所述的电絮凝单元，其特征在于，所述电絮凝室下端具有环形宽边的第一连接部，所述曝气室上、下端均具有环形宽边的第二连接部，所述壳身上、下端均具有环形宽边的第三连接部，所述第一连接部、所述曝气室上端的第二连接部均与所述绝缘板之间通过不锈钢螺栓连接，所述壳身上端的第三连接部与所述上盖板之间亦通过螺栓连接，所述曝气室下端的第二连接部、所述壳身下端的第三连接部亦通过螺栓连接于所述底板上。
9.一种电絮凝装置，其特征在于，包括若干如权利要求1至8中任意一项所述的电絮凝单元、废水管道、支架以及储液槽，所述电絮凝单元安装在所述支架上，所述废水管道与储液槽连通，若干所述的电絮凝单元之间通过所述废水管道连通，并构成并联或串联。
10.一种重金属废水处理系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的电絮凝装置、用于去除重金属浮渣与大颗粒杂质的气浮装置以及离子交换装置，所述电絮凝装置、气浮装置和离子交换装置依次串联连接。
说明书
一种电絮凝单元、电絮凝装置及重金属废水处理系统
技术领域
本发明属于含有机废水的重金属废水处理技术领域，尤其涉及一种电絮凝单元、电絮凝装置及重金属废水处理系统。
背景技术
随着我国城市化进程的加速，重金属污染引发的问题已经成为日益突出的环境问题和人民群众的生命安全问题。重金属污染不仅会造成人体急性中毒、亚急性中毒，还会致癌、致畸、致突变，表现出的危害是长期的。
2011年，国务院批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，根据规划要求，到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15%，到2015年，重点区域、重点重金属污染排放量比2007年减少15%，非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平。
目前，对于重金属废水的治理工艺包括化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电絮凝法等。化学沉淀法由于操作简单，在实际工程实践中占有较大比重，但处理效率较低，电镀废水行业提标以后，不能够达标排放，污泥含水率高，污泥量大，后续处理较为麻烦，并且由于各种重金属沉淀的环境不同，通常要采用多步沉淀法，增加了运行和投资费用。离子交换法处理效果较好，出水重金属含量低，但存在再生问题，增加了运行费用;进水浓度较高时，再生频繁。膜分离法能够达到较高的去除效率，但是必须与其它工艺结合，因为膜分离法产生的浓水需要进一步处理才能达标排放。
电絮凝法被认为是重金属废水处理领域的新方法，属于电化学技术，是利用外加电场的作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期的去除水中污染物或去除重金属的目的。反应过程包括直接电化学过程和间接电化学过程。直接电化学过程是指在电极处发生的直接氧化或还原的过程。间接电化学过程是指利用电极产生的强氧化活性物质，如羟基自由基等，使污染物发生氧化还原反应的过程。
电絮凝产生的阳离子在溶液中水解、聚合生成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，作为絮凝剂而起絮凝作用，其过程机理与化学混凝法相似。另外，产生的络合离子与氢氧化物有很高的吸附活性，其吸附能力高于一般药剂法水解得到的氢氧化物，能有效地吸附水中的有机污染物及其它胶体物质，同时，由于水的离解和其它物质被电解氧化，在阳极和阴极上将产生氧气和氢气的微小气泡，这些气泡具有良好的黏附性能，可以将电解过程中产生的凝聚胶团及悬浮物带到水面，达到分离的目的。电絮凝对于重金属的去除方面还存在电化学还原金属离子的作用，通过阴极的电子还原金属离子，达到去除重金属污染物的效果。
电絮凝法具有处理效率高，污泥产量小，并可以同时去除多种重金属的特点。它克服了现有技术处理效率低，存在二次污染问题的瓶颈，在重金属废水处理领域，尤其是电镀废水处理提标的大背景下存在潜在的竞争优势。
