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電絮凝法處理電鍍廢水的研究進展 易築水處理

作者 : 編(biān)輯(jí) : 來(lái)源: 發(fā)布日期: 2019.04.27
信息摘要:
随著(zhe)科技的不斷發展 ,電鍍企業的規模也越來越大,對電鍍廢水的處理已成爲電鍍行業關注的焦點。近年來,國内外學者針對不同鍍種的電鍍廢水採用瞭(le)不同的…
1電絮凝技術的原理

電凝聚法是近年發展起來的頗具競争力的電鍍廢水處理方法,它是利用鐵闆或鋁闆作陽極,電解氧化生成Fe“、Fe“或Al“,經一系列水解、聚合成爲多核羟基絡合物及氫氧化物,其作爲凝聚劑對水中懸浮物及有機物進行凝聚處理 。同時,水分子在電流作用下發生電解反應,在陰極和陽極分别産(chǎn)生氫氣和氧氣,水中未被絮凝劑沉降的懸浮固體顆粒,與氫氣和氧氣結合形成密度小於(yú)水的電氣浮體,處理效果進一步提高。

2電(diàn)絮凝技術處(chù)理 電(diàn)鍍廢水的研究現狀

電絮凝技術對電鍍廢水處(chù)理效果的影響因素很多,是多種相關因素綜合作用的結果。目前,主要研究瞭(le)廢水的pH、廢水電導率、電流密度、進水濃度及電極材料等對廢水處(chù)理的影響。

 01 進水PH的影響 

溶液的pH影響反應速度的快慢,決定著(zhe)溶質的存在形态和電離程度。另外,H或OH一直接參(cān)加反應或起著(zhe)催化劑的作用。因此溶液的pH是影響電絮凝去除效果的重要因素 ,需要嚴格控制。

 以鐵作爲電極,研究電絮凝法處理含多種重金屬廢水的影響因素及處理效果。結果表明,總鉛、總鎳、總鉻的去除率随pH的變(biàn)化較大,當進水的pH高於(yú)8.5時,重金屬離子的處理率均理想。

 以鋁闆作爲電極進行廢水中Ni的電絮凝去除實驗。實驗結果表明,,pH較高有利於(yú)鋁絮體的生成,並(bìng)通過絮體對Ni的吸附以及共沉澱作用實現對金屬離子的去除,但pH過高,到較強堿性時,會使鋁絮體溶解,降低其絮凝活性,不利於(yú)提高電絮凝效率擊。因此溶液pH的控制應綜合考慮金屬氫氧化物的溶度積、鐵和鋁氫氧化物的溶解性,一般來說,對於(yú)去除污染物,鋁電極pH爲中性,鐵電極爲堿性爲宜。

 02 電流密度的影響

 電(diàn)流密度影響微絮體的形成量(微絮體主要爲高價金屬離子的羟基化合物),對重金屬處(chù)理效果影響較大,因而對金屬極闆溶出量(高價金屬離子)具有決定性的影響,一般情況下 ,電(diàn)流密度增大會使去除率提高。

 電流密度增大雖然可減少操作單元,但是能源損失和電流效率下降是重要的問題。當電流密度較小時,随著(zhe)電流密度的增大,電絮凝效率增大,當電流密度增大到一定值時,随著(zhe)電流密度的增大,電絮凝效率變(biàn)化不明顯。 

究其原因可能是電流密度增大,盡管鋁絮體量較多 ,但由於(yú)陰極析氫過於(yú)劇烈,大量鋁絮體會被上浮的微氣泡迅速帶出水面,縮短瞭(le)鋁絮體與金屬離子的有效接觸時間 ,不利於(yú)金屬離子的去除。

 一定程度增加電流密度可明顯提高電絮凝效率,但電流密度的增加,加速電極的鈍化,同時電流密度過高會導(dǎo)緻溶液氣浮現象劇烈 ,反而不利於(yú)電絮凝效率的提升 。

 因此應根據廢水的具體情況,選擇合适的電(diàn)流密度,不僅可保證處(chù)理效果,同時可在一定程度上降低極闆消耗與能耗 。

 03 電導率對去除效果的影響

 通常選用NaCl溶液調節電(diàn)導(dǎo)率。維持過高的電(diàn)導(dǎo)率可能會導(dǎo)緻加藥量增加,運行成本上升,同時槽電(diàn)壓降低使電(diàn)解氧化還原作用減弱。

