污水處理電化學(xué)處理技術(shù)

1、污水處理電化學(xué)處理技術(shù)高級氧化技術(shù)一般針對難降解有機廢水，如醫(yī)藥、化工、染料工業(yè)廢水以及含有難處理的有毒物質(zhì)物質(zhì)等。第一節(jié)電化學(xué)處理技術(shù)一、基本原理與特點1. 原理電化學(xué)氧化法主要用于有毒難生物降解有機廢水的處理，電化學(xué)水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)而得到轉(zhuǎn)化，從而達到削減和去除污染物的目的。根據(jù)不同的氧化作用機理，可分為直接電解和間接電解。1 ) 直接電解直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除今直接電解可分為陽極 過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降 解的物質(zhì)，甚至發(fā)生有機物無機化，從而達到削

2、減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染 物在陰極表面還原而得以去除，陰極過程主要用于鹵代經(jīng)的還原脫鹵和重金屬的回收，如鹵 代有機物的鹵素通過陰極還原發(fā)生脫鹵反應(yīng)，從而可以提高有機物的可生化性。直接電解過程伴隨著氧氣析出，氧的生成使氧化降解有機物的電流效率降低，能秏升高，因此，陽極材料對電解的影響很大。2 ) 間接電解間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒 性小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過程和不可逆過程?？赡孢^程（媒介電化學(xué)氧化）是指氧化 還原物在電解過程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生 的物質(zhì)，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽

3、、H202和 O2等氧化有機物的過程，還可以利 用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強氧化性的中間體，包括溶劑化電子、HO、H02/02 等自由基。2. 電化學(xué)水處理技術(shù)的特點1) 電化學(xué)方法既可以單獨使用 ，又可以與其他處理方法結(jié)合使用，如作為前處理方法，可以提高廢水的生物降解性；2) 一般電化學(xué)處理工藝只能針對特定的廢水，處理規(guī)模小，且處理效率不高；3)有的電化學(xué)水處理工藝需消耗電能，運行成本大。二、電化學(xué)反應(yīng)器與電極電化學(xué)反應(yīng)器按反應(yīng)器的工作方式分類可分為：間歇式、置換流式和連續(xù)攪拌箱式電化 學(xué)反應(yīng)器。按反應(yīng)器中工作電極的形狀分類可分為二維電極反應(yīng)器、三維電極反應(yīng)器。二維 電極呈平面或曲面狀，電極的形狀比較

4、簡單，如平板、圓柱電極。電極反應(yīng)發(fā)生于電極表面上，其電極表面積有限，比表面積極小，但電勢和電流在表面上分布比較均勻。三維電極的 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常是多孔狀。電極反應(yīng)發(fā)生于電極內(nèi)部，整個三維空間都有反應(yīng)發(fā)生。特點是 比表面積大，床層結(jié)構(gòu)緊密，但電勢和電流分布不均勻。下列出了常見電化學(xué)反應(yīng)器的電極類型。常見電化學(xué)反應(yīng)器的電極類型三 、電化學(xué)處理技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用（一）微電解1. 原理微電解技術(shù)是目前處理高濃度有機廢水的一種理想工藝，又稱內(nèi)電解法，它是在不通電的情況下，利用填充在廢水中的微電解材料自身產(chǎn)生的電位差對廢水進行電解處理，以達到降解有機污染物的目的。鐵炭微電解設(shè)備中廢鐵屑填料的主要成分是鐵

5、和炭，當(dāng)將鐵屑和炭顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和炭之間的電極電位差，廢水中會形成無數(shù)個微原電池。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的炭成為陰極，在酸性充氧條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：陽極(Fe) : 陰極(C) :原電池反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)氫能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機物斷鏈，有機官能團發(fā)生變化，使有機廢水的可生化性有一定的提高，同時Fe(OH) 2及Fe( OH ) 3 還具有絮凝和吸附作用，從而達到去除廢水中污染物的目的。經(jīng)過鐵炭微電解預(yù)處理后廢水的酸 度大大降低，減少了中和劑的使用量。2. 特點1)具有適用范圍廣、處理效果好、成本低廉、操作維護方便、不需消耗電力資源等優(yōu)

