CN108191003A - 一种含硫酸根废水的电解处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含硫酸根工业废水的电解处理方法，其处理步骤为：以铝片为阳极，导电材料为阴极，对含硫酸根废水进行电解处理，并将电解过程中产生稳定状态的钙矾石晶体沉淀从废水中分离出来，即实现对废水硫酸根的处理。依据本发明所述方法，对废水水量和水质的变化波动适应性强，通过电解阳极铝片，不仅可以有效将废水中的SO4 2‑和Ca2+转化成稳定状态的钙矾石块状晶体，并从废水中充分沉淀、分离，实现充分去除硫酸根的效果；还能在钙矾石晶体析出的同时吸附、夹带废液中的其他重金属离子杂质一同从废液中沉淀出来，使处理后废水的纯净度得到极大提高，处理步骤简单易控，灵活适应性强，环保高效，工业实用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业废水处理领域，特别涉及一种含硫酸根工业废水的电解处理方法。
背景技术
高浓度的硫酸根废水广泛存在于矿山开采、金属冶炼等工业生产中，未经处理的含高浓度硫酸根离子的工业废水直接排放会给环境和人类带来一系列的危害：大量高浓度的SO4 2-废水的排放将使水体产生矿化作用，并且水体中SO4 2-的存在是造成水体永久性硬度指标高和矿化度高的主要原因。水中溶解的硫酸盐会侵蚀混泥土，其主要原因是含SO4 2-的溶液与水泥水化产物发生化学反应而导致的混泥土破坏。水体处于缺氧状态时，过量的SO4 2-产生反硫化作用生成硫化氢气体对管道产生腐蚀作用，并使水体产生恶臭。水中的SO4 2-是硫酸盐还原菌得以快速生长的主要营养源，也容易导致其他金属离子特别是重金属离子溶于水中。硫酸盐污染一旦大面积形成，治理将会非常困难，因此研究含硫酸根废水的处理方法迫在眉睫。
目前，国内外去除SO4 2-的方法有很多种，主要有化学沉淀法、冷冻法、生物法、离子交换法等。其中化学沉淀法虽然操作简单，去除效果较好，但是会引入其他离子，化学药剂成本也相对较高；冷冻法去除SO4 2-生产副产物芒硝，可用于包装销售，但能耗较大，经济性不好；生物法只适用于含有机物较多的SO4 2-废水，成本低且无二次污染，但是不适用于无机废水，且处理周期长，处理效果不佳；离子交换法目前主要是应用在氯碱生产过程中盐水低浓度硫酸根离子的去除，在含高浓度硫酸根的工业废水处理领域的应用还有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，针对含硫酸根工业废水，提供一种高效、环保、并能使废水中的SO4 2-充分沉淀的新型电解处理方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种含硫酸根废水的电解处理方法，其处理步骤为：
以铝片为阳极，导电材料为阴极，对含硫酸根废水进行电解处理，并将电解过程中产生稳定状态的钙矾石晶体沉淀从废水中分离出来，即实现对废水硫酸根的处理。
依据上述技术方案，以铝片为阳极，导电材料为阴极，在对含硫酸根废水进行电解处理过程中，阳极铝片在电流作用下，被溶蚀产生Al3+，Al3+与废水中的SO4 2-结合生成Al2(SO4)3，所述Al2(SO4)3中间产物不稳定，迅速与水结合生成Al2(SO4)3·18H2O结晶物；该Al2(SO4)3·18H2O结晶物再进一步与废水中的Ca2+结合生成稳定状态的钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)矿物晶体沉淀，具体反应式为：
电解反应：阳极反应：2Al-6e-→2Al3+
阴极反应：6H2O+6e-→6OH-+3H2↑
2Al3++3SO4 2-→Al2(SO4)3
Al2(SO4)3+18H2O→Al2(SO4)3·18H2O
Al2(SO4)3·18H2O+6Ca2++12OH-+8H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
其中，电解反应产生的钙矾石(高硫型水化硫铝酸钙3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)属不一致溶四元化合物，是一种黄色或无色的矿物晶体固态沉淀，晶体密度大。硫酸根废水在电解生成钙矾石的过程中逐渐凝聚成块状的稳定状态，且不会转变成低硫型盐，或者是与水化铝酸钙的固溶体，从而将废水中的SO4 2-和Ca2+充分转为稳定状态的钙矾石晶体块状沉淀形式，更容易从废水中分离出来。相比现有硫酸根废水处理工艺中存在沉淀不充分，后期分离处理难度大，处理效果不理想问题而言，本发明所述方法，不仅能使工业废水中的SO4 2-和Ca2+从废水中充分沉淀出来，实现充分处理废水中硫酸根的效果；还能在钙矾石晶体析出的同时吸附、夹带废液中的其他重金属离子杂质一同从废液中沉淀出来，使处理后废水的纯净度得到极大提高，处理工艺高效环保。
进一步，所述含硫酸根废水中钙离子的含量至少是硫酸根离子含量的2倍。
进一步，当检测所述含硫酸根废水中钙离子的含量低于硫酸根离子含量的2倍时，在电解处理过程中，加入适量氢氧化钙，使所述废水沉淀充分。
依据本发明所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，可以具体依据待处理废水水质中硫酸根和钙元素的含量状况不同，灵活调整电解过程中钙元素添加步骤及添加用量，使待处理废水中钙含量达到硫酸根含量的2倍，从而确保通过上述反应，将工业废水中的硫酸根和钙离子通过电解反应生成钙矾石晶体充分沉淀而去除硫酸根，灵活适用性高。
