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高壓脈沖電絮凝技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

技術(shù)原理

電化學(xué)數(shù)字高壓脈沖調(diào)頻電凝機(jī)處理原理。電化學(xué)數(shù)字高壓脈沖調(diào)頻電凝機(jī)處理污水過(guò)程產(chǎn)生五種作用:電解氧化、電解還原、電絮凝、電氣浮和電Fenton反應(yīng)。

(1)電解氧化

電解中的氧化作用分為直接氧化和間接氧化。

直接氧化,即污染物直接在陽(yáng)極失去電子而發(fā)生氧化,如含氰廢水在反應(yīng)器中陽(yáng)極發(fā)生電解氧化反應(yīng),首先是氰離子被氧化成氰酸根離子,然后水解生成氨和碳酸根離子,同時(shí)氰酸根離子繼續(xù)電解,被氧化為二氧化碳和氮?dú)狻7磻?yīng)如下:

CN++2OH--2e → CNO-+H2O    2CNO-+4OH--6e → 2CO2↑+N2↑+2H2O

CNO-+2H2O → NH4++ CO32-(破氰反應(yīng))
間接氧化,是利用某些陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物(如C,OCl,O2,H2O2)等間接地破壞污染物。如除酚:氯離子在陽(yáng)極放電生成分子氯,然后水解生成次氯酸,再利用電極過(guò)程二次反應(yīng)生成的氯和次氯酸的氧化力將酚分解脫除。

 

(2)電解還原反應(yīng)

陰極在適當(dāng)?shù)碾姌O和外加電壓作用下,當(dāng)條件(平均電流、頻率)恰當(dāng)時(shí),通過(guò)陰極的直接還原作用降解有機(jī)物的過(guò)程。如還原脫鹵。水在陰極表面放電生成吸附態(tài)氫原子與吸附在陰極表面的鹵代烴分子發(fā)生取代反應(yīng),使其脫鹵。此技術(shù)意義在于減小有機(jī)物毒性,提高可生化性,有利于進(jìn)一步生化處理。

間接還原,陰極在適當(dāng)?shù)碾姌O和外加電壓作用下,電解出氫,在高壓電場(chǎng)的作用下,會(huì)在水中形成游離氫,游離氫是最強(qiáng)的還原劑。間接還原反應(yīng)可以把直接還原反應(yīng)剩下來(lái)的金屬離子還原成金屬單質(zhì),進(jìn)一步除去污染物,提高處理效益。鐵極板上電解出的亞鐵離子,對(duì)六價(jià)鉻也具有很好的還原作用。

陽(yáng)極反應(yīng):

Fe2+是強(qiáng)還原劑,在酸性條件下將廢水中六價(jià)鉻還原為Cr3+。

反應(yīng)如下:

Fe → Fe2++2e

Cr2O72-+6Fe2++14H+  →  2Cr3++6Fe3++7H2O

CrO42-+3Fe2++8H+  → Cr3++3Fe3++4H2O

陰極反應(yīng):

H+直接還原六價(jià)鉻。

CrO42-+6e+14H+ → 2Cr3++7H2O

CrO42-+3e+8H+ → Cr3++4H2O
 

(3)電絮凝

可溶性陽(yáng)極例如鐵、鋁等陽(yáng)極,在電源作用下,陽(yáng)極失去電子后,形成金屬陽(yáng)離子Fe2+、Al3+,與溶液中的OH-成金屬氫氧化物膠體絮凝劑,吸附能力極強(qiáng),將廢水中的污染物質(zhì)吸附共沉而去除。
 

