技术领域
[0001] 本
发明涉及废
水处理技术领域，尤其涉及一种
废水中去除重
金属离子的方法和装置。
背景技术
[0002] 随着环保形势的日益严峻，根据国家水污染物排放标准要求，为防止一类污染因子排放企业以稀释的方法满足国家排放标准，要求产污企业在车间排口和单位总排口同时实现一类污染因子达标排放。国家规定的一类污染因子以涉重金属为主，(如：铬、六价铬、镉、铅、汞、砷、镍等)这些污染因子在水溶液中基本都会在pH≈7的情况下转为氢
氧化物沉淀；或者其在水溶液中的氧化还原电位都排在H之后，通过电化学反应可以促进其转化为
阴极析出物并沉降。
[0003] 现阶段产废企业的污水排放车间一般都预先配置了中和、沉淀、压滤固液分离系统，通过简单的物化反应将需排放的废水中一类污染因子总量降低至1000ppm以内，但是相比排水标准要求的Ni≤0.1ppm，TCr≤0.5ppm，TCr6+≤0.1ppm仍相距甚远。主要原因在于通过以压滤为主的固液分离方式不能回避
滤布跑浑，且微量一类污染因子受制于水溶液中化学平衡反应的限制不能直接实现达标去除。
[0004] 在有废水处理站的产废企业，通常通过pH调节+亚
铁还原絮凝+重补剂的多种组合手段并以静置沉降的方式获得上清液，使其满足总排达标排放的要求。根据更新的一类污染因子车间排口达标要求，需要企业在车间内部增加残留一类污染因子去除工艺系统。将废水站的污水处置系统照搬至排污车间就显得在占地和工程难度方面不合适，并且以添加亚铁絮凝剂为主的处置方式会产出大量物化
污泥。
[0005] 因此，需要有一种占地面积省，处置普适性强，处置结果有保障的一类污染因子去除方法和配套装置。
发明内容
[0006] 针对现有含一类重金属污染排放废水的处理方案所存在的问题，需要一种高效且易于实现的含一类重金属污染物的废水处理方案。
[0007] 为此，本发明的目的在于提供一种管柱式电絮凝重金属沉降去除方法，以及一种管柱式电絮凝重金属沉降去除装置，由此实现对涉重金属废水的高效处理。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供一种管柱式电絮凝重金属沉降去除方法，包括：
[0009] 含一类重金属污染的待处置溶液，经pH微调后以恒流缓慢注入的方式进行电絮凝重金属沉降；
[0010] 经强
电场作用，使得废水内重金属离子向阴极移动的同时被溶液中被
阳极氧化产生的氢氧化亚铁正电胶体捕获，并呈胶团状进入后续的曝气沉降池；
[0011] 最后，以物化污泥
滤饼的形式从溶液中被去除。
[0012] 进一步的，所述待处置溶液进行电絮凝重金属沉降时的上升线速度控制在1.5～3cm/s。
[0013] 进一步的，所述方法进行pH微调时，调节待处置溶液的pH至6.5～8。
[0014] 进一步的，所述强电场中的极
电压≥3.5V，极
电流不低于50A；在电流无法满足时通过向待处置溶液中适当投入
芒硝增强待处置溶液导
电能力。
[0015] 为了达到上述目的，本发明提供的管柱式电絮凝重金属沉降去除装置，包括进液管、出液管、框篮式阳极、阴极筒体、第一密封组件、第二密封组件；第一密封组件和第二密封组件分别密封安置在阴极筒体两端，在其内形成密封反应腔体；所述框篮式阳极安置在阴极筒体内，其阳极连接段从第二密封组件中伸出；所述进液管穿设在第二密封组件中，并与密封反应腔体连通；所述出液管穿设在第一密封组件中，并与密封反应腔体连通。
[0016] 进一步的，所述第一密封组件包括封闭式上盖和上连接座，所述封闭式上盖与上连接座的一端密封连接，所述上连接座的另一端与阴极筒体的上端密封连接。
[0017] 进一步的，所述封闭式上盖与上连接座之间设置有快开式反扣装置。
[0018] 进一步的，所述阴极筒体为双头
法兰型的
钛管结构，所述钛管部分厚度不低于3mm。
[0019] 进一步的，所述框篮式阳极为
焊接式钛网贵金属涂层阳极，包括钛网状圆柱段以及阳极连接段。
[0020] 进一步的，所述第二密封组件包括阴极屏蔽环、下连接座以及通孔式下盖，所述下连接座的一端通过阴极屏蔽环与阴极筒体的下端密封连接，所述通孔式下盖与下连接座的另一端密封连接，所述通孔式下盖可容框篮式阳极的阳极连接段穿过。
[0021] 进一步的，多个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置之间可进行
串联和/或并联设置。