6、點；適合于處理難降解、高色度有機廢水，能有效降低降低COD和色度，提高廢水的可生化性。2)微電解工藝所采用的微電解材料一般為鐵屑和木炭，使用前要加酸堿活化，使用過程中很容易鈍化板結(jié)，又因為鐵與炭是物理接觸，之間很容易形成隔離層使微電解不能繼續(xù)進行而失去作用，導(dǎo)致頻繁地更換微電解材料，造成工作量大、成本高，還影響廢水的處理效果和效率。另外，微電解材料表面積太小也使得廢水處理需要很長的時間，增加投資成本。3.適用范圍針對有機物濃度大、高毒性、高色度、難生化廢水的處理，可大幅度地降低廢水的色度和COD,提高B/C比值?？蓮V泛應(yīng)用于印染、化工、電鎖、制漿造紙、制藥、洗毛、農(nóng)藥、酒精等各類工業(yè)廢水的處理

7、及處理水回用工程。4. 具體應(yīng)用工程1) 工程情況某醫(yī)藥原料廠生產(chǎn)咪陛醒等醫(yī)藥原料，其排放的廢水COD為4000 -8000mg/L,廢水中含有抑制好氧微生物生長的有毒物質(zhì)，可生化性較差，屬生物難降解有機廢水，主體工藝設(shè)計采用生化處理，因此需要采取預(yù)處理以提高生化性。對于處理生物難降解的有機物質(zhì)，常用的提高可生化性的方法有鐵炭微電解、水解酸化、厭氧。本項目廢水酸性大，而且鐵炭微電解使用的主要原料是鐵刨花，在某種程度上講鐵炭微電解具有以廢治廢的意義，因此鐵炭微電解作為預(yù)處理工藝比較合適。2)處理工藝(1)廢水水質(zhì)廢水主要來自于原料生產(chǎn)車間排放的工藝廢水，廢水量370m³/d ; 其水質(zhì)

8、情況見表。處理廢水進水與排水水質(zhì)(2 )工藝流程主要工藝流程如下：車間廢水格柵調(diào)節(jié)池鐵炭微電解中和混凝沉淀池氨吹脫塔臭氧反應(yīng)器水解酸化池接觸氧化池沉淀A/O沉淀出水。車間廢水經(jīng)機械格柵去除水中大顆粒懸浮物后自流進入調(diào)節(jié)池中,水質(zhì)、水量經(jīng)調(diào)節(jié)均衡后,由耐酸泵壓送入鐵炭微電解設(shè)備的底部，鐵炭微電解處理后的廢水從設(shè)備頂部流出進入混凝中和反應(yīng)沉淀池；經(jīng)混凝中和反應(yīng)沉淀分離后的上清液自流進入集水池，再由泵輸送 至氨吹脫塔進行氨吹脫處理，出水自流進入中間水池。更多污水處理技術(shù)文章參考易凈水網(wǎng)廢水經(jīng)臭氧反應(yīng)器處理后流人水解酸化池，進行水解酸化處理后，自流流入生物接觸氧化池，氧化池中設(shè)置有彈性填料，池下部設(shè)置

9、曝氣頭。廢水進人生物接觸氧化池后，流經(jīng)充滿大部分池體容積的彈性填料層，在曝氣裝置供氧條件下，填料表面微生物吸附、分解去除水中的COD和ss等污染物。生物接觸氧化池流出的泥水混合物流入沉淀池，進行固液分離后流至A/O池。在A池進行生物篩選和生物吸附，在O池中進行生物降解。曝氣池流出的泥水混合物流入終沉池進行固液分離，終沉池沉降的污泥用泵回流到A池，多余的污泥排至污泥濃縮池，終沉池的出水達標(biāo)排放。(3)鐵炭微電解設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)為保證鐵炭微電解設(shè)備的正常運行，防止填料床板結(jié)、鐵粉鈍化及板結(jié)，設(shè)計中采用了上流反沖型式及機械強制攪拌的方法，并采取添加氧化劑的措施，從而確保鐵炭微電解設(shè)備的正常運行，鐵炭

