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高效電化學(xué)法反應器廢水處理設備

高效電化學(xué)法反應器廢水處理設備

作者:污水者????來(lái)源:西安泰源????發(fā)布時(shí)間:2019-01-05 11:53????瀏覽量:

隨著(zhù)世界各國工業(yè)的迅猛發(fā)展,廢水的排放量急劇增加,尤其是化學(xué)、農藥、染料、醫藥、食品等行業(yè)排放的廢水,其濃度高、色度大、毒性強,含有大量生物難降解的成分,給全球帶來(lái)了嚴重的水體污染。近年來(lái),一種高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Technologies,AOT),即利用光、聲、電、磁或無(wú)毒試劑催化氧化技術(shù)處理有機廢水,尤其是那些難于生化降解、對人類(lèi)健康危害極大的“三致”(致癌、致畸、致突變)有機污染物,已成為當前世界水處理相當活躍的領(lǐng)域。電化學(xué)水處理技術(shù)是高級氧化技術(shù)的一種,因其具有其他水處理技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已受到國內外的廣泛關(guān)注。
一、電化學(xué)水處理技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)
電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場(chǎng)的作用下,在特定的電化學(xué)反應器內,通過(guò)一系列設計的化學(xué)反應、電化學(xué)過(guò)程或物理過(guò)程,產(chǎn)生大量的自由基,進(jìn)而利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進(jìn)行降解的技術(shù)過(guò)程,是高級氧化技術(shù)的一種。
作為一種清潔的處理工藝,電化學(xué)技術(shù)與其他水處理技術(shù)相比,具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):
(1)具有多功能性。電化學(xué)技術(shù)除可用電化學(xué)氧化還原反應使毒物降解、轉化外,還可用于懸浮物或膠體體系的相分離(如電浮選分離)等。電化學(xué)技術(shù)的這種多功能性使電化學(xué)技術(shù)具有廣泛的選擇性,在廢水、廢氣、有毒物處理等多方面發(fā)揮作用。
(2)具有高度的靈活性。電化學(xué)技術(shù)兼具氣浮、絮凝、殺菌等多功能,必要時(shí),陰極、陽(yáng)極可同時(shí)發(fā)揮作用。它既可以作單獨處理工藝使用,也可以與其他處理工藝相結合,如作為前處理,可將難降解的有機物或生物毒性污染物轉化為可生物降解物質(zhì),從而提高廢水的可生物降解性。
(3)無(wú)污染或少污染性。電化學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的·無(wú)選擇地直接與廢水中的有機污染物反應,將其降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單的有機物,沒(méi)有或很少產(chǎn)生二次污染。電子是電化學(xué)反應的主要反應物,而且電子轉移只在電極與廢物組分之間進(jìn)行,不需添加任何氧化劑、還原劑,避免了由于添加化學(xué)藥劑而引起的二次污染,而且還可通過(guò)控制電位,使電極反應具有高度的選擇性,防止副反應發(fā)生。
(4)易于控制性。電化學(xué)過(guò)程一般在常溫常壓下進(jìn)行,其化學(xué)過(guò)程的主要運行參數是電流和電位,易于控制和測定。因此,整個(gè)過(guò)程的可控程度乃至自動(dòng)控制水平都較高,易于實(shí)現自動(dòng)控制。
(5)經(jīng)濟性。電化學(xué)系統設備相對簡(jiǎn)單,設計合理的系統,其能量效率也比較高,因此,操作與維護費用低。同時(shí),作為一種清潔的處理工藝,其設備占地面積小,特別適用于人口擁擠城市的污水處理。
二、電化學(xué)水處理的方法
1、電凝聚法