微电解就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极,电位高的碳做阳极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子与氢氧根作用形成了具有混凝作用的氢氧化亚铁,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除污染物。
电芬顿技术是利用Fe2+和H2O2反应生成强氧化性的·OH，由于·OH具有很高的氧化电位和无选择性，因此其可以降解氧化多种有机污染物。
在电芬顿技术上联合光催化一起使用，可以达到一定的协同作用。在电催化过程中不可避免会存在电解水的副反应，生成氢气和氧气，而在光催化过程中氧气作为一种良好的电子载体，可以很好的捕获光生电子-空穴，降低了其复合速度，对光催化过程有促进作用，并且生成过氧化氢，避免了羟基自由基存在时间过短的问题。
然而，电絮凝法虽然处理效果良好，由于其极板材料消耗较多，运行成本较高，成为限制它在重金属废水处理领域的广泛应用的因素之一。另外，其极板结垢问题也是应用的瓶颈，结垢发生时，电絮凝无法连续提供稳定的电流，重金属污染物去除效率会大大降低。
目前已有的电絮凝废水处理的相关授权专利如：一种电絮凝废水处理系统(专利号CN201410396568.X)，该专利污水处理按照：重金属废水→pH调整→管式电化学废水处理→Al(OH)反应混凝→中间槽→固液分离→产水的工艺，其电絮凝装置中：各排电絮凝管道以串联相接的方式前后并列设置，前排管道的首段管道设于下方，末段管道设于上方，中间管道依次增加高度向上串接安装。整个系统中的电絮凝单元串联相接的方式在单个处理单元出现问题或更换阳极材料时只能停机处理，运行不方便。同时该系统没有能有效的解决极板结垢问题。
因此，迫切需要提供一种装置结构更完善、电流稳定、阳极不会腐蚀。阴极不会结垢以及操作更加方便的重金属废水处理装置与工艺技术。
另外，重金属废水中通常含有有机废水，如电镀废水中会含有预处理产生的有机废水，线路板废水中会含有油墨等有机污染物成分，而选矿废水中由于浮选剂的加入也含有有机废水。通常有机废水要采用单独的处理单元，即在重金属废水处理单元之后，增加生物处理单元或高级氧化单元进行处理，从流程上较长，装置规模偏大，占地面积偏大，迫切需要紧凑、装置占地面积小的废水处理系统。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种电絮凝单元、电絮凝装置及重金属废水处理系统，旨在一个废水处理装置中实现重金属废水和有机废水的同步处理，解决现有工艺中的重金属废水的治理存在的污泥产量大、处理效果差、不稳定及拆洗麻烦的问题。
本发明实施例是这样实现的，提供一种电絮凝单元，其包括壳体、呈圆柱形的阳极棒、呈中空圆筒形的阴极管、铁碳球填料、若干紫外灯、曝气装置、电源模块、用于对所述阴极管内壁上附着的重金属沉积物进行刮除的旋转式刮刀装置、以及用于将废水输送至所述阴极管内的液体输送机构;所述壳体竖立放置，所述阴极管竖立在所述壳体内，并且其下端与所述壳体的下端可拆卸密封连接，所述阳极棒竖立在所述阴极管内，并且其上端与所述旋转式刮刀装置的上端中部通过轴承活动连接，所述旋转式刮刀装置与所述的若干紫外灯置于所述阴极管内，所述旋转式刮刀装置上端周缘与所述壳体上端通过轴承活动连接，所述的若干紫外灯均匀地安装在所述旋转式刮刀装置上，所述电源模块的正极与所述阳极棒上端电连接，所述电源模块的负极与所述阴极管下端电连接，所述阴极管内腔与所述阳极棒之间形成供废水流通的通道，所述壳体上设置有与所述通道连通的出液口，所述壳体的下端设置有与所述液体输送机构连接的进液口、清洗排污口、以及与所述曝气装置连接的进气口，所述阴极管上可拆卸地连接有绝缘板，所述绝缘板将所述阴极管的内腔分为电絮凝室与曝气室，所述阳极棒的底端可拆卸地嵌置于所述绝缘板上，所述绝缘板上开设有若干均匀分布的分流孔，所述分流孔与所述通道连通，所述曝气装置安装在所述曝气室内，所述绝缘板上堆放有所述铁碳球填料。