10、微電解工藝主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表。鐵炭微電解工藝主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)(4)工藝應(yīng)用效果經(jīng)過鐵炭微電解預(yù)處理的原水的pH值由平均1. 6提高到了平均4.5,降低了廢水的酸度，減少了中和劑的使用量，廢水的可生化性顯著提高。經(jīng)過鐵炭微電解混凝+中和+沉淀處理后COD降低了46%55%。對生物接觸氧化池和好氧池內(nèi)廢水及活性污泥進行鏡檢，可以看到大量菌膠團、固著型纖毛蟲類、線蟲等，廢水處理系統(tǒng)正常運行，狀態(tài)良好，出水能達到穩(wěn)定達標(biāo)排放。（二）電絮凝近年來，電絮凝技術(shù)正在被逐漸有效地應(yīng)用在廢水處理上，因為它具有凝聚、吸附、氧化還原、氣浮等作用，可以有效地用于脫色、殺菌、除重金屬離子、去除有機物以及放射性物質(zhì)和其

11、他污染物。電絮凝設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，可以小型化，占地面積小，建設(shè)快，無需設(shè)置復(fù)雜的加藥系統(tǒng)，易于實現(xiàn)自動化。因此，電絮凝設(shè)備在廢水處理中的應(yīng)用引起了研究者的廣泛關(guān)注。1. 原理 電絮凝技術(shù)去除污染物的過程較復(fù)雜，其反應(yīng)機理如下圖所示。包括以下幾個方面的作用：電絮凝反應(yīng)原理示意圖1)絮凝作用犧牲陽極溶解產(chǎn)生的金屬離子在水中水解、聚合，生成一系列多核水解產(chǎn)物，這類新生態(tài)氫氧化物活性高、吸附能力強，是很好的絮凝劑，與原水中的膠體、懸浮物、可溶性污染物、細菌、病毒等結(jié)合生成較大絮狀體，經(jīng)沉淀、氣浮被去除。這一過程與絮凝的機理相同，包括電荷中和、吸附架橋、壓縮雙電層等過程。2)氣浮作用電解過程中生成的氣體以微

12、小氣泡的形式出現(xiàn)，與原水中的膠體、乳狀油等污染物黏附在一起浮升至水面而被去除。電絮凝產(chǎn)生的氣泡遠小于加壓氣浮產(chǎn)生的氣泡，因而其氣浮能力更強，對污染物的去除效果也更好。3)氧化、還原作用在電流作用下，原水中的部分有機物可被氧化為低分子有機物，甚至直接被氧化為CO2和H20。同時，陰極產(chǎn)生的新生態(tài)氫還原能力很強，可與廢水中的污染物發(fā)生還原反應(yīng)，從而使污染物得到降解。2.電解槽與電極1) 電解槽(1)電解槽形式電解槽類型對電絮凝有影響。電解法處理廢水所用電解槽，按水流方向可分為翻騰式、回流式及豎流式三種。廢水處理中最常采用的是翻騰式電解槽。翻騰式電解槽為用隔板將電解槽分成數(shù)段，在每段中水流順著板面前

13、進，并以上下翻騰方式流過各段隔板。(2)電解槽設(shè)計電解槽有效容積C,有效容積用下公式計算 。C=QT/60式中C一電解槽有效容積，m³；Q設(shè)計流量，m³/h ;T電解歷時，min。陽極面積F, 陽極面積根據(jù)水板比n確定。F=1000Cn式中F陽極面積，d m²；C電解槽有效容積，m³n水板比，對含氮銘廢水取23d m²/L。電流強度I, 按電流密度i與F計算。I=iF式中 I一電流強度,A ; i一電流密度，A/d m²；F陽極面積，d m²。食鹽投加量，當(dāng)廢水的電阻率大于12000cm時，應(yīng)投食鹽使廢水電阻率下降到1200

14、0cm以下。電壓(V)，電壓按廢水的電阻R()和I(A)計算V=RI配套電器設(shè)備選擇。根據(jù)廢水I、V計算值選擇電器設(shè)備。電器設(shè)備的額定工作電壓應(yīng)大于槽端電壓和匯流排壓損失之和，匯流排電壓損失按下式計算。V1=2×1.1×ILKF式中V1一匯流排電壓降，V ; 1. 1一匯流母線溫升線引起的電導(dǎo)下降系數(shù)。I一線路計算電流強度，A ;L一 線路長度，m;K導(dǎo)線導(dǎo)電系數(shù)，銅線取53 , 鋁線取32; F匯流母線截面積，mm²電能消耗量，電能消耗童用下式計算。N=IV/1000Q式中N電能消耗量，kWh/m³I電流強度，A ;V工作電壓，伏特 ；Q設(shè)計流拯，m&