 電導率對處(chù)理廢水的效果影響不大,但在保證電流密度不變(biàn)的情況下适當地提高廢水的電導率可以有效地降低電壓,從而降低能耗。

 在投加食鹽時,相應的電(diàn)壓值會随投鹽量的增加而降低,這是因爲氯化鈉屬強電(diàn)解質,在一定限度内可降低電(diàn)阻,增加廢水的電(diàn)導(dǎo)率,減少極間電(diàn)壓和能耗 。

 另外,氯離子是陽極的活化劑,它易被吸附在具有氧化膜的電(diàn)極表面,使得膜中氧被氯離子取代,這樣在吸附氯離子的區域就有鐵或鋁的氯化物溶解,使這些區域的鈍水膜成孔隙,鋁離子或二價鐵離子得以進入電(diàn)解液中,但投鹽量過多,一方面會使費用增加,另一方面會使出水中鈉離子和氯離子過多,爲排放或回用帶(dài)來不利。所以,一般來說投鹽量也應盡可能減少。

 NaCl質量濃度大於(yú)1.0g/L後去除率基本相同 。因Cl一本身對電(diàn)極極闆有腐蝕作用,高濃度的NaCl溶液會縮短極闆的使用壽命,因此NaC1的質量濃度應以1.0g/L左右爲佳 。

 04 進水濃度的影響 

污染物成分複雜、種類多,不同廢(fèi)水的進水濃度與處(chù)理效果之間的關系差異很大,有的廢(fèi)水低濃度時處(chù)理效果好,有的則相反。

 實際的處(chù)理過程中,應根據具體工程的廢水排放濃度,通過實驗確(què)定電絮凝處(chù)理效果和進水濃度的關系 。當進水的重金屬離子濃度較高時,要達到理想的出水水質,可通過提高電流密度的方式實現,但與此同時能耗增大。

 因此,電絮凝技術更适用於(yú)重金屬廢水的深度處(chù)理,對於(yú)高濃度重金屬廢水,先應進行預處(chù)理,再進行電絮凝處(chù)理,在保證處(chù)理效果的同時可盡可能降低運行成本。

 05 不同電極材料及其組合方式

 目前,電(diàn)絮凝法主要用鐵或鋁做陽極。用鐵做陽極、鋁做陰極,電(diàn)流密度爲10A/m,對鉻、銅及鎳離子的去除率可達(dá)到100%。

 採(cǎi)用钛.鐵雙陽極電絮凝技術去除電鍍廢水中鉻(Ⅵ)進行瞭(le)研究,利用一陽極鐵電解溶解,産生絮凝物,絡合吸附鉻(VI);而輔助陽極钛則發生氧化還原作用,使鉻(Ⅵ)還原爲鉻(11I),兩者結合處理鍍鉻廢水,達到瞭(le)理想的去除效果。

 爲此許多學者研究用兩種或三種以上的金屬合金、石墨電(diàn)極或塗有金屬氧化物的钛作爲陽極處(chù)理廢水。

 因此一般的電(diàn)鍍(dù)廢水用鐵做陽極,鐵陽極比鋁陽極對金屬離子的去除效果好。同時針對溶液不同的理化性質,可以選擇鐵與其他的金屬複合電(diàn)極做陽極。

3電絮凝技術的發展方向

在研究與應用的過程中,電(diàn)絮凝技術發展的主要發展方向爲在提高去除率的同時,降低能耗,防止電(diàn)極鈍(dùn)化。

 ① 電源技術的改進

 從供電方式上提高電流效率和解決極闆鈍化是當前的研究方向之一。有研究報道,電源技術的改進主要爲採(cǎi)用脈沖電源或者周期換向電流。施加脈沖信号,電極上的反應時斷時續,有利於(yú)擴散,降低濃差極化,從而降低能耗。

 而當電解槽施加交流電信号時,由於(yú)兩極均可溶,可從兩極産(chǎn)生陽離子,更有利於(yú)金屬離子與膠體間的作用。由於(yú)兩極極性經常變化,對防止電極鈍化也起到瞭(le)積極的作用。

 結果表明,離子去除率均在99.5%以上,10—15min的換向周期在一定程度上解決瞭(le)極闆鈍化問題 。因此採用高電壓小電流、脈沖式 、間歇式或周期換向等供電方式可有效解決電極的鈍化問題,並(bìng)且可以削減電解能耗值。

