電化學工藝處理電鍍廢水和重金屬廢水
來(lai)源：杭州回水科技有(you)限公(gong)司 閱讀：5674 更新(xin)時間(jian)：2010-12-22 09:45目(mu)前，電鍍(du)廢(fei)水(shui)、重(zhong)金屬廢(fei)水(shui)處理(li)的主要傳(chuan)(chuan)統(tong)工藝一般有以(yi)下幾種(zhong)方法(fa)(fa)(fa)：化(hua)學加藥沉降法(fa)(fa)(fa)、離子交換法(fa)(fa)(fa)、膜分離法(fa)(fa)(fa)和生化(hua)處理(li)等。但這些傳(chuan)(chuan)統(tong)的處理(li)工藝很難達到提標后的排放(fang)要求，尤其是重金屬和COD排(pai)(pai)放限值的(de)(de)(de)要求，有的(de)(de)(de)工藝即使可以實現重金屬廢(fei)水(shui)的(de)(de)(de)達標排(pai)(pai)放，其投資(zi)成(cheng)本(ben)(ben)和運行成(cheng)本(ben)(ben)也給企(qi)業(ye)的(de)(de)(de)生(sheng)產經營造(zao)成(cheng)很大(da)壓力。環境保護所面對的問題更加復雜，重金屬廢水治理已成為一個跨越環境工程學科的課題。
鑒于重金屬廢水濃度稀，成分復雜，處理達標要求又非常嚴格，傳統的廢水處理技術具有難以克服的缺點，主要表現為：處理劑使用量大、價格昂貴、反應不易控制、反應較慢、效果不理想、水質差、殘渣不穩定、回收貴金屬難。因此，重金屬廢水治理技術的研發，有以下幾方面的發展方向：
(1)對環境無影響藥劑的代用品的開發和利用；
(2)無毒無害新型水處理藥劑的開發和應用；
(3)物理處理新技術、生物處理新技術和計算機輔助應用技術的開發和應用；
(4)功效好、成本低的水處理技術和藥劑的開發；
(5)加強各種水處理技術的綜合應用等。
電化學(xue)法是近年發展起來(lai)的頗(po)具(ju)(ju)競(jing)爭力的電鍍廢水(shui)(shui)、重金屬(shu)廢水(shui)(shui)處理方法。它(ta)利用電化學(xue)原(yuan)理處理廢水(shui)(shui)，具(ju)(ju)有如下優點：①無需添加任何(he)氧(yang)化劑、絮凝劑等化學(xue)藥(yao)品；②既可(ke)單獨處理又(you)可(ke)與其他技術相結合，提高廢水(shui)(shui)的可(ke)生化性；③不會(hui)或很少(shao)產生二次(ci)污染；④設(she)備體(ti)積(ji)小，占地少(shao)，操(cao)作簡便靈活。因此該(gai)法被稱為清潔處理法。電(dian)化學法處理(li)(li)重金屬(shu)廢(fei)水，系統運行成(cheng)本明顯降低，去除污染(ran)物(wu)的(de)效(xiao)果和企(qi)業經濟效(xiao)益顯著(zhu)，為實現重金屬(shu)廢(fei)水治理(li)(li)提(ti)供了一條有效(xiao)途徑。
1、目前電化學處理重金屬廢(fei)水工藝包(bao)括以下(xia)方法：
（1）電凝聚(ju)法(fa)：利用電解氧化鐵屑、鐵板(ban)或鋁板(ban)等生(sheng)成Fe2·Fe3+或Al3+，再形成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀(dian)物，通過絮凝(ning)、沉降去除水(shui)中(zhong)污染(ran)物。電(dian)凝(ning)聚法的最新研究方向是周期換向的脈沖(chong)信號電(dian)凝(ning)聚，既具備高壓脈沖(chong)電(dian)凝(ning)聚法的優(you)點(dian)，又由于兩極均可溶(rong)，更有利于金屬離子與膠體間的絮凝(ning)作用(yong)，防止(zhi)電(dian)極鈍(dun)化。
（2）磁電解(jie)法：在(zai)電(dian)解(jie)槽外(wai)加磁場構成電(dian)解(jie)體系對(dui)重金屬廢水(shui)進行電(dian)解(jie)的(de)過程。其機理是重金屬廢水(shui)在(zai)電(dian)解(jie)時離子受(shou)到電(dian)場力(li)和(he)(he)磁場力(li)的(de)共同作用，使其離子運動軌跡復雜化(hua)(hua)并降低濃(nong)差極化(hua)(hua)，促進電(dian)解(jie)過程的(de)傳質和(he)(he)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反(fan)應，提高(gao)電(dian)解(jie)效率。磁電(dian)解(jie)技術常(chang)常(chang)和(he)(he)其他(ta)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)處理工藝相結合，以(yi)提高(gao)處理效果。