15、#179;/h 。壓縮空氣量q。式中q一壓縮空氣量，m³ （氣）/m³（水）；q。攪拌1m³廢水所需的空氣量，一般取0.20.3m³/min ;T電解歷時，min。翻騰式電解槽。其平面尺寸應(yīng)滿足L/B = 46, H/B=1 ;式中L槽長，m;B槽寬，m;H有效水深，m。其他。導(dǎo)線與極板焊接，接線電阻較小，耐腐蝕較好；螺栓聯(lián)接和活動搭接易松動，接線電阻大，耐腐蝕差。布置直流電源要盡鼠靠近電解槽，使得母線短，線路電壓降小；同時要設(shè)置轉(zhuǎn)向開關(guān)。2) 電極與電極連接方式(1) 電極材料電極材料與電解過程有直接的關(guān)聯(lián)，電解過程與相應(yīng)的電極材料及布置方式見下表。電

16、解過程與相應(yīng)的電極材料及布置方式(2)電極形式電絮凝電極除傳統(tǒng)的形式外，還有絮凝床、絮凝槽等。目前已經(jīng)開發(fā)出同軸電絮凝極板在使用。電極形式如下圖所示。電絮凝極板的幾何形狀(3)電極連接方式在電絮凝器中，按照電極板兩側(cè)的電極極性分，電絮凝器可分為單極式、雙極式和組合式三類，電絮凝器電極連接方式見上圖。對于單極式電絮凝器，電勢高低交錯，電流總是從某陽極流向相鄰的陰極，而不可能繞過幾塊極板流向其他陰極，每塊極板表現(xiàn)出一種電性且相鄰的電極表現(xiàn)為不同的電性，這類電絮凝器不存在電流的泄漏問題；雙極式與組合式的情況則有所不同，部分電流可以繞過幾塊極板，從靠近電源正極的一些極板直接流向靠近電源負極的一些極板，

17、除了與電源兩極相連的極板 ，每塊極板表現(xiàn)出不同的電性，雙極式和組合式都存在著電流泄漏的現(xiàn)象。實際應(yīng)用中雙極板較普遍，因為雙極板電路極板腐蝕較均勻，相鄰極板接觸的機會少，即使接觸也不會因短路而發(fā)生事故。雙極板電路便于縮小極板間距，提高極板利用率，減少投資和節(jié)省運行費用。電絮凝器電極連接方式3. 影響電解的因素1)極板材料對于印染廢水，主要利用電凝聚和電氣浮過程，應(yīng)選擇可溶性鋁或鐵作陽極、鐵板作陰極。對含氛廢水，以石墨為陽極，鐵板為陰極。含銘廢水以鐵板作陽極和陰極。更多污水處理技術(shù)文章參考易凈水網(wǎng)2)極板間距 極板間距的大小直接影響電解消耗和電解歷時。間距過大，電解歷時、電壓和電解消耗都要增大，而

18、且處理效果也會受影響；間距愈小，電解消耗愈低，電解歷時也相應(yīng)縮短，但所需電極板組數(shù)太多，一次投資大，且安裝與維護管理都較困難。對于含氧、含銘廢水極板凈距一般為30 50mm , 對印染廢水極板凈距應(yīng)采用大些為宜。3)陽極電流密度即陽極工作面積上通過的電流，單位為A/dm²。陽極工作面是指陽極和陰極相對應(yīng)之面。如兩塊陰極間的陽極，則工作面以二面計；電解槽二側(cè)的陽極工作面以一面計；在雙電極極組上，陽極工作面是指接陽極導(dǎo)線與陰極相對應(yīng)的工作面數(shù)計。陽極電流密度可按下式計算。IF=I/0.8F式中IF電流密度，A/dm²； I一用電電流，A ;F陽極工作面積，dm²；0.

