[发明专利]一种重金属废水电化学处理反应速率在线估计方法及装置

说明书

本发明提供一种重金属废水电化学处理反应速率在线估计方法及装置，所述方法包括：获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子A浓度、电解电压、电导率、电解槽体积、极板面积以及极板初始间距，基于电化学反应动力学模型，实现重金属废水电化学处理反应速率在线估计。本发明提供的重金属废水电化学处理反应速率在线估计方法，能够对电解槽中电化学反应速率进行在线估计，可根据反应速率在线估计值对操作量进行实时调控，对电化学废水处理过程的优化指导具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，更具体地，涉及一种重金属废水电化学处理反应速率在线估计方法及装置。

背景技术

有色金属生产过程中会产生大量的工业废水，这些废水中往往含有有害的重金属元素，成为当下突出的水体污染环境问题。因此，高标准处理有色冶金重金属废水、最大限度削减对水体的污染刻不容缓。电化学重金属废水处理技术作为一种环境友好的废水处理技术，该技术运行成本低、处理效果好，设施占地面积小、污泥产生量少，自动化程度高、操作和维护简单，因此在重金属废水治理领域得到了广泛应用。

但电化学反应过程是一个复杂的工业过程，且体系反应机理特别复杂。随着电化学反应的进行电极板不断地溶解，极板间距和极板表面形状不断发生变化，且电流效率也在不断的改变，从而引起电化学反应速率不断的变化，进一步加大了电化学过程的复杂性。

在工业废水电化学处理过程中，主要是通过中和过程调节电导率和pH值及电化学过程调节电压来对整个废水处理过程进行控制。但实际处理过程中，操作量主要依靠现场工作人员的人工经验进行调控，并未考虑电化学速率的变化引起的电解槽运行状态的变化，而且电解槽中的重金属浓度只能离线化验获得，存在很大的滞后性，难以保证出口重金属离子浓度全部达标。

发明内容

为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种重金属废水电化学处理中反应速率在线估计方法及装置。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种重金属废水电化学处理反应速率在线估计方法，包括：获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子A浓度、电解电压、电导率、电解槽体积、极板面积以及极板初始间距，基于电化学反应动力学模型，实现重金属废水电化学处理反应速率在线估计。

其中，所述电化学反应动力学模型的建立方式具体为：基于法拉第定律，建立重金属废水电化学过程的反应速率模型；基于质量守恒定律和电化学置换反应机理，建立极板间距模型；基于电化学机理和数据统计分析，建立重金属废水电化学反应过程的电流效率模型；基于所述反应速率模型、所述极板间距模型以及所述电流效率模型建立所述电化学反应动力学模型。

其中，所述反应速率模型具体为：

其中，r_A是电解槽中重金属离子A的电化学反应速率；ε_I是电解平均电流效率；S为极板面积；U为电解电压；κ为电导率；z为电极反应转移的电荷数，取正值；F为法拉第常数；L为铁极板间距。

其中，所述极板间距模型具体为：

其中，L₀为极板的初始间距；R为铁原子半径；V是电解槽的体积；N_A是阿伏伽德罗常数；S为极板面积；C_A⁰是重金属离子A的初始摩尔浓度；C_A(t)是电解槽中重金属离子A的摩尔浓度。

其中，所述电流效率模型具体为：

其中，β₁是待辨识参数；J是电解电流密度。

其中，所述电化学反应动力学模型具体为：