[0022] 本发明提供的方案，将经过初步去除重金属的废水通过pH预调整、电絮凝、曝气、沉降，在沉降设备清水出口即可获得各重金属排放指标满足规定的生产废水。
[0023] 本发明提供的管柱式电絮凝重金属沉降去除装置，整体组成结构紧凑，性能稳定可靠性，实用性强，可有效克服现有方案占地面积大，普适性差等问题。
[0024] 本发明提供的方案与投药化学絮凝沉降相比，所需控制的生产操作指标少，工艺成本低，处置效果稳定，并且以废铁
块为消耗
试剂的方式产出自由羟基和亚铁胶体活性强，
比表面积大
吸附能力好，因此后端产出处置污泥泥饼量也能大幅下降。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明实例中单个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的结构示意图；
[0027] 图2为本发明实例中单个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的轴向剖视图；
[0028] 图3为本发明实例中管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的阳极结构示意图；
[0029] 图4为本发明实例中管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的3联示意图；
[0030] 图5为本发明实例中处理含一类重金属污染因子废水的工艺流程
框图。图中附图标记说明：
[0031] 1-进液管，2-出液管，3-框篮式阳极，4-下连接座，
[0032] 5-阴极屏蔽环，6-阴极筒体，7-上连接座，8-封闭式上盖，
[0033] 9-下安装
耳，10-上安装耳，11-通孔式下盖，12-阳极卡环，
[0034] 13-框篮式阳极端，14-阳极连接端，15-总溶液出口，16-总溶液进口。
具体实施方式
[0035] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0036] 针对含一类重金属污染因子废水处理的问题，本实例通过将铁或者
铝在直流电作用下迅速
腐蚀转化为金属离子，再在适当pH条件下形成絮状沉淀物，在较强电场作用下类6+ 4+、 3+ 3+ 2+ 2+
似Cr 、Sn Fe 的高价重金属离子在阴极吸收
电子转化为低价离子(Cr 、Sn 、Fe )，再在絮凝物作用下沉降成为污泥，进一步降低溶液固悬(SS)。
[0037] 参见图1和图2，其所示为本实例基于上述原理给出的单个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的组成示例方案。
[0038] 通过本管柱式电絮凝重金属沉降去除装置来处理待排放废水时，只需要将经pH微调后的待处置溶液由恒流
泵缓慢注入到本管柱式电絮凝重金属沉降装置中，并基于强电场作用，使得待处置溶液中的重金属离子向阴极移动的同时被溶液中被阳极氧化产生的氢氧化亚铁正电胶体捕获，呈胶团状进入后续的曝气沉降池，最终以物化污泥滤饼的形式从溶液中被去除。
[0039] 由图可知，本管柱式电絮凝重金属沉降去除装置主要由进液管1、出液管2、框篮式阳极3、下连接座4、阴极屏蔽环5、阴极筒体6、上连接座7、封闭式上盖8以及通孔式下盖11相互配合构成。
[0040] 本装置中的封闭式上盖8与上连接座7配合构成第一密封组件，并与阴极筒体6的上端密封连接；而下连接座4，阴极屏蔽环5以及通孔式下盖11配合构成第二密封组件，并与阴极筒体6的下端密封连接，由此阴极筒体6内形成密封反应腔体；而框篮式阳极3整体安置在阴极筒体6内，而其上的阳极连接段从第二密封组件中的通孔式下盖11中伸出，外接电流，而阴极筒体6也外接电流，由此与阴极筒体6配合，构成电絮凝重金属沉降反应主体；进液管1则穿设在位于阴极筒体6下端的第二密封组件中，并与密封反应腔体连通；出液管2穿设在位于阴极筒体6上端的第一密封组件中，并与密封反应腔体连通。
[0041] 作为举例，本方案在具体实现时，阴极筒体6材质可以为不锈
钢或者钛材，这优选为钛材。由此构成的钛管式阴极为双头法兰型，钛管部分厚度不低于3mm。
[0042] 进一步的，如此结构的阴极筒体6，其上下法兰通过固定片以及固定片上的
垫片形成与安装架连接的安装耳型结构：下安装耳9和上安装耳10。
[0043] 而封闭式上盖8内装有O型圈，通过其下部开式螺牙与上连接座7形成紧密咬合密封；上连接座7下部设有O型圈安装槽，通过