19、 8系數(shù)，即在陽極面積減至80%時仍能繼續(xù)使用。電流密度的大小與電化學(xué)反應(yīng)要求、電極接線和廢水性質(zhì)有關(guān)，常用為0. 20.5A/ dm²,一般來說采用低電流的電解法電耗往往比較少。4)電壓與攪拌電壓：電解時陽極與陰極間的槽電壓，以伏特計，包括平衡電壓、過電位、導(dǎo)線、極板和溶液電壓降。電解時投加少量NaCl 可降低電壓，減少用電量,但廢水中增加Cl -和 Na + 是否會影響水的重復(fù)使用應(yīng)加以考慮。一般當(dāng)廢水電阻率大于12000cm 時，就必須投加NaCl , 投加量一般為12g/L。攪拌：多采用壓縮空氣攪拌，攪拌強度一般為0. 20. 3m³(氣)/m³ (水)m

20、in。5) 電解歷時電解歷時指廢水進入電解槽到廢水排出電解槽停留的時間，由幾分鐘到幾十分鐘不等。極距、電流密度和電解時間三者互為影響。極板距愈小，電流密度愈大，電解歷時就愈大， 但很不經(jīng)濟。一般認為較低的電流密度和較長的電解歷時是較合理的，一般控制在1030min之間。6) 水板比水板比是指電解槽中廢水的容積與陽極板總有效面積之比，即浸泡在單位容積廢水內(nèi)的陽極面積，以 dm²/L 表示。水板比與極板間距離有關(guān)，對含氮、鉻廢水為23。更多污水處理技術(shù)文章參考易凈水網(wǎng)7) 溫度溫度在535范圍內(nèi)變化，對處理效果和電解歷時無明顯影響。8) pH值pH值要求控制在56之間，pH值過大，會使陽

21、極發(fā)生鈍化，阻止金屬電極的溶解。9)電耗電解時要析出物質(zhì)消耗電能。理論值按法拉第電解定律計算：W=q/F式中W一電解析出的物質(zhì) ，g;q一通過的電量，Ah;電解析出物質(zhì)的克當(dāng)量；F一法拉第電解常數(shù)，26. 8Ah。由于電解過程中存在著其他副反應(yīng)的情況，所以實際電耗比理論值大，電解除銘的電量一般采用3.84Ah/g(cr6+) ; 電解除鋼化物的電量一般采用1015Ah/g(氰)；電解處理羊毛染整廢水采用40100Ah/m³廢水的電量。4. 特點由于電絮凝過程中電解反應(yīng)的產(chǎn)物只是離子，不需要投加任何氧化劑或還原劑，對環(huán)境不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生污染 ，被稱為是一種環(huán)境友 好水處理技術(shù)。電絮凝法

22、具有很多的優(yōu)點，如：(1)設(shè)備簡單，占地面積少，設(shè)備維護簡單 ；(2)電絮凝過程中不需要添加任何化學(xué)藥劑，產(chǎn)生的污泥量少，且污泥的含水率低，易于處理 ；(3)操作簡單，只需要改變電場的外加電壓就能控制運行條件的改變，很容易實現(xiàn)自動化控制；電絮凝可以一次完成氧化、還原、絮凝、氣浮的過程，是污水處理的一個很好的工藝。但是一般電絮凝還存在以下幾個問題 ：(1)處理污水時，若要達到較好的處理效果，則需要較長的停留時間，這對于水量比較大的污水處理工程難以適用，而且水樣本身的理化性質(zhì)對電絮凝處理效果有明顯的影響；(2)極板易形成氧化膜而鈍化，影響電絮凝的處理效率；(3)對高濃度的有機污水進行處理時，電極消耗比較大，造成運行成本較高；(4)該技術(shù)在很大程度上依賴水溶液的化學(xué)特性，尤其是傳導(dǎo)性；(5)與其相關(guān)的諸多理論還不成熟，尤其缺乏對電絮凝反應(yīng)器成型設(shè)計的理論，因此對于某一特定水質(zhì)，采用何種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器 、工藝參數(shù)、如何優(yōu)化等，仍憑經(jīng)驗或試驗來確定，不能完全從理論上推斷。上述這些局限性在一定程