（3）電滲析(xi)法：在直(zhi)流電(dian)(dian)場(chang)的(de)(de)(de)作用下，利(li)用陰離(li)子(zi)或陽(yang)離(li)子(zi)交換膜(mo)(mo)對(dui)溶(rong)(rong)液中陰、陽(yang)離(li)子(zi)進行選(xuan)擇(ze)性透過(guo)，使陰、陽(yang)離(li)子(zi)定向(xiang)遷移，從而實現水(shui)(shui)體中的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)質與水(shui)(shui)分(fen)離(li)。是(shi)一項(xiang)比較(jiao)成熟的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)分(fen)離(li)技(ji)術，可處理電(dian)(dian)鍍(du)廢水(shui)(shui)、冶金工業廢水(shui)(shui)及(ji)其他含銅、鉻(ge)離(li)子(zi)的(de)(de)(de)廢水(shui)(shui)。電(dian)(dian)滲析在運轉過(guo)程中，兩極有電(dian)(dian)化學反應(ying)，電(dian)(dian)極腐(fu)蝕(shi)物聚集，電(dian)(dian)阻增(zeng)大(da)，電(dian)(dian)耗隨之增(zeng)加，所(suo)以必須向(xiang)電(dian)(dian)極室通入較(jiao)大(da)流量的(de)(de)(de)水(shui)(shui)以排除(chu)電(dian)(dian)極反應(ying)產生(sheng)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)物。
電(dian)(dian)(dian)滲析(xi)可分(fen)為(wei)單(dan)(dan)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)膜(mo)電(dian)(dian)(dian)滲析(xi)、雙(shuang)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)滲析(xi)。傳統的(de)(de)單(dan)(dan)機性(xing)(xing)(xing)(xing)膜(mo)存在電(dian)(dian)(dian)極(ji)耐久性(xing)(xing)(xing)(xing)欠佳(jia)及易發生堵槽等不足，因此(ci)目前研究熱點是雙(shuang)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)膜(mo)電(dian)(dian)(dian)滲析(xi)。將雙(shuang)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)膜(mo)與單(dan)(dan)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)膜(mo)組合，是重(zhong)金屬廢水(shui)處理(li)工藝未來發展的(de)(de)新(xin)方向。
（4）電還原法：用于重(zhong)金屬廢(fei)水(shui)處理屬于陰極(ji)還原法(fa)。其機理為(wei)(wei)陽極(ji)采用惰(duo)性(xing)電極(ji)，對廢(fei)水(shui)進行電解(jie)，重(zhong)金屬離子(zi)在靜電引(yin)力的作用下，向陰極(ji)遷移，從而(er)在陰極(ji)表面發生(sheng)沉積。該法(fa)技能去除溶液中的重(zhong)金屬離子(zi)，又(you)能從廢(fei)水(shui)中回收高(gao)純度(du)重(zhong)金屬。但一般(ban)重(zhong)金屬廢(fei)水(shui)濃(nong)度(du)低(di)，采用傳統二維電極(ji)電解(jie)時(shi)，電流(liu)密度(du)小，電解(jie)效(xiao)率低(di)，電耗大(da)。因此，傳質問題(ti)也成(cheng)為(wei)(wei)要解(jie)決的難點，各類(lei)高(gao)效(xiao)傳質的電化學反應器(qi)也成(cheng)為(wei)(wei)研究重(zhong)點。
針(zhen)對普(pu)通平板電極電還原(yuan)較慢的(de)缺(que)點，固定床(chuang)、流化(hua)床(chuang)、四級連(lian)續流動電化(hua)學反(fan)應器已成為電還原(yuan)法(fa)的(de)研究(jiu)方向(xiang)。