镀锌
螺栓压合与阴极筒体6的上端形成密封连接；而出液管2则设置在上连接座7中。
[0044] 再者，阴极筒体6的下端通过镀锌螺栓与阴极屏蔽环5和下连接座4设有O型圈安装槽一侧形成密封连接；而通孔式下盖11内装有O型圈通过其上部开始螺牙与下连接座4形成紧密咬合。进液管1则穿设在下连接座4中。
[0045] 本实例中的通孔式下盖11中部设置有容框篮式阳极3阳极连接段穿过的中间孔，其直径相比框篮式阳极上的阳极连接段直径大约1～2mm，并设置阳极本体与通孔式下盖
密封圈固定槽。
[0046] 作为举例，本实例中的封闭式上盖8与通孔式下盖11之间优选具有相同的外观轮廓(即采用相同的外观设计)，这样可共用一套成型模具并通过替换内部补芯实现有孔和无孔，材质可为UPVC或者ABS，由此方便注模成型，降低制作成本。
[0047] 另外，封闭式上盖8与上连接座7之间，以及通孔式下盖11与下连接座4之间都优选设置快开式反扣装置，这样使得封闭式上盖8与上连接座7之间，以及通孔式下盖11与下连接座4之间的O型密封圈通过快开式反扣实现压紧密封和打开，可大大提高操作的便捷性。
[0048] 进一步的，本实例还在封闭式上盖8外侧标明开闭螺旋方向，同时在通孔式下盖11外侧标明开闭螺旋方向，以进一步提高操作的便捷性。
[0049] 在本实例方案中，上连接座7和下连接座4之间也优选采用相同的结构设计，共用一套成型模具，材质为UPVC或者ABS，由此方便注模成型，降低制作成本。
[0050] 这里需要说明，本实例方案中采用O型圈密封作为各个部件之间连接的
密封件，这样可有效降低异形密封设备定制成本；但具体方案并不限于此，根据需要也可以采用其它的密封组件。
[0051] 参见图3，其所示为本实例中框篮式阳极3的组成示例。
[0052] 基于图示方案可知，本框篮式阳极3优选为焊接式钛网贵金属涂层阳极，其在组成结构上主要包括三部分：正极连接段14、安装卡环12和框篮式钛网圆柱13。
[0053] 正极连接段14(即阳极连接段14)用于外接电流，其直径较通孔式下盖上的中间孔略小，正极连接段上侧车有外
螺纹，可通过大
螺母与通孔式下盖11和安装卡环12紧固，且安装卡环靠通孔式下盖侧装有O型密封圈，由此实现密封连接。同时，该正极连接段14优选由钛包
铜材质构成，以便于接电。
[0054] 框篮式钛网圆柱13整体为圆柱形钛网状结构，作为框篮式阳极3的反应主体，在框篮式阳极3安装在阴极筒体6中时，整体处于阴极筒体6内。
[0055] 如此结构的框篮式阳极3在实施时，其可选择钛涂二氧化铅，亦可选择钛涂氧化钌铱复合涂层。
[0056] 由此构成的管柱式电絮凝重金属沉降去除装置在具体应用时，通常采取多个单柱(即单个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置)串联的方式组成电絮凝装置组，电絮凝装置组内溶液管路串联，电流串联的连接模式，通过增加并联的数量满足废水处理量的需求。这样将待处置的废水从电絮凝装置组入口用泵注入装置内，待系统内水注满后，开启直流电源，稳定待处置溶液在管柱式阴极内的上升线速度不大于3cm/s。
[0057] 其中，常见串联方式，通常为2～4级串联，确保溶液污染因子去除效果；通过多个串联系统的并联保证溶液处理量。
[0058] 如图4所示，其所示为基于本实例给出的管柱式电絮凝重金属沉降去除装置所形成的3级联装电絮凝装置组的示例。其中，3管柱式电絮凝重金属沉降去除装置中第一管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的出液口与第二管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的进液口连通，而第二管柱式电絮凝重金属沉降去除装置出液口则与第三管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的进液口连通，而第一管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的进液口作为整个3级联装电絮凝装置组的总溶液进口16，第三管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的出液口作为整个3级联装电絮凝装置组的总溶液出口15。
[0059] 参见图5，其所示为本实例基于管柱式电絮凝重金属沉降去除装置处理含有一类重金属污染因子废水的处理流程。
