電化學工藝處理電鍍廢水和重金屬廢水
來源：杭州回水科技有限公司 閱讀：5676 更新時間：2010-12-22 09:45目前，電鍍廢水、重金屬廢水處理的主要傳統工藝一般有以下幾種方法：化學加藥沉降法、離子交換法、膜分離法和生化處理等。但這些傳統的處理工藝很難達到提標后的排放要求，尤其是重金屬和COD排放限值的要求，有的工藝即使可以實現重金屬廢水的達標排放，其投資成本和運行成本也給企業的生產經營造成很大壓力。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。
電化學法是近年發展起來的頗具競爭力的電鍍廢水、重金屬廢水處理方法。它利用電化學原理處理廢水，具有如下優點：①無需添加任何氧化劑、絮凝劑等化學藥品；②既可單獨處理又可與其他技術相結合，提高廢水的可生化性；③不會或很少產生二次污染；④設備體積小，占地少，操作簡便靈活。因此該法被稱為清潔處理法。電化學法處理重金屬廢水，系統運行成本明顯降低，去除污染物的效果和企業經濟效益顯著，為實現重金屬廢水治理提供了一條有效途徑。
1、目前電化學處理重金屬廢水工藝包括以下方法：
（1）電凝聚法：利用電解氧化鐵屑、鐵板或鋁板等生成Fe2·Fe3+或Al3+，再形成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物，通過絮凝、沉降去除水中污染物。電凝聚法的最新研究方向是周期換向的脈沖信號電凝聚，既具備高壓脈沖電凝聚法的優點，又由于兩極均可溶，更有利于金屬離子與膠體間的絮凝作用，防止電極鈍化。
（2）磁電解法：在電解槽外加磁場構成電解體系對重金屬廢水進行電解的過程。其機理是重金屬廢水在電解時離子受到電場力和磁場力的共同作用，使其離子運動軌跡復雜化并降低濃差極化，促進電解過程的傳質和電化學反應，提高電解效率。磁電解技術常常和其他電化學處理工藝相結合，以提高處理效果。
（3）電滲析法：在直流電場的作用下，利用陰離子或陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子進行選擇性透過，使陰、陽離子定向遷移，從而實現水體中的溶質與水分離。是一項比較成熟的膜分離技術，可處理電鍍廢水、冶金工業廢水及其他含銅、鉻離子的廢水。電滲析在運轉過程中，兩極有電化學反應，電極腐蝕物聚集，電阻增大，電耗隨之增加，所以必須向電極室通入較大流量的水以排除電極反應產生的腐蝕物。
電滲析可分為單極性膜電滲析、雙極性電滲析。傳統的單機性膜存在電極耐久性欠佳及易發生堵槽等不足，因此目前研究熱點是雙極性膜電滲析。將雙極性膜與單極性膜組合，是重金屬廢水處理工藝未來發展的新方向。
（4）電還原法：用于重金屬廢水處理屬于陰極還原法。其機理為陽極采用惰性電極，對廢水進行電解，重金屬離子在靜電引力的作用下，向陰極遷移，從而在陰極表面發生沉積。該法技能去除溶液中的重金屬離子，又能從廢水中回收高純度重金屬。但一般重金屬廢水濃度低，采用傳統二維電極電解時，電流密度小，電解效率低，電耗大。因此，傳質問題也成為要解決的難點，各類高效傳質的電化學反應器也成為研究重點。
針對普通平板電極電還原較慢的缺點，固定床、流化床、四級連續流動電化學反應器已成為電還原法的研究方向。
（5）內電解法：又稱微電解。其機理是在電解槽中填充活性填料，當廢水通過電解槽時，以廢水為電解質媒介，活性填料就形成了原電池，通過填料表面發生的電化學反應和絮凝作用達到凈化廢水的目的。在微電解工藝中，常用反應材料為鐵屑（鑄鐵屑、鋼鐵屑）或鋁鐵屑加入石墨或炭粒。探討復合微電解技術的反應機理、過程動力學是目前該領域的研究重點。
