申请日2013.03.15
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明公开了一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其中，重金属离子废水依次经过两级电絮凝水处理过程，第一级电絮凝处理产生的絮体用于吸附大量的重金属离子，此时废水中重金属离子浓度较高，絮体含量较大，故吸附絮体的利用率较高;第二级电絮凝处理中进水的重金属离子浓度已经降低到一定程度，而该级电絮凝电极间距减小，废水停留时间增大，所以第二级电絮凝产生的吸附絮体吸附率提高，能耗降低;同时本处理方法无需加药，无需外加吸附剂，因此不会产生二次污染。
权利要求书
1.一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特征在于：首先调节废水 pH值为4-5，电导率为500-5000us/cm;然后进入第一级电絮凝处理：由低压脉冲电源 控制每对电极之间的电压为5-25V，电极板上电流密度为2-5mA/cm2，电极间距为 5-20mm，废水停留时间为10-20min;反应结束后调节废水pH值为5-6;再进入第二级 电絮凝处理：由直流电源或低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为3-10V，电极极板 上电流密度为1.5-5.6mA/cm2，电极间距为5-10mm，废水停留时间为18-50min。
2.根据权利要求1所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特 征在于：所述第一级电絮凝处理中每对电极之间的电压为10-20V，电极板上电流密度 为2.2-4mA/cm2，电极间距为8-10mm，废水停留时间为10-15min。
3.根据权利要求1所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特 征在于：所述第二级电絮凝处理中每对电极之间的电压为4-8V，电极极板上电流密度 为3-4.3mA/cm2，电极间距6.5-9mm，废水停留时间为20-40min。
4.根据权利要求1所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特 征在于：所述两级电絮凝水处理的电极为铁电极或铝电极或铝铁电极组合。
5.根据权利要求1所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特 征在于：所述第一级电絮凝处理的低压脉冲电源占空比为0.65-0.85，频率为0.5-2KHz， 通电周期为0.6-0.9ms，断电周期为0.4-0.1ms。
6.根据权利要求1所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法，其特 征在于：所述第二级电絮凝处理的低压脉冲电源占空比为0.3-0.6，频率为0.5-2KHz， 通电周期为0.4-0.7ms，断电周期为0.6-0.3ms。
说明书
一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法
技术领域
本发明涉及一种重金属离子废水的处理方法，尤其涉及一种重金属离子废水 的连续二级电絮凝处理工艺。
背景技术
电镀行业是当今全球三大污染工业之一，在国内由于电镀企业数量多分布 广，镀件功能要求各异，镀种、镀液组分、操作方式及工艺条件等种类繁多，相 应带入电镀废水中的污染物也就变得较为复杂。当前电镀重金属废水的处理工艺 主要有化学沉淀、化学絮凝、电解还原、膜分离法等，前三种方法存在的问题主 要归纳为二次污染严重、有效治理率低、维护困难、废水回用率低等，而膜分离 法存在因为膜污染、膜成本高和膜寿命短等问题。近年来，随着电镀行业污染物 排放标准日益严格，这些传统的处理工艺很难达到提标后的排放要求，尤其是重 金属和COD排放限值的要求，有的工艺即使可以实现重金属废水的达标排放，其 投资成本和运行成本也给企业的生产经营造成很大压力。因此，环境保护所面对 的问题更加复杂，重金属废水治理已成为一个跨越环境工程学科的课题。
