一种处理矿山含重金属酸性废水的双脉冲低压电絮凝方法

本发明属于水污染处理，具体涉及一种处理矿山含重金属酸性废水的双脉冲低压电絮凝方法。

背景技术：

1、近年来，铬在电镀、化工、皮革等行业得到了广泛的应用，这使得大量的铬被排放到水体当中，导致近几年铬污染事件时有发生。这些铬污染事件的发生对人类的生存健康造成了严重的威胁。水体中cr(vi)来源主要分为天然存在和人为产生，天然存在的cr(vi)进入水体中主要依靠岩类的溶解作用。而人为产生的cr(vi)主要来源于工业和农业生产活动中生成的副产物，例如，在农业生产活动中，化肥或农药中大多含有铬，通过对植物施加化肥和农药，会使铬直接进入土壤当中，进而通过降雨使其溶出浸入地表水或者地下水中。在工业生产活动中，精炼铬铁矿、电镀、皮革、铬铁合金、涂料和纺织等工艺流程中会生成大量的含cr(vi)废水。尤其在电镀行业中会产生大量的含cr(vi)废水，大规模的含cr(vi)废水如果排放或处理方式不当，很容易对淡水资源和人类健康造成威胁。

2、电絮凝是一种目前应用较为广泛的电化学技术，电絮凝法主要依靠电化学反应的原理，将高化合价且毒性比较强的重金属离子电解还原为低化合价形态，在化学凝聚剂的协同作用下发生沉淀，进而从水体中去除。反应主要包括以下几点:阳极发生电解反应逐渐溶解于溶液中产生絮凝剂；在絮凝剂的作用下，水体中的污染物逐渐失稳；失稳后的污染物与生成的絮凝剂不断碰撞形成大颗粒，随后沉淀去除。铁和铝是电絮凝在水处理过程中用的比较多的阳极材料。以铁作阳极为例，在电流密度较低时，铁阳极逐渐被氧化并向水中开始溶解亚铁离子，然后与溶液中的cr(vi)发生反应。cr(vi)得到阴极的电子，然后被还原为cr(iii)，阳极电解产生的铝离子可形成氢氧化铝沉淀，被作为絮凝剂与cr(oh)3共同沉淀。

3、电絮凝法处理cr(vi)工艺发展比较完善，处理效果好，但是也存在需要改进的缺点。例如，电流强度需要时刻进行调整；电极表面易钝化，阳极需要不定时的更换，絮凝后形成的有效产物不稳定，容易自行溶解等。

技术实现思路

1、针对电絮凝处理含cr(vi)废水的极板钝化，能耗以及污泥量等问题，本发明提出了一种处理矿山含重金属酸性废水的双脉冲低压电絮凝方法，该方法可以降低极板的钝化速度，降低能耗，减少产生的污泥量，快速高效的处理含cr(vi)废水。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种处理矿山含重金属酸性废水的双脉冲低压电絮凝方法，包括如下步骤：

4、s1、根据矿山废水的调查资料及相关法律法规，明确原水水量和水质情况，出水水质要求并通过试验和运行经验确定电絮凝池的设计参数；

5、s2、絮凝池选择竖式折板絮凝池，竖式折板絮凝池中设有若干铁制柱状阳极和铁制折板状阴极，矿山含重金属酸性废水在铁制折板状阴极的导向下进行反复折流，絮凝过程中速度梯度或絮凝流速由进水口朝向储水口逐渐变小，以保证絮凝过程的充分与完善；

6、s3、电絮凝池阴阳极板所通电流选择双脉冲低压电流，利用脉冲电源“通电-断电-通电”的间歇模式进行对废水的处理；

7、s4、通过双脉冲波形调控结合曝气及驱气改变絮体的磁分离性能，控制水处理污泥减量。

8、进一步地，步骤s2中，竖式折板沉淀池各段数据：

9、相对折板的第一段，g＝80s-1，t≥240s；

10、平行折板的第二段，g＝50s-1，t≥240s；

11、平行折板的第三段，g＝25s-1，t≥240s。

12、进一步地，折板的夹角90～120°，折板宽度为0.4～0.6m，折板的长度为0.8～1.5m。

13、进一步地，步骤s2中，所述絮凝池要有足够的絮凝时间，絮凝池应尽量与沉淀池合并建造，避免用管渠连接，如确需用管渠连接应控制流速避免流速突然升高导致水头跌落；为避免已形成絮体的破碎，应控制絮凝池出水穿孔墙的过孔流速；为避免絮体在絮凝池中沉淀，必要时采用相应的排泥措施。