 ② 新型電極的應用 

電(diàn)絮凝技術的另一個發展方向是用新型電(diàn)極,包括採(cǎi)用更廣泛的電(diàn)極材料,和更加多種多樣的極闆幾何形狀¨。電(diàn)極由鐵 、不鏽鋼或鋁等向更多種的材料發展。同時極闆的形狀也由平闆向球形 、杆狀、網狀和管狀發展。

 採用三維電極,可減小粒子間距,極大程度改良物質傳質效果,因而具有較高的電流效率。電極的鏈接方式採用複極式。複極式連接要比單極式連接對於(yú)離子的去除效果更好,但去除率的差距很小,這也說明瞭(le)電極連接方式對於(yú)離子的去除影響不大。

 但複極式連接比單極式連接有以下優點:所需直流電源要求電流較小,經濟便於(yú)維修,電極上電流分布比較均勻,設備緊湊,占地面積小。因此,在實驗中電極的連接方式統一採(cǎi)取複極式連接。

 ③ 反應器的設計優化 

反應槽的設計也由傳統的間歇處(chù)理單元向各式的連續處(chù)理單元發展和改進。其中的一個改進是将流體的傳質與電絮凝過程結合起來構成導流電絮凝。反應槽的陰、陽極既起導流桶的作用,又起電極的作用,在較低攪拌速度下可使槽内液體充分湍動。該法縮短電解時間,減少極化作用,從而降低電耗,其費用遠低於(yú)普通電解法。

 ④ 電絮凝與其他工藝組合 

當單純採(cǎi)用電絮凝技術或其他工藝不能達到處(chù)理要求時,可将電絮凝技術和其他工藝進行組合。

 電絮凝-膜法複合工藝對Cr(VI)、Ni的去除率可達到99%以上。張輝等’採(cǎi)用高壓脈沖電絮凝與矽藻精土處理電鍍廢水,結果表明,對Cr(VI)、Cu和Ni“的去除率分别達到99.77%、100%和99.90%,出水各項指标均達到瞭(le)排放标準。

 等以發酵工業常用的酵母菌爲生物吸附劑,利用電絮凝和微生物聯合處理混合電鍍廢水。探讨瞭(le)電絮凝工藝在廢水高濃度區及低濃度區的去除率,研究瞭(le)pH、電極間距及電流密度對去除率的影響,並(bìng)通過實際的生産運行論證瞭(le)工藝的适用性。

 實驗結果表明,採(cǎi)用電絮凝一微生物聯合工藝處(chù)理混合電鍍廢水,對廢水中重金屬離子的去除率達到99.98%以上。

 麥工等研究瞭(le)高壓脈沖電絮凝+加載磁絮凝充分結合的工藝。結果表明,對於(yú)車間鍍鋅、鉻和銅等排放的綜合廢水處理有明顯的效果,通過本工程應用,出水水質各項指标均達(dá)到電鍍污染物排放标準(GB21900—2008)要求。因此,電絮凝與其他工藝組合是電鍍廢水處(chù)理發展的方向。

4結語

到目前爲止,電(diàn)絮凝法得到瞭(le)環境科學領域的廣泛關注,但許多研究成果向工程實踐的轉化還需要一個過程,如何降低運行費用,提高運行穩定性将是該項技術得以推廣的關鍵所在引。将技術、經濟和環境保護相結合,還需要進一步研究的問題有:

 1)爲瞭(le)使電絮凝法的處(chù)理效果和處(chù)理成本達到優化,需要對電絮凝過程中去除機理進行更深入的研究,對電極膜的化學成分及價态、極闆的鈍化及原因進行深入的分析。 

爲瞭(le)有效解決電流效率低和電極壽命短的問題,需對電極材料的選擇、電極材料的組成比例、尺寸及表面結構的改良進行研究,以盡量避免鈍化,延長(zhǎng)電極使用壽命;

 2)由於(yú)電凝聚技術本身包含有混凝過程、電化學機理及氣浮過程,應當将這三者有機聯系起來,分析三者之間的相互作用,綜合考慮這三種機理的影響因素,既要發揮電化學效應,又要考慮混凝劑的産(chǎn)生量以及氣泡的産(chǎn)生速度和尺寸分布,以便将這三種效應的潛能充分發揮出來; 

3)在提高廢水中重金屬離子去除率的同時,兼顧環境效益和經濟效益。電絮凝裝置的運行費用主要包括電耗和極闆材料的消耗,其中電能的利用率與極闆的利用率有著(zhe)直接的關系,因而從理論上定量剖析電絮凝的能耗與其他各種因素的關系,對降低電絮凝法對廢水處(chù)理成本,具有重要意義。

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