电化学法是近年发展起来的颇具竞争力的重金属废水污水处理方法，主要包 括电催化氧化、微电解、电解还原和电絮凝等。电催化氧化法和电解还原法成本 高昂，微电解法效率低板结问题严重，这些瓶颈问题使得这些技术无法获得较为 普遍的应用。针对这两类特殊废水，近年来电絮凝技术发展较为迅速，成为了学 术和工业界较为关注的新型水处理技术。传统的一级电絮凝系统在反应初期废水 中的重金属离子和絮体充分接触、碰撞，随着时间的推移在反应后期重金属离子 浓度和絮体含量减少，絮体吸附利用率下降，同时一级电絮凝处理结束后还需要 后续处理才能将废水中的重金属离子去除，工艺复杂、能耗大。CN201010600695.9 公开了利用电絮凝—活性炭吸附法处理重金属电镀废水，该方法的后处理工艺是 活性炭吸附，经过吸附以后，活性炭需要再生，而活性炭的再生使得该工艺操作 较为复杂且自动化程度较低，且带来二次污染的问题,同时活性炭环节一定程度 上提高了吨水处理成本。CN200910241597.8公开了一种利用电絮凝—硅藻土吸 附这样的前后处理工艺来处理高COD废水的方法，吸附剂硅藻土同样存在再生时 产生二次污染的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝 方法，其能够高效、可靠地在无二次污染和较低能耗的前提下获得较高的重金属 离子去除率。
技术方案：本发明所述的一种处理重金属离子废水的连续二级电絮凝方法， 首先调节废水pH值为4-5，电导率为500-5000us/cm;然后进入第一级电絮凝处 理：由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为5-25V，电极板上电流密度为 2-5mA/cm2，电极间距为5-20mm，废水停留时间为10-20min;反应结束后调节 废水pH值为5-6;再进入第二级电絮凝处理：由直流电源或低压脉冲电源控制 每对电极之间的电压为3-10V，电极极板上电流密度为1.5-5.6mA/cm2，电极间 距为5-10mm，废水停留时间为18-50min。
其中，所述第一级电絮凝处理中每对电极之间的电压为10-20V，电极板上 电流密度为2.2-4mA/cm2，电极间距为8-10mm，废水停留时间为10-15min。所 述第二级电絮凝处理中每对电极之间的电压为4-8V，电极极板上电流密度为 3-4.3mA/cm2，电极间距6.5-9mm，废水停留时间为20-40min。所述两级电絮凝 水处理的电极为铁电极或铝电极或铝铁电极组合。所述第一级电絮凝处理的低压 脉冲电源占空比为0.65-0.85，频率为0.5-2KHz，通电周期为0.6-0.9ms，断电 周期为0.4-0.1ms。所述第二级电絮凝处理的低压脉冲电源占空比为0.3-0.6， 频率为0.5-2KHz，通电周期为0.4-0.7ms，断电周期为0.6-0.3ms。
反应机理：重金属离子废水经过两级电絮凝方法，废水经过较低pH值和较 高溶液电导率的调节后进行第一级电絮凝处理，可溶性阳极在外加电场作用下产 生金属阳离子Al3+或Fe2+，其由所采用的电极材料决定，阴极产生OH-，两者结合 生成氢氧化物和多核羟基配合物，最终形成含有表面羟基的氢氧化物絮体，该氢 氧化物絮体通过专属吸附、网捕卷扫、吸附架桥等作用吸附水中的重金属离子和 有机物。在第一级电絮凝处理中，极板间距较大，电压较高，电流密度较大，电 极电解产生大量的吸附絮体，此时重金属离子的量较大，重金属离子和吸附絮体 的接触几率较高，因此在较低的停留时间下就能实现较高的絮体吸附效率,同时 絮体的吸附率和利用率达到较高的程度。在第二级电絮凝处理中，其进水经过第 一级电絮凝处理以后，重金属离子的浓度已经降低到一定程度，重金属离子的量 较少，因此为了提高絮体的吸附率和利用率，需减小电极间距以增大吸附絮体和 重金属离子的接触几率，同时需增大废水在第二级电絮凝处理中的停留时间以实 现更高的吸附率。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为第一级电絮凝产生的吸附 絮体用于吸附大量的重金属离子，此时废水中重金属离子浓度较高，絮体含量较 大，故吸附絮体的利用率较高;第二级电絮凝的进水的重金属离子浓度已经降低 到一定程度，而该级电絮凝电极间距减小，停留时间增大，所以第二级电絮凝产 生的吸附絮体吸附率提高，能耗降低;同时本处理工艺无需加药，无需外加吸附 剂，故本工艺不会产生二次污染。
具体实施方式
实施例1：六价铬离子含量为125mg/L的废水，首先调节其pH值为4，电导率 为500us/cm，然后进入第一级电絮凝处理，电极间距5mm，停留时间为15min， 由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为12V，电极板上电流密度为 2.2mA/cm2，占空比为0.65，频率为0.5KHz，通电周期为0.6ms，断电周期为0.4ms。 阳极为铁，阴极为铝。废水经过絮体吸附后pH值为5，再进入第二级电絮凝处理， 电极间距10mm，停留时间为18min，由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压 为3V，电极板上平均电流密度为1.5mA/cm2，占空比为0.3，频率为0.5KHz，通 电周期为0.4ms，断电周期为0.6ms。阳极为铁，阴极为铝。第二级电絮凝处理后 水中六价铬含量为4.2mg/L。
