[发明专利]一种电絮凝单元、电絮凝装置及重金属废水处理系统

说明书

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。