美国EC2-20A+CoAg2-20A高效电凝化学系统
. 电凝概论
 
1-1.电凝(电化絮凝)工艺发展
★ 电凝(Electrocoagulation),是利用水中通过的电流及其电化学特殊设计来祛除污染物的工艺。经应用证明:WATER MAZE EC2-20A电凝工艺在电化絮凝、沉淀分离及资源净化利用领域,是非常有效、非常经济的处理系统。
★ 电凝系统最早于1906年(Dietrich专利)就已存在,截止目前已经历了100多年的发展。WATER MAZE EC2-20A工艺,经采用各种特殊设计的电极包括各种板状、球状以及流化床园球、线网、圆棒和管子等的几何变形设计形成了独特的实用新型电凝系统。该系统对电凝过程进行了全面的技术提炼,使系统在提高污染物祛除效率、降低投资及运行费用方面得以革命性的提高和改进。
★ 电凝工艺的发展,归根到底得益于科学技术的发展及电化学规律的实用化研究和应用开发。它使污染物在强电场下受电流作用发生氧化和还原反应,并有效祛除绝大部分污染物。在电凝过程中,不仅能除掉大部分重金属正离子(祛除率>95%或>99%某些重金属),而且能杀灭水中微生物。该系统能沉淀出带电(荷)胶体物资,并祛除大量其它离子和一些乳化液。当系统处于运行时,其运行费用(含电耗、替换电极、泵保养和人力费)<$1.00/1,000加仑, 约等于<1.8元/M3(汇率按$1.00=¥6.85)。
★ 该系统还广泛应用于农业、林业及生活用水质量改善方面,包括除掉一些病原体、从饮水中除掉重金属以及食品生产过程中的废水净化、消毒等注:请参照美国农业部 (USDA)"农业研究服务杂志95.12.18
★ 购买系统时需要考虑的主要因素:
1)表面面积- EC系统设计为0.59m²/分.升(3480 Square Inch/M.G);
2)功率消耗- 每次间隔电压越低, 处理每加仑水所消耗的能量就越少,系统设计为3W/每次.加仑;
3)电流强度- 电凝系统要求用安培来处理进水, 所用安培量取决于进水的电传导特性。若进水不具有电传导特性, 那么就不会消耗安培量. 系统设计为0.375A/平方英寸或130A/分.加仑;
4)气泡处置- 电凝反应产生氢气和气泡且垂直漂浮。在水面或角落聚集的气泡会导致反应室内压,并成为阻止电流的隔绝因素。系统设计使气泡漂浮方向与水流方向一致, 以减少这种阻力;
5)停留时间- 电凝通过正负极给金属板之间的进水流传输电子, 以便金属板上产生表面电荷。当极性被颠倒时因磁力吸附的颗粒被排斥到水流中。在极性颠倒时其功率也<0.033/秒,因此在反应室内可保持足够的流量和停留时间(非常重要)。
 
1-2.电凝特性
★ 首先,它是应用于水处理的诸多重要物化处理步骤之一。其特性在于:通过破坏原污染物的稳定性并重新聚集等作用,使较小颗粒变成较大颗粒。水中污染物如重金属离子、无机和有机胶体,它们常以电荷形式稳定地保留在溶液中,对此舒尔茨(Schulze) 于1882年曾展示过这些胶体物质。当加入具有相反电荷到这些胶体物质时,即起到去稳定作用。因受去稳定作用而处于不稳定状态的胶体能被重新聚合成更大颗粒的物质,直至沉淀分离或过滤而被除掉。
★ 絮凝功能,可用化学方法或电化方法来实现。其中,对化学絮凝功能的认可度,如今已变得越来越低,其应用也趋向越来越少。这是因为:化学絮凝需要比较繁多的处理工序和较高处理费用,又产生大量污泥和有害金属氢氧化物类废杂。
★ 化学絮凝,曾应用于悬浮物的去稳定处理使其形成某些可溶性固体,还应用于使废水中的一些无机物发生有效沉淀乃至被分离或过滤等,其商业应用已有十年之久。如铝石灰乳液PAC等一些絮凝剂,曾广泛应用于化学絮凝处理过程。由于化学絮凝趋向于产生大量高含水率淤泥、过滤过程非常缓慢,其脱水过程又非常困难,所以化学絮凝很容易增加废水中的总溶解固体TDS以致在工业领域的应用变得越来越难以接受。
★ 电化絮凝,可随时中和离子和带电颗粒,因此可促进污染物沉淀并低于化学沉淀浓度。同时能节约大量化学试剂费用。尽管电凝技术在祛除阳离子、中和表面电荷方面具备类似于化学絮凝的良好功能,但由于电化絮凝的凝聚特性,又戏剧性地区别于化学絮凝特性。电凝的凝聚倾向使其较少含有界面水、并具备较大剪切阻力和良好的过滤性。
★ 电化絮凝,可减少污染物中98%水分,节省舱底所含重金属和油乳液处理费用90%,其处理水也不同于化学絮凝处理水的特性。
★ 电化絮凝,通过反应室发展和EC专利产生了几种独立的、性质不同的电化学结果:
A 形成晶种:从阳极还原金属离子,形成新的中心基础上增长、稳定及最终形成不溶性络合物。这些沉淀物,作为金属氧化物的络合物,即形成晶种。
B 破乳: 电化絮凝产生的氧和氢离子,将粘合到以水作为母体的油分子上创造出一个不溶于水的络合物,并将水分子从油中、从钻探的泥浆中、从染料和墨水中分离出来,即完成破乳。
C 形成卤素络合物:作为金属离子,它们自己结合到氯上,形成一个氯化的碳氢化合物分子。其结果形成一个较大的不溶性络合物,并从一些农药和除草剂及氯化物PCB(氯化多氯联苯)中分离出水分子。
D 漂白:电化絮凝反应后将产生氧离子,可氧化染料、氯化物、氧化细菌、一些氯化病毒及一些生物物料。
E 电子泛色(涂料):电化絮凝可清除水中电子泛色(这是水络合物极性化的效应),可让胶体物沉淀、增加电子和创造一个渗透压,还可破坏细菌、病毒及胞囊。
F 在我们的电凝反应室中,有效进行氧化与还原反应,加速产生自然的湿化学性质。
G 电化絮凝可减少酸碱度 PH 值的不稳定性而趋于中性。电化絮凝系统,具备能够控制反应室物料(铁、铝、钛、石墨)、安培强度、伏特、流速和PH 值变化等工艺条件,使操作条件最佳化。对处理混合型废液如油、重金属和细菌混合液非常有效。而各种变量如温度、压强等因素在该工艺过程中的影响均很小。
 