（5）內電(dian)解(jie)法：又(you)稱微電(dian)(dian)解。其機理是在電(dian)(dian)解槽(cao)中填(tian)充活性填(tian)料(liao)，當廢(fei)水(shui)通(tong)過電(dian)(dian)解槽(cao)時，以廢(fei)水(shui)為(wei)電(dian)(dian)解質媒介，活性填(tian)料(liao)就形成了(le)原電(dian)(dian)池，通(tong)過填(tian)料(liao)表面發(fa)生(sheng)的電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)(fan)應(ying)和絮凝(ning)作用(yong)達到凈化(hua)廢(fei)水(shui)的目(mu)的。在微電(dian)(dian)解工(gong)藝中，常用(yong)反(fan)(fan)應(ying)材料(liao)為(wei)鐵屑(xie)（鑄鐵屑(xie)、鋼鐵屑(xie)）或鋁鐵屑(xie)加(jia)入石墨或炭粒(li)。探討復合微電(dian)(dian)解技術的反(fan)(fan)應(ying)機理、過程動力學是目(mu)前該(gai)領(ling)域的研究重點。
（6）絡合—超濾—電(dian)解集成(cheng)技術：為滿足(zu)日(ri)益嚴格的(de)環保(bao)要求，實現廢(fei)水再(zai)生(sheng)回(hui)用和重(zhong)金屬(shu)回(hui)收，可將電化(hua)學、絡合(he)、超濾等(deng)幾種技術集成(cheng)起(qi)來處理(li)電鍍廢(fei)水、重(zhong)金屬(shu)廢(fei)水，同時發揮各種技術的(de)長處，實現對廢(fei)水重(zhong)金屬(shu)離子的(de)最有效去除(chu)。
（1）由杭州回水科技有(you)限公司設計開發(fa)出(chu)的全封閉、旋流(liu)式的高效電(dian)(dian)化學反應器結構，將電(dian)(dian)解槽的流(liu)道(dao)設計為三(san)維流(liu)體(ti)接觸(chu)面(mian)，即溶液與極板在X軸、Y軸與Z軸方向都有接觸，電化(hua)學反應(ying)效(xiao)率(lv)高(gao)；固液分離(li)時間設計值為45～60分鐘(zhong)，水流轉速(su)設(she)計值為(wei)80轉/分鐘，可以由此確定反應器的容積(ji)大小，以避(bi)免(mian)產生污染物(wu)的回融現象，并有效防止極板鈍(dun)化。
高效電化學旋(xuan)流式反應器結構示(shi)意圖
回(hui)水(shui)(shui)科技設計開發(fa)的高(gao)效電(dian)(dian)化(hua)(hua)學旋(xuan)流反應器是重金屬(shu)廢(fei)水(shui)(shui)電(dian)(dian)化(hua)(hua)學處理系(xi)統(tong)的主設備，其工作原理如下：重金屬(shu)廢(fei)水(shui)(shui)通過進水(shui)(shui)管1，進入(ru)電化學(xue)反應(ying)器，廢水(shui)上升(sheng)過(guo)程(cheng)中通(tong)過(guo)復合極板3產生電(dian)化學反應，傳動輪(lun)2帶(dai)動攪拌槳(jiang)葉4繞軸（傳(chuan)動軸6）轉動，使水流以(yi)旋流狀態與復合極板3充分接觸，從而提(ti)高電化學反(fan)應效率。
高效電化學旋流反應器(qi)工作原理(li)圖
（2）電化(hua)學反(fan)應過程非(fei)常復雜，存在著許多副反(fan)應（如陰(yin)極(ji)(ji)析氫(qing)反(fan)應、陰(yin)極(ji)(ji)氧還(huan)原反(fan)應、多種(zhong)金屬離子間的(de)相互作用等），可(ke)能導致污染物的(de)回融和(he)極(ji)(ji)板鈍(dun)化(hua)。因此，陰(yin)極(ji)(ji)極(ji)(ji)板的(de)材料選擇也是技術(shu)關(guan)鍵之(zhi)一。
回水科技設計(ji)開發的電化學反應器中的陰極極板(ban)，是(shi)特制(zhi)的三(san)層結(jie)構(gou)復合(he)ACF極板(ban)。極板(ban)上(shang)、下兩(liang)層為復合ACF（在活性碳纖維(wei)中添加(jia)鉑、鈦、釕等稀有(you)金屬改(gai)性而成），中間層為極板骨架，是采用(yong)硬質絕緣材料（如PVC、尼(ni)龍等(deng)）制作成(cheng)極(ji)薄的網狀支撐結(jie)構，單個極(ji)板尺寸可達(da)600*
