CN105060411A - 一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，属于含磷废水处理技术领域；该处理方法由内电解和电絮凝两个部分组成，含磷废水首先进行内电解处理使其达到后续处理要求再进行电絮凝，该方法不仅能使污染物进一步去除而且还能使废水澄清，从而达到排放标准或回用要求，且处理废水过程中能耗低、处理成本低。

Description

一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法

技术领域

本发明属于含磷废水处理技术领域，尤其是一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法。

背景技术

磷是城市污水中主要的污染物之一，含磷废水直接排放将导致严重的水体污染。若不进行处理，直接排放将会严重污染水体，导致水体富营养化。水体富营养化对水生态系统有许多消极的影响像藻类的增加、水质恶化、氧气的不足、自然栖息地的减少和对水产业和贝类渔业的影响。目前常用的除磷方法有化学沉淀法和生物法。化学法处理系统操作简单,抗冲击性强,但由于人为投加了大量化学絮凝剂,增加了处理成本。生物法除磷工艺运行稳定性较差,运行操作严格受废水的温度、酸碱度等影响,且废水中有机物含量较低或磷含量超过10mg/L时,出水就很难满足磷的排放标准。电化学处理技术因具有高环境相容性、高能源利用率、可控性、多功能性及经济性等优越性,能较好实现废水的净化以及重金属的回收,在含磷废水处理中有着较好的应用前景。

内电解法的原理就是利用铁碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池,并以废水为电解质溶液,以电化学反应为主并集合氧化还原、吸附、絮凝、置换等多种作用来处理含磷废水。内电解法基于原电池氧化还原反应，运行方式与电解的原理非常相似除了电子是由许多微小规模阳极的电化学腐蚀提供而不是外部电源提供。在内电解法处理废水的过程里，污染物一般通过氧化还原反应、原电池反应、电化学附集、物理吸附、铁的混凝作用和沉淀作用等原理去除。内电解法能还原难生物降解的含有硝基、亚硝基、偶氮基的化合物及一些卤代、碳双键等有机化合物，可大大提高他们的生物降解性；还原后生成的亚铁、三价铁水解生成的氢氧化合物胶体是很好的絮凝剂，胶团结构可表示为：{m[Fe(OH)3]·nFeO+·(n-x)C-}x+·xC-,其中C是为溶液中的阴离子；废水经过处理之后铁离子浓度增大，pH值升高，可化学沉淀废水中的磷酸根；同时，铁的氢氧化物还能絮凝沉淀污水中的磷酸根、有机物和重金属离子。活性炭有很强的吸附作用，又作为阴极，起了将有机物富集至阴极的作用，加速了有机污染物的还原。

电絮凝是近年发展起来的处理生物难降解有机废水的方法，针对生物难降解有机废水，电絮凝技术有着极高的去除效率，近年来该技术发展较为迅速，成为了学术和工业界较为关注的新型水处理技术。电絮凝是在外加电场的作用下，利用可溶性阳极产生的阳离子在溶液中水解、聚合成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，而这些络合物可起到凝聚、吸附等作用。在电解过程中，电极不断产生氢气和氧气的微小气泡以及其他气体，这些气泡具有良好的黏附性能，在上浮过程中将胶体物质和悬浮物带到水面上从而使污染物得以去除；由于能量消耗大，在本研究里面不利用此原理。

中国专利CN101962240A公开了一种“内电解-电解法”处理含重金属废水的方法。该方法通过采用内电解和电解法串联组成来处理重金属废水，其中内电解既承担了处理重金属废水的一部分任务，又担任电解法的预处理角色，电解法既承担处理重金属废水剩余的任务，又担任微电解的后处理角色。这种方法在处理废水的过程中能耗高、电极消耗量大和污泥产量多，增加了处理成本。