（6）絡合—超濾—電解集成技術：為滿足日益嚴格的環保要求，實現廢水再生回用和重金屬回收，可將電化學、絡合、超濾等幾種技術集成起來處理電鍍廢水、重金屬廢水，同時發揮各種技術的長處，實現對廢水重金屬離子的最有效去除。
（1）由杭州回水科技有限公司設計開發出的全封閉、旋流式的高效電化學反應器結構，將電解槽的流道設計為三維流體接觸面，即溶液與極板在X軸、Y軸與Z軸方向都有接觸，電化學反應效率高；固液分離時間設計值為45～60分鐘，水流轉速設計值為80轉/分鐘，可以由此確定反應器的容積大小，以避免產生污染物的回融現象，并有效防止極板鈍化。
高效電化學旋流式反應器結構示意圖
回水科技設計開發的高效電化學旋流反應器是重金屬廢水電化學處理系統的主設備，其工作原理如下：重金屬廢水通過進水管1，進入電化學反應器，廢水上升過程中通過復合極板3產生電化學反應，傳動輪2帶動攪拌槳葉4繞軸（傳動軸6）轉動，使水流以旋流狀態與復合極板3充分接觸，從而提高電化學反應效率。
高效電化學旋流反應器工作原理圖
（2）電化學反應過程非常復雜，存在著許多副反應（如陰極析氫反應、陰極氧還原反應、多種金屬離子間的相互作用等），可能導致污染物的回融和極板鈍化。因此，陰極極板的材料選擇也是技術關鍵之一。
回水科技設計開發的電化學反應器中的陰極極板，是特制的三層結構復合ACF極板。極板上、下兩層為復合ACF（在活性碳纖維中添加鉑、鈦、釕等稀有金屬改性而成），中間層為極板骨架，是采用硬質絕緣材料（如PVC、尼龍等）制作成極薄的網狀支撐結構，單個極板尺寸可達600*
另外，電化學反應器的旋流式結構設計，使極板與溶液通過水流旋轉有三維流道接觸面，解決了普通ACF板易污堵的問題，能有效地促進體系H2O2的產生量，強化電化學氧化還原反應效率，從而提高了重金屬和COD的去除效率。
（3）攪拌裝置的結構設計與工作原理
回水科技設計開發的高效電化學反應器所帶的攪拌裝置由傳動軸、傳動輪和攪動槳葉構成。其中，攪動槳葉是由一系列一字型葉片構成，相鄰葉片互成9O角均布在傳動軸上，在傳動輪的帶動下旋轉，使縱向水流轉為旋流式流態，可以使電化學反應的物料混合均勻，提高傳質效率和電化學反應效率。
電化學反應器傳動軸與攪拌槳葉結構圖
旋流式高效電化學反應器，必須在高強度的脈沖電場中產生電化學反應，這不同于通常的工業用電要求。通常在工業用電中常見的是單相220伏或者三相380伏交流電，頻率一般是50赫茲；這兩種電都是連續的正弦波，而污水處理所需的是高頻脈沖電場。由杭州回水科技有限公司自主開發的電化學電源就是將低頻交流電轉換為高頻脈沖電的設備。
其基本工作原理是：將單相或三相交流電整流濾波為直流電，再通過半橋DC/DC變換電路形成30～50KHz的高頻直流電，該高頻直流電在輸出端通過兩個2單元的IGBT模塊輸出到負載（電化學反應器），IGBT將電源頻率控制在6KHz以下（可根據需要在此范圍內任意設定）。電化學電源一般為恒流源（輸出電流的均值），在運行中首先給定一個電流設定值，PWM控制器通過檢測輸出電流的變化，調整高頻部分的電壓幅值，從而使得電流保持恒定。
杭州回水科技有限公司自主開發的可控型電化學電源，其脈沖寬度、頻率的調整范圍大大增加，電壓最高值可達1000V，最大電流可達
電源的運行參數設置與反應運行情況監控可以通過PLC實時處理控制，并在顯示屏上顯示工作狀態。電源內置的PLC也同時接收電化學反應器的控制信號，包括液位傳感器、溫度儀、PH在線監控儀、在線COD檢測儀、在線電導率儀等，通過系統控制程序協調反應器與電源的運行與工作狀態。
電化學電源工作狀態示意圖