[0060] 在处理废水前首先进行管柱式电絮凝重金属沉降去除装置的准备工作。
[0061] 通过螺栓将阴极筒体与上下连接座紧固，安装紧固好上下盖，在阴极接上直流电源的负极，在阳极接上直流电源的正极，并定期切换直流电源的正负极，保证阴阳极工作电压即为设备的正常工作状态。
[0062] 每次开启作业前(即处理涉重金属废液前)，预先打开相应装置(单个管柱式电絮凝重金属沉降去除装置或已经串联完毕的多级管柱式电絮凝装置)上盖向框篮式阳极内加入废铁或废铝，主要以废模具钢、废型钢为主，并重新密封上盖。
[0063] 在准备工作完成后，经过前置处理的待排放污水，经pH微调后经由恒流泵从下部进口缓慢注入，直至灌满管柱式电絮凝重金属沉降去除装置形成的阴阳极
密闭空间。
[0064] 在控制较低流速的流场条件下，并根据溶液TDS含量调节阴阳极电压，由此在阴阳极施加强电流形成阳极腐蚀和阴极沉积强电场作用下，阳极不断由于电化学腐蚀产出亚铁离子或者自由羟基；亚铁离子及自由羟基相互作用快速的转变为带负电荷的铁质胶体，一方面裹挟溶液中存在的一类污染因子使之沉降，一方面在强电场作用下各种正价重金属离子获得电子转变为低价态金属离子或者单质金属析出并再次被铁质胶体包覆。
[0065] 在流场作用下与溶液一同流出电场空间后，呈胶团状进入后续的曝气沉降池，经曝气进一步增加铁质胶体量后，再沉降；即获得去除一类重金属污染因子的上清液和
净化污泥，污泥压滤后进一步减量、无害化处置，滤液返回前端继续电絮凝沉降后达标排放。
[0066] 这里的待深度处置废液一类污染因子总量不大于1000ppm以内，同时pH微调是采用液
碱或
硫酸将待处置溶液的pH调节至6.5～8之间。
[0067] 本实例中将待处理溶液在电积柱内的上升线速度控制在1.5～3cm/s，以保证电化学反应的效果达到最佳。
[0068] 本实例中将预处理调节好pH的废液以恒定速率用
离心泵缓慢从多级串联的管柱式电絮凝装置的首个装置的下入口注入装置内或单个管柱式电絮凝装置的下入口注入，按装置需求接通直流电源正负极，调节电源的
输出电压，使流经阴阳极有限空间的废液在强电场作用下参与阳极框内废铁腐蚀放出亚铁离子的电化学反应。
[0069] 这里的强电场是通过将直流电源正负极直接连接在关键装置阳极和阴极连接处后，系统内通入待处置溶液，极电压≥3.5V，极电流不低于50A，在系统电流无法满足时通过向待处置溶液中适当投入芒硝增强待处置溶液导电能力；
[0070] 本实例中经多级串联管柱式电絮凝装置或单个管柱式电絮凝装置末端排出的电絮凝后液送入
曝气池，充分曝气氧化亚铁离子后再经过斜板沉降池，即可得到满足一类涉重金属污染因子达标排放的上清液，斜板沉降排出的沉降泥返回产废企业前端压滤系统压滤减量。
[0071] 这里的沉降工艺为以斜板沉降设备为主体设备的悬浮液澄清分离方法。
[0072] 由上可知，应用本实例提供的管柱式电絮凝重金属沉降去除方法和装置，经组合安装后，向框篮式阳极内投入废铁块，密闭上盖；将阴极和阳极串联接直流电，在稳定极电压后，关键设备内部形成稳定强电场，阳极框内的铁不断参与腐蚀反应产出大量亚铁离子和自由羟基，释放出自由羟基和亚铁离子，进而形成氢氧化亚铁胶体，该胶体带正电，会吸附并胶接重金属阳离子，进而包覆并促进溶液中各种一类重金属污染因子获取电子而参与沉降或者降解。依据电流强度，每2～3天向框篮式阳极内补添废铁块，保证亚铁离子的充分供给。经关键装置强电场处理后的废水，在从总出口排出后仍含有大量亚铁离子，经充分曝气后亚铁离子进一步将废水站残余的一类重金属污染因子包覆并絮凝沉降，在后续的沉降池中形成物化泥浆和上清液，上清液简单过滤即满足废水车间排口标准，底部物化泥浆送
压滤机压滤后得到物化滤饼。
[0073] 本处置方案以废铁块为主要添加“试剂”，消耗电能，在曝气和沉降结合的情况下有效降低待处置废水中残余一类污染因子含量，相比投药化学絮凝沉降需控制生产操作指标少，工艺成本低，处置效果稳定。并且以废铁块为消耗试剂的方式产出自由羟基和亚铁胶体活性强，比表面积大吸附能力好，因此后端产出处置污泥泥饼量也能大幅下降。
[0074] 本实例提供的管柱式电絮凝重金属沉降去除方案，仅需定期向框篮式阳极内投入廉价废铁块即可满足废水车间排口达标处理要求，工艺成本低，处置效果稳定。
[0075] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