電凝聚法也叫電氣浮法,即在外電壓作用下利用可溶性陽(yáng)極(鐵或鋁)產(chǎn)生大量陽(yáng)離子,對膠體污染物進(jìn)行凝聚,同時(shí)陰極上析出大量氫氣微氣泡,與絮體粘附在一起上浮,從而實(shí)現污染物的分離。電凝聚法中,通常采用的陽(yáng)極材料為金屬鋁或鐵,由于該方法在消耗鋁材的同時(shí)還消耗大量的能源,因而它的應用受到了一定的限制。當前的發(fā)展方向是通過(guò)改進(jìn)電源技術(shù)、研究新型電極材料及結構,使電能消耗和材料消耗進(jìn)一步降低。
2、電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化原理是:有機物的某些官能團具有電化學(xué)活性,通過(guò)電場(chǎng)的強制作用,官能團結構發(fā)生變化,從而改變了有機物的化學(xué)性質(zhì),使其毒性減弱以至消失,增強了生物可降解性。電化學(xué)氧化法主要分為直接氧化法和間接氧化法兩種。直接氧化法是通過(guò)陽(yáng)極氧化使污染物直接轉化為無(wú)害物質(zhì);間接氧化法則是通過(guò)陽(yáng)極反應之外的中間反應,使污染物氧化,最終轉化為無(wú)害物質(zhì)。通過(guò)改進(jìn)電極結構,可以提高污染物的去除效果,并降低能耗。
3、電沉積法
電解液中不同金屬組分的電勢差,使得自由態(tài)或結合態(tài)的溶解性金屬在陰極析出。電沉積法在處理低濃度金屬離子廢水的同時(shí)能回收金屬,且無(wú)二次污染。適宜的電勢是電沉積發(fā)生的關(guān)鍵。該法處理含金屬離子廢水的技術(shù)核心是新型電極結構電解槽的設計。針對不同污染物和不同生產(chǎn)狀況,可采用不同的電解槽進(jìn)行處理。
4、內電解法
內電解法原理是:具有較強還原性的Fe2+使廢水中某些氧化組分還原;Fe(OH)2具有絮凝作用;活性炭具有吸附作用,可吸附有機物及微生物;鐵-碳構成的原電池產(chǎn)生微弱電流,對微生物的生長(cháng)和代謝具有刺激作用。內電解法能“以廢治廢”,不消耗能源,能去除廢水中多種污染成分和色度,還能提高難降解物的可生化性。內電解柱內的填料一般為廢鐵屑和活性炭(或石墨),再輔以疏松劑。該法通常作為預處理方法與其他方法結合使用,提高廢水的可生化性,為進(jìn)一步處理創(chuàng )造有利條件。該技術(shù)的缺點(diǎn):一是反應速度比較慢,反應器易阻塞,處理高濃度廢水比較困難;二是由于在反應過(guò)程中有鐵損耗,需不斷地補充鐵屑;三是反應前、后均需要用大量的酸和堿來(lái)調節廢水pH值。
5、電滲析法
電滲析(ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種,它是將陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列于正、負電極之間,并用特制的隔板將其隔開(kāi),組成淡化和濃縮兩個(gè)系統,在直流電場(chǎng)作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜的選擇透過(guò)性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái),從而實(shí)現溶液凈化。電滲析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:能量消耗低、藥劑耗量少、環(huán)境污染小、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現機械化和自動(dòng)化、設備緊湊耐用,預處理簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是在運行過(guò)程中易發(fā)生濃差極化而結垢。
6、其他電化學(xué)方法
電吸附、離子交換輔助電滲析以及電化學(xué)膜分離等技術(shù)不僅可以用作清潔生產(chǎn)工藝,預防環(huán)境污染,而且它們也是有效的工業(yè)廢水處理方法。電吸附法可以用來(lái)分離水中低濃度的有機物和其他物質(zhì);離子交換輔助電滲析法具有可多樣化設計、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),已成為環(huán)保開(kāi)發(fā)應用的熱點(diǎn)技術(shù);電化學(xué)膜分離技術(shù)是利用膜兩側的電勢差進(jìn)行物質(zhì)分離,常用于氣態(tài)污染物的分離。
三、有機廢水的處理
1、持久性有機污染物
