[发明专利]用于处理重金属废水的电化学装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到废水处理设备领域，特指一种用于处理重金属废水的电化学装置。

背景技术

国内外学者对重金属污染的治理问题做了大量的研究，但随着排放标准越来越严，目前已开发应用的重金属污染废水处理方法，如化学沉淀法、生物法、离子交换等方法都存在一定的局限性。采用化学沉淀法具有运行成本高、占地面积大，处理效果不稳定，难达标等缺点；生物法存在对入水水质要求高、自动化程度低、项目建设周期长等劣势，离子交换等物理法只能针对某种特定类型及特定浓度的重金属离子进行处理。而电化学方法是处理重金属废水的有效途径，其具有效果好、运作费用低、建设周期短、易于管理和操作、应用范围广等优点，日益受到人们的关注。它的原理是：在外电压的作用下通过电化学反应，利用可溶性阳极(通常为铁阳极或铝阳极)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，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。它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。在电解过程中，还会发生电解氧化还原反应，分为直接氧化还原和间接氧化还原。直接氧化还原是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除；间接氧化还原是指电解时产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化为毒性更小的物质，如水离解时产生的新生态氢和活性氧，其它一些强氧化剂或自由基。通过氧化作用，溶液中的某些大分子有机物被分解为小分子有机物，还有可能直接被氧化成和而不产生污泥，而这些小分子有机物能在随后的絮凝、气浮作用下得到有效分离；通过阴极上产生的新生态氢的还原作用，还可以回收重金属，并且还原卤代烃及带苯环的物质等。因此，电絮凝在处理废水的过程中，多种过程同时发生作用，污染物在这些作用下容易被去除。

这是一个复杂的过程，简单的说，就是在电场的作用下金属电极产生阳离子后从离子的产生到形成絮体包括三个连续的阶段：

(1)在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”——铁或铝的氢氧化物；

(2)水中悬浮的颗粒、胶体污染物在微絮凝剂的作用下失去稳定性；

(3)脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。

电絮凝法中常用的电极材料为铝或铁，在阳极和阴极之间通以直流电，发生的电极反应如下：

铁阳极

Fe2e→Fe²⁺

在碱性条件下

Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

在酸性条件下

4Fe²⁺++O₂+2H₂O→4Fe³⁺++4OH^-

另外，水的电解还有氧气放出

2H₂O-4e→O₂+4H⁺

在阴极发生如下反应

2H₂O+2e→H₂+2OH^-

由于在电解反应的产物只是离子，不需要投加任何氧化剂或还原剂，对环境不产生或很少产生污染，被称为是一种环境友好水处理技术。它具有很多的优点，如：

(1)设备简单，占地面积少，操作和维护简单灵活，建设周期短；

(2)电絮凝过程中不需要添加任何化学药剂，产生的污泥量少，且污泥的含水率低，易于处理，减少了化学药剂和污泥处置成本；

(3)操作简单，只需要改变电场的外加电压就能控制运行条件的改变，很容易实现自动化控制；

但目前这类电化学技术还没有广泛得到大规模应用，制约其广泛应用的主要原因是其能耗较高，可溶性阳极很容易发生极化和钝化从而增加了处理电耗、降低了处理效果，在实际应用中极板需定期频繁更换，且由于其结构设计极板更换麻烦，工作量大。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、能耗低、拆装维修方便、处理效率高的用于处理重金属废水的电化学装置。