优选地，所述电解处理过程的电解反应时间为3-30min。
电解反应时间控制具体关系到电解反应程度控制，实际工艺应用中，通常会具体依据待处理废水中硫酸根含量，灵活调节电解反应时间。并且经发明人多次实验发现，当将电解反应时间进一步优化限定在上述范围时，可以确保电解反应充分，从而实现对所述含硫酸根废水的处理。
优选地，所述阳极选用铝铁混合极板。
基于上述优选方案，选用铝铁混合极板作为电解阳极使用时，所述铝铁混合极板在通电作用下被溶蚀，产生Al3+、Fe3+等离子，其中Al3+在废液中发生上述化学反应生成钙矾石晶体，同时，阳极板产生的Fe3+还能在废液中生成Fe(OH)3絮凝胶体，对废液中的杂质起到进一步的絮凝作用，并结合钙矾石晶体沉淀，从废液中一同沉淀分离出来，对废液净化效果更佳。
进一步优选地，所述阳极电极和所述阴极电极均为铝板或铝铁混合极板，并连接有控制系统，所述控制系统自动控制电源的正负极反转切换。
依据上述优选方案，将阳极电极和阴极电极均选用易导电的铝板或铝铁混合极板，并连接控制系统，所述控制系统能根据控制电解系统阳极和阴极之间的电阻增加率，结合智能切换电极技术，自动控制电源的正负极反转切换，有效的防止阳极钝化，提高电解效果，避免了因使用同一固定反向周期的电源而导致的电解效果不佳的问题，进一步提高电极的使用寿命和使用效果。
进一步，所述电解处理过程中产生的钙矾石晶体沉淀，一部分在重力的作用下聚集到电解反应室的底部，通过定时排污排出电解反应室；另一部分没来得及沉降的钙矾石与废水一起自流进入竖流沉淀池，进一步进行沉降分离。
优选地，所述电解过程中产生的钙矾石晶体沉淀还可以通过过滤的方式进行分离。
优选地，对电解处理后所得废液的PH值进行调节后再排放。进一步将电解处理后所得废液的PH值优选调节为7-9后直接排放。通过PH值调节，将所述经沉淀后的废水PH值调节呈中性后再排放或回收利用进一步符合工业环保要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、相比现有去除硫酸根废水处理工艺而言，本发明所述的一种含硫酸根废水电解处理方法，不仅能使工业废水中的SO4 2-和Ca2+转化成稳定状态的钙矾石块状晶体，从废水中充分沉淀，分离处理方便，实现充分处理废水中硫酸根的效果；还能在钙矾石晶体析出的同时吸附、夹带废液中的其他重金属离子杂质一同从废液中沉淀出来，使处理后废水的纯净度得到极大提高，处理方法高效环保。
2、本发明所述的一种含硫酸根废水电解处理方法，对废水水量和水质的变化波动适应性强，并能使处理效果可靠，工业实用价值高。
3、针对钙离子的含量达到硫酸根离子含量的2倍以上的工业废水，本发明所述处理方法，可实现在不需要添加任何化学药剂下，对废水起到充分去除硫酸根的效果，经济环保。
4、本发明所述的一种含硫酸根废水电解处理方法，操作简便，易于管理和操作。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
以某金属冶炼工厂排出的0.5m3废水为处理对象，检测该废水中Ca2+的摩尔量为硫酸根的3倍。则以单片面积为100cm2的铝片为极板，五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm条件下，通以48V/29A电流，电解反应10min，电解产生的钙矾石晶体在重力的作用下聚集到电解反应室的底部，通过定时排污排出电解反应室；另一部分没来得及沉降的钙矾石与废水一起在后续的过程中进行过滤处理。电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如表1所示：
表1
其中，硫酸根的去除率达97.3％，钙的去除率达87.5％，其他重金属均能不同程度的得到处理，处理后的废液出水达到回用标准。
实施例2
以某矿工厂排出的0.8m3废水为处理对象，检测该废水中Ca2+的摩尔量为硫酸根的1.5倍。则以单片面积为100cm2的铝片为极板，五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm条件下，通以50V/32A的电流，在电解反应开始5min后，再向废水中加入原有废水中硫酸根摩尔量0.5-0.6倍用量的氢氧化钙粉末，继续电解反应10min，然后静置半小时，待钙矾石晶体沉淀充分后，通过过滤分离钙矾石沉淀。电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如表2所示：
表2
其中，硫酸根的去除率达98.6％，钙的去除率达88.8％，其他重金属均能不同程度的得到处理，处理后的废液出水达到回用标准。
实施例3
以某染料厂排出的0.5m3废水为处理对象，检测该废水中Ca2+的摩尔量为硫酸根的1倍。则分别以单片面积为100cm2的铝片为阳极板和阴极板，并将上述五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm；同时将每对阴阳电极板与外部控制系统连接，所述控制系统能根据控制电解系统阳极和阴极之间的电阻增加率，结合智能切换电极技术，自动控制电源的正负极反转切换。之后，通以50V/30A电流，在电解反应开始3min后，再向废水中加入原有废水中硫酸根含量1-1.2倍用量的氢氧化钙粉末，继续电解反应20min，静置半小时，待钙矾石晶体沉淀充分后，通过过滤分离钙矾石沉淀。电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如表3所示：