虽然内电解法在某些有毒和难生化降解废水的预处理方面得到应用，但是应用在含磷废水处理上的较少。含磷废水中含有大量的磷酸盐、有机物，甚至含有重金属离子，从理论上通过内电解法进行处理是可行的。但是仅应用内电解法还不足以使含磷废水达到排放或回用的标准，废水在通过曝气内电解处理的过程中生成的大颗粒物容易被搅碎形成小颗粒物而呈悬浮状态不能完全沉降。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，该处理方法由内电解和电絮凝两个部分组成，含磷废水首先进行内电解处理使其达到后续处理要求再进行电絮凝，该方法不仅能使污染物进一步去除而且还能使废水澄清，从而达到排放标准或回用要求，且处理废水过程中能耗低、处理成本低。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，所述含磷废水先进行内电解处理，静置后将上清液的pH调节为6～10，进行电絮凝处理；

所述内电解的填充物质为至少一种惰性物质和活泼金属组成的混合填料；所述电絮凝的阴极材料为惰性金属，阳极材料为活泼金属。

进一步，所述内电解的填充物质为铁-碳、铁-铜或铁-铜-碳组成的填料。

所述电絮凝的阴极材料为铜，阳极材料为铁或铝。

进一步，所述电絮凝处理过程中电解时间为10～20min，直流电源控制输出电流密度为1～3mA/cm2，工作电压为2～5V。

进一步，其特征在于，所述内电解过程中进行连续曝气、间断曝气或不曝气，所述电絮凝过程中不曝气。

进一步，所述曝气所用气体为空气或氧气。

废水被收集之后，根据其具体的物理化学特性，经过预处理(过滤)后进入内电解装置进行处理，废水经过内电解处理一段时间后pH上升，水中污染物被沉淀或吸附，有机污染物被还原，且废水中的铁离子含量增加，处理后水体里的各项污染物达到后续处理的要求。废水进入电絮凝装置进行后续处理，废水通过电化学反应区时悬浮颗粒、磷酸盐和其他的污染物会被铁的氢氧化物吸附或共沉淀而去除。电絮凝处理之后废水变得澄清，进一步达到排放要求。

本发明的有益效果：

本发明将内电解法和电絮凝法两者结合起来对含磷废水进行净化处理，其中内电解法承担了处理含磷废水的主要任务，而电絮凝法主要承担内电解后续处理的角色，仅应用内电解法还不足以使含磷废水达到排放或回用的标准，废水通过曝气内电解处理之后颗粒物也呈悬浮状态不能完全沉降，因此内电解处理之后利用电絮凝法进行后续处理，使出水水质达到排放标准。采用本处理方法，工艺简单，无需添加化学药剂，自产絮凝剂，既满足了含磷废水的处理要求，又降低了运行成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

内电解-电絮凝法不仅可以应用于处理磷化废水、制药废水、生活污水等，而且也适用于处理其他废水，如印染废水、重金属废水等。废水被收集之后，根据其具体的物理化学特性，经过预处理(过滤)后进入内电解装置进行处理，废水经过内电解处理一段时间后pH上升，水中污染物被沉淀或吸附，有机污染物被还原，且废水中的铁离子含量增加，处理后水体里的各项污染物达到后续处理的要求。废水进入电絮凝装置进行后续处理，废水通过电化学反应区时悬浮颗粒、磷酸盐和其他的污染物会被铁的氢氧化物吸附或共沉淀而去除。电絮凝处理之后废水变得澄清，进一步达到排放要求。

废水经内电解处理后静置，得到主要以无定形相存在的沉淀物和上清液，沉淀物在煅烧后生成单结晶相的ɑ-Fe₂O₃，可以推断出废水在内电解处理过程中生成的沉淀物主要是无定型相的铁的氢氧化铁，而氢氧化铁凝胶能吸附大量的磷酸根和有机污染物，废水中的污染物主要通过吸附、网捕和共沉淀作用去除。

实施例1

在本研究里使用的磷化废水从中国苏州的某个汽车工业有限公司获得。原废水的初始pH值6.41和总磷的含量是88.279mg/L。在室温(25℃)下磷化倒槽水不调节pH值进入内电解装置不断曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铁屑和少量铜屑。磷化倒槽水通过内电解处理之后溶液的pH值变化到8.87。废水经过处理达到排放标准之后在装置里静置一段时间，取静沉后黄色的上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为1mA/cm²，工作电压为3V，经过10min的处理之后废水变澄清。