另外，電化(hua)學反應器的旋流式結(jie)構設計(ji)，使極板與(yu)溶液通過水流旋轉有三維(wei)流道接觸面，解(jie)決了普通ACF板(ban)易污堵的問題，能有(you)效(xiao)地促進體系H2O2的(de)產(chan)生量，強化電化學氧化還(huan)原(yuan)反(fan)應效率，從(cong)而提高(gao)了(le)重金屬和COD的去除(chu)效率。
（3）攪拌(ban)裝置的結構設計與工作(zuo)原理
回水(shui)科技設計開(kai)發(fa)的高(gao)效電化學反(fan)應器所帶(dai)的攪(jiao)拌(ban)裝(zhuang)置由傳(chuan)動(dong)(dong)軸、傳(chuan)動(dong)(dong)輪(lun)和攪(jiao)動(dong)(dong)槳(jiang)葉(xie)構成(cheng)(cheng)。其中，攪(jiao)動(dong)(dong)槳(jiang)葉(xie)是由一(yi)系列一(yi)字型葉(xie)片(pian)構成(cheng)(cheng)，相(xiang)鄰葉(xie)片(pian)互(hu)成(cheng)(cheng)9O角(jiao)均(jun)布(bu)在傳動(dong)(dong)軸上，在傳動(dong)(dong)輪的帶動(dong)(dong)下旋(xuan)轉，使縱向水流轉為(wei)旋(xuan)流式(shi)流態，可(ke)以使電化學反應(ying)的物料(liao)混合均(jun)勻，提高傳質(zhi)效(xiao)率和電化學反應(ying)效(xiao)率。
電化學反應器傳動(dong)軸與(yu)攪拌槳葉結構圖
旋(xuan)流式高效電化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)(ying)器，必須在高強度的(de)(de)脈沖電場中產生電化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)(ying)，這不同于(yu)通(tong)常的(de)(de)工業用電要(yao)求。通(tong)常在工業用電中常見(jian)的(de)(de)是單(dan)相220伏或者三相380伏交(jiao)流電，頻率一般是50赫茲；這(zhe)兩種電都是(shi)連(lian)續(xu)的正弦波，而污水處理所需的是(shi)高頻脈(mo)(mo)沖(chong)電場。由杭州回水科(ke)技有(you)限公(gong)司自(zi)主開發的電化學電源就(jiu)是(shi)將(jiang)低頻交流(liu)電轉換為高頻脈(mo)(mo)沖(chong)電的設備。
其基本工作原理是(shi)：將單相(xiang)或三相(xiang)交流(liu)電整流(liu)濾波為直(zhi)流(liu)電，再通過半橋DC/DC變換電路形成(cheng)30～50KHz的高頻直流電(dian)，該高頻直流電(dian)在輸出端通過兩個2單(dan)元的IGBT模塊輸出到負載（電化(hua)學反(fan)應器），IGBT將電源頻(pin)率控制在6KHz以下（可(ke)根據需要(yao)在此范圍內(nei)任意設(she)定(ding)(ding)）。電(dian)(dian)化學電(dian)(dian)源一般為(wei)恒流(liu)源（輸出電(dian)(dian)流(liu)的(de)均值），在運行中首(shou)先給定(ding)(ding)一個電(dian)(dian)流(liu)設(she)定(ding)(ding)值，PWM控(kong)制器通過檢測輸出(chu)電(dian)流(liu)的變化，調整(zheng)高頻部分的電(dian)壓幅值，從(cong)而使得電(dian)流(liu)保持恒(heng)定。
杭州(zhou)回水科(ke)技有限公(gong)司自主開發的(de)可控型(xing)電化(hua)學電源，其脈沖寬度、頻率的(de)調(diao)整范圍(wei)大大增(zeng)加，電壓(ya)最高(gao)值可達1000V，最大電流可達
電源的運(yun)行(xing)參數設置與反(fan)應運(yun)行(xing)情況監控可以通過PLC實時(shi)處理控制，并在顯示(shi)屏上顯示(shi)工作狀態。電源內置的PLC也同時接收(shou)電化學(xue)反應器的(de)控制(zhi)信號，包括液位傳感(gan)器、溫(wen)度(du)儀、PH在線監控儀、在線COD檢測儀(yi)、在線(xian)電導率(lv)儀(yi)等，通過系(xi)統控制(zhi)程序協調反應器與(yu)(yu)電源的運行(xing)與(yu)(yu)工作狀(zhuang)態。
電化學(xue)電源(yuan)工(gong)作狀態示(shi)意圖(tu)