電化學(xué)氧化技術(shù)借助具有電催化活性的陽(yáng)極材料,能形成氧化能力極強的羥基自由基(-OH),既能使持久性有機污染物發(fā)生分解并轉化為無(wú)毒可生化降解物質(zhì),又可將之完全礦化為二氧化碳或碳酸鹽等物質(zhì)。該項技術(shù)應用于持久性有機污染物廢水處理,不僅可彌補其他常規處理工藝的不足,還可與多種處理工藝有機結合,提高水處理的經(jīng)濟性。電化學(xué)氧化過(guò)程中,具有電活性的陽(yáng)極表面能起到吸附、催化、氧化等多種轉化功能。低濃度的持久性有機污染物廢水電導率很低,為了增強溶液導電性需要加入強電解質(zhì)(如氯化鈉、硫酸鈉)。
2、酚類(lèi)
目前,國內外對于含酚廢水的研究較多,此類(lèi)廢水來(lái)源廣、污染重,是芳香化合物的代表。電化學(xué)氧化含酚廢水的影響因素有苯酚初始濃度、廢水pH值、電流密度、支持電解質(zhì)種類(lèi)等。周明華等[4]以經(jīng)氟樹(shù)脂改性的β-PbO2為陽(yáng)極,處理含酚模擬廢水,在電壓為7.0 V,pH值為2.0的條件下,其COD可降至60 mg/L以下,揮發(fā)酚可完全去除??锷倨降仍诟綦x陰、陽(yáng)極室條件下進(jìn)行了電化學(xué)法降解含酚廢水試驗,苯酚的轉化率達95%以上;同時(shí),分別對鉛電極和鈦上電沉積二氧化鉛的電極作為陽(yáng)極進(jìn)行了對比試驗,發(fā)現Ti/PbO2電極對苯酚的降解更加徹底。
3、硝基苯類(lèi)化合物
硝基苯類(lèi)化合物屬于生物難降解物質(zhì),用電化學(xué)催化系統處理此類(lèi)廢水具有一定的意義。以DSA類(lèi)電極作為陽(yáng)極,對模擬硝基苯廢水進(jìn)行的降解試驗表明,當電流密度為15 mA/cm2時(shí),CODCr的去除率可達到90%以上。謝光炎等以自制PbO2為陽(yáng)極,在堿性條件(pH=10)下電解134 min,硝基苯酚溶液的質(zhì)量濃度從200 mg/L降至1 mg/L以下,BOD/COD值達到0.63,表明該工藝對后續生化處理有重要的實(shí)用價(jià)值。
四、重金屬離子廢水處理
與傳統的二維電極相比,電沉積法的三維電極能夠增加電解槽的面體比,且因粒子間距小而增大了物質(zhì)傳質(zhì)速度,提高電流效率和處理效果。利用三維電極主要是處理含Cu2+和Hg2+等的重金屬廢水,三維電極所提供的特殊表面和很大的傳質(zhì)速率,能有效地處理稀溶液,這種電極能在幾分鐘內將金屬質(zhì)量濃度從100 mg/L降至0.1 mg/L,除去重金屬離子的效率高,需要的空間少。離子交換樹(shù)脂與銅粒等比例混合制成的復合三維電極固定床電化學(xué)反應器,用于處理低濃度含銅廢水,且無(wú)須加入支持電解質(zhì)(如硫酸),出口銅質(zhì)量濃度為0.008 mg/L,達到國家排放標準。
五、氨氮和氰廢水處理
電催化氧化法去除氨氮的原理是:廢水進(jìn)入電解系統后,在不同條件下,陽(yáng)極上可能發(fā)生兩種氧化反應:一是氨直接被氧化成氮氣脫除;二是氨間接電氧化。即通過(guò)電極反應生成氧化性物質(zhì),該物質(zhì)再與氨反應,使氨降解、脫除。液態(tài)化電極電解法首先將含氰廢水中的CN-氧化為氰酸根,再進(jìn)一步氧化為CO2和H2O。由于低濃度含氰廢水中的電解質(zhì)濃度低,電解時(shí)極間電壓高,電流效率低,故一般加入NaCl作電解質(zhì)。采用液態(tài)化電極時(shí),電極反應在膨脹石墨顆粒表面進(jìn)行,廢水的循環(huán)流動(dòng)和膨脹石墨顆粒的頻繁碰撞,使得液態(tài)石墨顆粒間的傳質(zhì)速度加快,濃差極化和電化學(xué)極化現象顯著(zhù)減小,從而加快反應的進(jìn)行。
小結
 電化學(xué)水處理技術(shù)對有機物有特殊的降解能力,具有非常廣闊的應用前景,在環(huán)境保護中占有重要的位置。當前,新電極材料、膜、電解質(zhì)、反應器結構等的研究開(kāi)發(fā)、電化學(xué)降解機理的探究是電化學(xué)水處理技術(shù)的研究發(fā)展趨勢。我們相信,隨著(zhù)電化學(xué)理論的不斷完善和實(shí)驗室研究的不斷深入,電化學(xué)水處理技術(shù)必將在環(huán)境保護領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用,在廢水處理方面得到廣泛的應用。

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