(4)電氣浮

電解氣浮是對(duì)廢水進(jìn)行電解當(dāng)電壓達(dá)到水的分解電壓時(shí),在陰極和陽(yáng)極上分別析出氫氣和氧氣。(2H2O → O2 +4H++4e   2H2O+2e → H2+2OH-)氣泡小,分散度高,作為載體粘附水中的懸浮物而上浮,容易將污染物質(zhì)去除。電氣浮既可以去除廢水中的疏水性污染物,也可以去除親水性污染物。電解產(chǎn)生的氣泡粒徑很小,氫氣泡約為10~30μm,氧氣泡約為20~60μm;而加壓溶氣氣浮時(shí)產(chǎn)生的氣泡粒徑為100~150μm,機(jī)械攪拌時(shí)產(chǎn)生的氣泡直徑為800~1000μm。由此可見(jiàn),電解產(chǎn)生的氣泡捕獲雜質(zhì)微粒的能力比后兩者為高,出水水質(zhì)自然較好。此外電解產(chǎn)生的氣泡,在20℃的平均密度為0.5g/L;而一般空氣泡得平均密度為1.2 g/L??梢?jiàn),前者的浮載能力比后者大一倍多。
 

(5)電Fenton反應(yīng)

極板采用特殊的碳合金,使陰極產(chǎn)生更多的雙氧水,在酸性條件下與陽(yáng)極析出的亞鐵離子發(fā)生Fenton反應(yīng),生成強(qiáng)氧化性的自由羥基,無(wú)選擇的氧化污染物。電Fenton反應(yīng)如下所示:

O2+2H++2e → H2O2     Fe2++H2O2+H+ → Fe3++H2O+•OH

•OH+RH(有機(jī)物)  → R+H2O (降COD反應(yīng))

Fe3++e → Fe2+(可逆反應(yīng))

電Fenton方法相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)Fenton的優(yōu)勢(shì):H2O2可以電解產(chǎn)生,省去了添加H2O2的麻煩,同時(shí)避免了H2O2儲(chǔ)存與運(yùn)輸中潛在的危險(xiǎn)性。亞鐵離子可由陽(yáng)極產(chǎn)生,由陰極再生,無(wú)需額外添加鐵鹽。

技術(shù)特點(diǎn)

(1)設(shè)備容量大,占地面積小,只占一般生化處理的約五十分之一。

(2)設(shè)備穩(wěn)定性高,操作簡(jiǎn)單、方便、自動(dòng)化程度高,維護(hù)容易。

(3)經(jīng)濟(jì)的性能,運(yùn)行費(fèi)用低,能耗約為傳統(tǒng)電解法的十分之一,每噸水耗電量約為0.2度---3度。

(4)相比較傳統(tǒng)電解法,解決了極板鈍化,能耗高等問(wèn)題。

(5)可承受PH值范圍廣,從而使對(duì)PH的調(diào)節(jié)最小化。

(6)連續(xù)處理廢水速度快,時(shí)間短。

(7)具備強(qiáng)氧化--自產(chǎn)氧化劑;強(qiáng)還原--自產(chǎn)還原劑;絮凝--自產(chǎn)絮凝劑;氣浮--自產(chǎn)氣浮超細(xì)氣泡以及滅菌、脫色與脫臭七大功能于一機(jī)。

(8)淤泥下沉、上浮、淤泥量最小化,無(wú)需工人清洗。

(9)出水的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)化學(xué)處理,處理效果可靠一致。

(10)適應(yīng)廢水的較大變化,并能處理多重污染物。

(11)先進(jìn)的技術(shù),比同類(lèi)進(jìn)口設(shè)備廢水效果提高百分之五到百分之十,能耗降低百分之十。

(12)增加BC比,解決污水不可生化性。且作為預(yù)處理工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定,無(wú)需配水節(jié)省資源,使生化系統(tǒng)負(fù)荷大幅度減少。
設(shè)備說(shuō)明

裝置內(nèi)設(shè)置溶性(Fe/Fe板式電極)及不溶性(Ti/DSA網(wǎng)式電極)兩種電極。池體為碳鋼防腐材質(zhì),表面負(fù)荷取5-10m3/m2·h,池內(nèi)設(shè)刮渣機(jī),水力停留時(shí)間為15-30min,電氣浮電極進(jìn)行電氣浮產(chǎn)生的微氣泡直徑范圍10-15μm,電絮凝電極采取平行布置,相鄰電極板間為陰、陽(yáng)極關(guān)系,間隔的電極板相互連接后與直流電源的陰、陽(yáng)極通過(guò)導(dǎo)線連接,電極板與水流同向布置 。

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