14、进一步地，步骤s3中，通电后铁阳极逐渐被氧化并向水中开始溶解亚铁离子，然后与溶液中的cr(vi)发生反应；cr(vi)得到阴极的电子，然后被还原为cr(iii)，阳极电解产生的铝离子可形成氢氧化铝沉淀，被作为絮凝剂与cr(oh)3共同沉淀；大颗粒絮体通过沉淀去除，小颗粒絮体通过气浮作用去除，在出水口后加入沉淀池进行絮体沉淀去除。

15、进一步地，通电时，电流密度为20am-2，峰值电压选择5v，电流频率选择5000hz，最佳空占比为30％。

16、进一步地，当双脉冲电絮凝的正脉冲和负脉冲个数的比例越大时，对应的cr(ⅵ)去除率越高；当正脉冲和负脉冲的比例为10时，去除率最高为99.2％，而且对应的能耗也是最低的。

17、进一步地，影响去除率的因素有：

18、a.当矿山含重金属酸性废水的ph大于6时，随着初始ph的上升，去除率变化较小；

19、b.矿山含重金属酸性废水的低电导率会导致去除率的下降和能耗的升高，但过高的电导率会限制电压，导致去除率降低；

20、c.极板间距的增加，会使去除率变高，但过大的极板间距会使极板钝化；

21、d.当cr(vi)的初始浓度过高时，阳极溶解的铁离子形成的絮体不足以除去高浓度的cr(vi)，会降低去除率。

22、进一步地，步骤s4中，通过双脉冲的可反转逆向波形调控结合曝气/驱气以及易得含氯离子电解质改变絮体的磁分离性能，控制水处理污泥减量；通过双脉冲波形调控结合曝气促进电子传递生成γ-feooh，当驱气时，由于溶解氧的降低，双脉冲调控下铁与含氯离子电解质电解出的cl-转化为绿锈，从而改变絮体的磁性。

23、进一步地，所述含氯离子电解质为nacl、kcl、hcl、高氯酸中的至少一种。

24、本发明的有益效果是：

25、1、本发明中使用双脉冲电流取代直流电，与直流电絮凝相比，双脉冲电絮凝可以大幅度的节省处理的能耗，减少污泥的生成量。一个周期内电流的断电期间有利于阳极溶解的阳离子向溶液中扩散，这有利于抑制浓差极化现象的发生，达到节省能耗、减轻极板钝化的目的。双脉冲电絮凝与传统直流电絮凝相比，处理过程更加稳定。

26、2、本发明针对不同的正负脉冲个数对电絮凝效果以及电能消耗的影响进行了探究。得到了去除率最高的正脉冲与负脉冲之比。

27、3、本发明通过探究电絮凝过程中絮体磁性的变化证实脉冲双电絮凝在处理cr(vi)废水领域有着很好的稳定性。

28、4、本发明通过探究不同水质条件和操作参数对电絮凝和双脉冲电絮凝去除废水中cr(vi)的影响，并对不同的电絮凝工艺效能进行对比，得到了最优的操作条件。

29、5、本发明降低了通过使用柱状阳极降低阳极板的消耗和更换频率，污水与电极接触面积大，改善了物质间的传质效果。

30、6、本发明使用折板状阴极板，不仅发生电解反应还起到水流的导流作用。可以消除极板钝化的现象，提升了絮凝效果。

31、7、本发明通过双脉冲波形调控结合曝气/驱气以及易得氯离子电解质改变絮体的磁分离性能，控制水处理污泥减量。

32、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。