表3
其中，硫酸根的去除率达96.5％，钙的去除率达78％，其他重金属均能不同程度的得到处理，处理后的废液出水达到回用标准。并且，经长达1个月的时间观测，所用电极在使用过程中并未出现钝化现象，电极板的使用效果更理想。
实施例4
以某电厂排出的0.6m3废水为处理对象，检测该废水中Ca2+的摩尔量为硫酸根的2倍。分别以单片面积为100cm2的铝铁合金片为阴极板和阳极板，并将上述五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm；同时将每对阴阳电极板与外部控制系统连接，所述控制系统能根据控制电解系统阳极和阴极之间的电阻增加率，结合智能切换电极技术，自动控制电源的正负极反转切换。之后，通以60V/35A电流，电解反应5-8min，静置半小时，待钙矾石晶体沉淀充分后，通过过滤分离钙矾石沉淀。电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如表4所示：
表4
其中，硫酸根的去除率达97％，钙的去除率达88.2％，其他重金属均能不同程度的得到处理，处理后的废液出水达到回用标准。并且，经长达1个月的时间观测，所用电极在使用过程中并未出现钝化现象，使用效果更理想。并且，经长达1个月的时间观测，所用电极在使用过程中并未出现钝化现象，电极板的使用效果更理想。
实施例5
以某矿工厂排出的0.8m3废水为处理对象，检测该废水中Ca2+的摩尔量为硫酸根的1.5倍。分别以单片面积为100cm2的铝片为阳极板，单片面积为100cm2的铝铁合金片为阴极板；并将上述五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，控制每组阴阳极板距离为10mm。并将每对阴阳电极板与外部控制系统连接，所述控制系统能根据控制电解系统阳极和阴极之间的电阻增加率，结合智能切换电极技术，自动控制电源的正负极反转切换。之后，通以48V/32A的电流，在电解反应开始5min后，再向废水中加入原有废水中硫酸根摩尔量0.5-0.6倍用量的氢氧化钙粉末，继续电解反应10min，然后静置半小时，待钙矾石晶体沉淀充分后，通过过滤分离钙矾石沉淀。电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如表5所示：
表5
其中，硫酸根的去除率达98.6％，钙的去除率达88.8％，其他重金属均能不同程度的得到处理，处理后的废液出水达到回用标准。并且，经长达1个月的时间观测，所用电极在使用过程中并未出现钝化现象，电极板的使用效果更理想。
对比例1
采用同实施例4所述的处理步骤和参数，其区别仅在于，将电解处理过程的电解电流改为17A，降低电解反应的电流密度，电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如下表所示：
对比例2
采用同实施例4所述的处理步骤和参数，其区别仅在于，将电解处理过程的电解电流改为10A，进一步降低电解反应的电流密度，电解处理前废水水质和处理后的废水水质检测情况，如下表所示：
从对比例1和2可知，当电解处理电流密度降低时，电解处理对废水中硫酸根的去除效率显著降低，电解反应的电流密度越低，硫酸根去除效果越差。
Claims (9)
1.一种含硫酸根工业废水的电解处理方法，其特征在于其处理步骤为：
以铝片为阳极，导电材料为阴极，对含硫酸根废水进行电解处理，并将电解过程中产生稳定状态的钙矾石晶体沉淀从废水中分离出来，即实现对废水硫酸根的处理。
2.根据权利要求1所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，所述含硫酸根废水中钙离子的含量至少是硫酸根离子含量的2倍。
3.根据权利要求1所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，当检测所述含硫酸根废水中钙离子的含量低于硫酸根离子含量的2倍时，在电解处理过程中，加入适量氢氧化钙，使所述废水沉淀充分。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种含硫酸根工业废水的电解处理方法，其特征在于，所述电解处理过程电解反应时间为3-30min。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种含硫酸根工业废水的电解处理方法，其特征在于，所述阳极电板为铝极板或铝铁混合极板。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，所述阳极电极和所述阴极电极均为铝板或铝铁混合板，并连接有控制系统，所述控制系统自动控制电源的正负极反转切换。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，所述电解处理过程中产生稳定状态的钙矾石晶体沉淀，一部分在重力的作用下聚集到电解反应室的底部，通过定时排污排出电解反应室；另一部分没来得及沉降的钙矾石与废水一起自流进入竖流沉淀池，进一步进行沉降分离。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，所述电解过程中产生的钙矾石晶体沉淀，以过滤方式分离。
9.根据权利要求1所述的一种含硫酸根废水的电解处理方法，其特征在于，对电解处理后所得废液的PH值进行调节后再排放。
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