表1实施例1处理废水效果

实施例2

在本研究里使用的磷化废水从中国苏州的某个汽车工业有限公司获得。原废水的pH值是6.41、COD、镍和锰的含量分别是40mg/L、15.834mg/L和10.339mg/L。在室温(25℃)下磷化倒槽水不调节pH值进入内电解装置不断曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铁屑和少量铜屑。磷化倒槽水通过内电解处理之后pH值变化到8.75。废水经过处理达到后续处理要求之后在装置里静置一段时间，取静沉后黄色的上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节废水的pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为1mA/cm²，工作电压为3V，经过10min的电絮凝处理之后废水变得澄清。

表2实施例2处理废水效果

实施例3

在本研究里使用的磷化废水从中国苏州的某个汽车工业有限公司获得。废水的pH值是4.01、总磷的含量是77.148mg/L。在室温(25℃)下不调节pH值进入内电解装置不断曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铁屑和少量铜屑。磷化倒槽水通过内电解处理之后pH值变化到7.57。废水经过处理达到后续处理要求之后在装置里静置一段时间，取静沉后黄色的上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节废水的pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为3mA/cm²，工作电压为5V，经过20min的电絮凝处理之后废水变得澄清。

表3实施例3处理废水效果

实施例4

在本研究里的磷化浓液同样取自中国苏州的某个汽车工业有限公司。原废水的主要成分如下：废水的初始pH值是3.18、总磷、镍和锰的含量分别是4924.045mg/L、864.818mg/L和661.202mg/L。在室温(25℃)下磷化浓液不调节pH值进入内电解装置不断曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铸铁屑和少量铜屑。磷化浓液在酸性的条件下通过内电解法连续处理之后溶液的pH值变化到6.72。废水经过内电解处理达到后续处理要求之后在装置里静置一段时间，取静沉后淡黄色上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节溶液的pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为2mA/cm²，工作电压为4V，经过15min的电絮凝处理之后废水变得澄清。

表4实施例4处理废水效果

实施例5

在本研究里的含磷废水取自某个生活污水处理厂。废水的主要成分如下：废水的pH值是4.0、总磷的含量是50mg/L。在室温下进入内电解装置阶段曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铁屑和活性炭。含磷废水通过内电解法连续处理之后溶液的pH值变化到7.13。废水经过内电解处理达到后续处理要求之后在装置里静置一段时间，取静沉后淡黄色上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节溶液的pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为2mA/cm²，工作电压为3V，经过13min的电絮凝处理之后废水变得澄清。

表5实施例5处理废水效果

实施例6

在本研究里的含磷废水取自某个生活污水处理厂。废水的主要成分如下：废水的pH值是8.5、总磷的含量是50mg/L。在室温下进入内电解装置不断曝气条件下进行处理，内电解装置中的填料为铝屑和少量铜屑。废水通过内电解法连续处理之后溶液的pH值变化到9.7。废水经过内电解处理达到后续处理要求之后在装置里静置一段时间，取静沉后白色上清液进入下一步的电絮凝处理工艺，不调节溶液的pH值直接进行电絮凝，由直流电源控制输出电流密度为1.2mA/cm²，工作电压为4V，经过15min的电絮凝处理之后废水变得澄清。

表6实施例6处理废水效果

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，其特征在于，所述含磷废水先进行内电解处理，静置后将上清液的pH调节为6～10，进行电絮凝处理；

所述内电解的填充物质为至少一种惰性物质和活泼金属组成的混合填料；所述电絮凝的阴极材料为惰性金属，阳极材料为活泼金属。

2.根据权利要求1所述的内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，其特征在于，所述内电解的填充物质为铁-碳、铁-铜或铁-铜-碳组成的填料。

所述电絮凝的阴极材料为铜，阳极材料为铁或铝。

3.根据权利要求2所述的内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，其特征在于，所述电絮凝处理过程中电解时间为10～20min，直流电源控制输出电流密度为1～3mA/cm²，工作电压为2～5V。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，其特征在于，所述内电解过程中进行连续曝气、间断曝气或不曝气，所述电絮凝过程中不曝气。

5.根据权利要求4所述的内电解-电絮凝法处理含磷废水的方法，其特征在于，所述曝气所用气体为空气或氧气。