进一步地，所述阳极棒由金刚石或石墨材料制成，所述阴极管由石墨材料制成，所述绝缘板由非导电材料制成，所述壳体由PVC材料或PP材料制成，所述阴极管与所述阳极棒之间的间隙距离为40-100mm。
进一步地，所述铁碳球填料填充高度为所述阴极筒高度的1/4至1/3。
进一步地，所述紫外灯外套有防水绝缘透明石英玻璃管，所述紫外灯选用波长范围为254-365nm，功率范围为50-100W。
进一步地，所述壳体包括上盖板、壳身以及底板，所述壳身的下端及所述阴极管的下端均与所述底板可拆卸密封连接，所述壳身的上端与所述上盖板通过螺栓紧固连接，所述出液口开设于所述壳身上，所述进液口、清洗排污口以及进气口开设于所述底板上，所述上盖板与所述旋转式刮刀装置通过轴承活动连接。
进一步地，所述旋转式刮刀装置包括圆形板、刮刀、减速电机、电机固定架以及电机连接件，所述上盖板与所述圆形板之间通过轴承活动连接，所述刮刀固定在所述圆形板下端周缘，并与所述阴极管内壁接触，所述阳极棒的上端插置在所述圆形板中，并与所述圆形板通过轴承活动连接，所述的若干紫外灯沿圆周方向均匀地插置在圆形板上，所述电机连接件固定在所述圆形板的上端，所述电机固定架固定在所述上盖板上，所述减速电机安装在所述电机固定架上，并且其输出轴与所述电机连接件固定连接。
进一步地，所述刮刀为塑料毛刷结构、纤维织物或聚氨酯材料结构。
进一步地，所述电絮凝室下端具有环形宽边的第一连接部，所述曝气室上、下端均具有环形宽边的第二连接部，所述壳身上、下端均具有环形宽边的第三连接部，所述第一连接部、所述曝气室上端的第二连接部与所述绝缘板之间通过不锈钢螺栓连接，所述壳身上端的第三连接部与所述上盖板之间亦通过螺栓连接，所述曝气室下端的第二连接部、所述壳身下端的第三连接部亦通过螺栓连接于所述底板上。
本发明实施实施例还提供一种电絮凝装置，其包括如上所述的电絮凝单元、废水管道、支架以及储液槽，所述电絮凝单元安装在所述支架上，所述废水管道与储液槽连通，若干所述的电絮凝单元之间通过所述废水管道连通，并构成并联或串联。
本发明实施例还提供一种重金属废水处理系统，其包括如上所述的电絮凝装置、用于去除重金属浮渣与大颗粒杂质的气浮装置以及离子交换装置，所述电絮凝装置、气浮装置和离子交换装置依次串联连接。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明利用液体输送机构将废水通过进液口输送至阴极管内腔与阳极棒形成的流通通道，在供电条件下重金属废水进入电絮凝室前先经过曝气室，通过曝气向废水中供给氧，夹带着细小气泡的重金属及有机废水流过设有分流孔的绝缘板形成湍流流入电絮凝室。在电场作用下，废水首先与电絮凝室内的铁碳球填料接触发生电解反应形成亚铁离子，接着在阴极发生还原反应，重金属离子被还原成金属单质悬浮于废水中或附着在阴极筒内壁，溶进废水中空气中的氧气在阴极氧化成H2O2，H2O2与亚铁离子发生fenton反应形成强氧化性的羟基自由基可以无选择性的彻底降解有机物，达到去除污染物的目的，同时生成的Fe3+也能起到絮凝作用去除胶体污染物等。
当阴极筒内壁表面附着上金属单质后将严重影响阴阳极导电能力，降低电解效率和产生H2O2的能力，因此本发明中旋转式刮刀装置可将电解反应后附着于阴极管内壁上的重金属沉积物进行刮除，保证阴阳极电解良好。该旋转式刮刀装置在旋转刮除阴极附着物的同时也带动紫外灯旋转并搅动废水，使废水浓度均匀分布，减少浓差极化。并且紫外灯的照射可以进一步促使fenton反应加快进行，提高污水的降解效率，处理效果进一步加强。而产生的金属离子在水中水解、聚合，生成一系列多核水解产物，这类新生态氢氧化物活性高、吸附能力强，是很好的絮凝剂，与原水中的胶体、悬浮物、可溶性污染物、细菌、病毒等结合生成较大的絮状体，经沉淀、气浮被去除。同时，电源采用正负极异向供电，即正极与阳极棒上端接入，负极与阴极管下端接入，使正负极空腔内形成的电流分布均匀，能有效地提高重金属废水处理的电解效率，本发明的结构均为可拆卸连接方式，其结构简单、拆卸与清洗方便，重金属废水处理效果优良。