对比例：上述同样种类、浓度、pH值的废水，经过单一级电絮凝处理，单 一级电絮凝设备的参数和本发明的第一级电絮凝设备参数一致，调整停留时间为 46min，单一级电絮凝出水中六价铬含量才能达到4.2mg/L，经过计算，功耗增大 36%。
实施例2：镉离子含量为200mg/L的废水，首先调节其pH值为5，电导率 为1000us/cm，然后进入第一级电絮凝处理，电极间距11mm，停留时间为13min， 由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为20V，电极板上电流密度为 2.5mA/cm2，占空比为0.85，频率为2KHz，通电周期为0.9ms，断电周期为0.1ms。 阳极为铁，阴极为铁。废水经过絮体吸附后pH值为6，再进入第二级电絮凝处 理，电极间距7mm，停留时间为26min，由低压脉冲电源控制每对电极之间的 电压为10V，电极板上平均电流密度为4.3mA/cm2，占空比为0.5，频率为1.5KHz， 通电周期为0.6ms，断电周期为0.5ms。阳极为铁，阴极为铝。第二级电絮凝单 元出水中六价铬含量为4.9mg/L。
对比例：上述同样种类、浓度、pH值的废水，经过单一级电絮凝处理，单 一级电絮凝设备的参数和本发明的第一级电絮凝设备参数一致，调整停留时间为 60min，单一级电絮凝出水中六价铬含量才能达到4.9mg/L，经过计算，功耗增大 32.2%。
实施例3：镉离子含量为250mg/L的废水，首先调节其pH值为4.5，电导 率为1500us/cm，然后进入第一级电絮凝处理，电极间距10mm，停留时间为 20min，由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为25V，电极板上电流密度为 4mA/cm2，占空比为0.75，频率为1KHz，通电周期为0.8ms，断电周期为0.3ms。 阳极为铁，阴极为铁。废水经过絮体吸附后pH值为5.5，再进入第二级电絮凝 处理，电极间距5mm，停留时间为40min，由直流电源控制每对电极之间的电 压为8V，电极板上平均电流密度为3.5mA/cm2。阳极为铁，阴极为铝。第二级 电絮凝单元出水中六价铬含量为5.9mg/L。
对比例：上述同样种类、浓度、pH值的废水，经过单一级电絮凝处理，单 一级电絮凝设备的参数和本发明的第一级电絮凝设备参数一致，调整停留时间为 73min，单一级电絮凝出水中六价铬含量才能达到5mg/L，经过计算，功耗增大 30.3%。
实施例4：六价铬离子含量为125mg/L的废水，首先调节其pH值为4，电 导率为1500us/cm，然后进入第一级电絮凝处理，电极间距8mm，停留时间为 20min，由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为10V，电极板上电流密度为 2mA/cm2，占空比为0.85，频率为2KHz，通电周期为0.9ms，断电周期为0.1ms。 阳极为铁，阴极为铝。废水经过絮体吸附后其pH值为5，再进入第二级电絮凝 处理，电极间距9mm，停留时间为20min，由低压脉冲电源控制每对电极之间 的电压为4V，电极板上平均电流密度为3mA/cm2，占空比为0.6，频率为2KHz， 通电周期为0.7ms，断电周期为0.3ms。阳极为铁，阴极为铝。第二级电絮凝处 理后水中六价铬含量为4.5mg/L。
对比例：上述同样种类、浓度、pH值的废水，经过单一级电絮凝处理，单 一级电絮凝设备的参数和本发明的第一级电絮凝设备参数一致，调整停留时间为 46min，单一级电絮凝出水中六价铬含量才能达到4.5mg/L，经过计算，功耗增大 26.4%。
实施例5：六价铬离子含量为300mg/L的废水，首先调节其pH值为4，电 导率为5000us/cm，然后经过第一级电絮凝处理，电极间距20mm，停留时间为 10min，由低压脉冲电源控制每对电极之间的电压为5V，电极板上电流密度为 5mA/cm2，占空比为0.85，频率为2KHz，通电周期为0.9ms，断电周期为0.1ms。 阳极为铁，阴极为铝。废水经过絮体吸附后其pH值为5，再进入第二级电絮凝 处理，电极间距6.5mm，停留时间为50min，由低压脉冲电源控制，每对电极之 间的电压为5V，电极板上平均电流密度为5.6mA/cm2，占空比为0.5，频率为 1KHz，通电周期为0.5ms，断电周期为0.5ms。阳极为铁，阴极为铝。第二级电 絮凝处理后水中六价铬含量为5.6mg/L。
对比例：上述同样种类、浓度、pH值的废水，经过单一级电絮凝处理，单 一级电絮凝设备的参数和本发明的第一级电絮凝设备参数一致，调整停留时间为 75min，单一级电絮凝出水中六价铬含量才能达到5.6mg/L，经过计算，功耗增 大41%。