1-3.电凝应用范围
★ 电凝系统已成功应用于 :
·处理食品厂蛋白、脂肪和纤维废液;                           ·净化密闭管路系统内的循环水;
·祛除废水中的金属和油脂;                                   ·净化防冻剂。祛除油分、粉尘和金属;
·净化盐水/冷却水,祛除细菌、脂肪等;                          ·处理反渗透膜浓缩液;
·净化锅炉补充水,祛除CO2、硬度、TSS 等;                     ·清洁锅炉可溶性固体,满足防锈抑垢需要;
·祛除BOD、TSS、TDS等,使水达到饮用水标准;                ·在达标排放或水源回用前祛除氯和细菌;
·祛除淤泥、稳定金属,减少淤泥使其用于土壤改良;
 
二. 电凝原理
 
电凝工艺:
电凝,是指利用电流(接入到一个中性介质中)而产生的电动势,驱动化学反应并对稳定性胶体污染物产生去稳定作用,以发生凝聚、沉淀及分离(祛除)污染物的一系列工艺过程。当反应被电驱动时,各种带电元素或化合物将最终达到新的稳定状态。通常在稳定状态下产生一个固相,而此时的固相,既不是胶体、也不是乳化液。电化合物有一个平衡的数量,当平衡情况发生时,污染物就形成一个疏水性絮凝物而发生沉淀。这种沉淀易采用一级或二级分离技术而加以分离。
  电凝过程中,电流通过平行金属电极板进入水中。金属电极板根据去除物质的不同要求而选用不同的材料,以达到最佳处理效果(如常用铁、铝、钛、石墨等)。每种材料在某领域中的应用范围都很广泛,却在这个领域中又具有独特性。反应箱设计和电极板选择,要以电凝实验测试和丰富经验为基础。
 
. 电凝功能与应用
 
3-1. 电凝功能
电凝功能:
·用TCLP(毒害分类浸提程序)祛除重金属和氧化物;     ·祛除悬浮物和胶态固体;
·破坏水中乳化液;                                    ·祛除脂肪、油脂类;
·破坏并祛除细菌、病毒和肿瘤;                        ·净化地下水;
·机加工漂洗和洗涤水处理;                            ·净化饮用水源水;
·污水处理;                                          ·处理冷却塔废水;
·祛除放射性同位素;                                  ·进水质量控制;
·反渗透、超滤、超毫微过滤及光催化预处理;            ·水资源零排放或回收金属;                                         
3-2.电凝优点:
 
* 净化效率高、回用量大,是其他类设备的20倍; * 减少费用80-90% ,可节约其它设备18-24个月费用;
* 祛除率>90%且符合环境B级水(TCLP检验);   * 水流稳定可预测,人力费极少(日查1-2次);
* 每运行40小时需清洁刀片且仅需1小时;      * 适合大容量、多污染及多变负荷的水处理;
* 淤泥生成量最少;
 
3-3. 电凝祛除效率:
 
项目
原始浓度
经电化絮凝处理后
清除率
Aldrin (pesticide)氯甲桥萘
0.063 mg/1毫克/升
0.001 mg/1毫克/升
98.4%
Aluminum
224.00 mg/1毫克/
0.69 mg/1毫克/
99.69%
Americium-241镅-241
71.99 pCi/L氡浓度
0.57 pCi/L氡浓度
99.20%
Arsenic砷
0.30 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.01 mg/1
96.7%
Bacteria细菌
110,000,000cfu菌落单位
2,700 cfu菌落形成单位
99.99%
Barium钡
0.0145 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.0040
93.10%
Boron硼
4.86 mg/1毫克/升
1.41 mg/1毫克/升
70.98%
Cadmium镉
0.1252 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.0040 mg/1
96.81%
Calcium
1,321.00 mg/1毫克/
21.40 mg/1毫克/
98.40%
Chlorieviphos毒虫畏
5.87 0.07 mg/1毫克/升
0.03 0.07 mg/1毫克/升
99.5%
Chromium铬
139.00 0.07 mg/1毫克/升
Less than少于 0.10 0.07 mg/1
99.92%
Cobalt钴
0.1238 0.07 mg/1毫克/升
0.0214 0.07 mg/1毫克/升
82.71%
Copper铜
0.7984 0.07 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.0020
99.75%
Cypermethrin 氯氰菊酯
1.30 mg/1毫克/升
0.07 mg/1毫克/升
94.6%
DDT 二氯二苯三氯乙烷(杀虫剂)
0.261 mg/1毫克/升
0.002 mg/1毫克/升
99.2%
Diazinon (pesticide)二嗪农 )
34.00 mg/1毫克/升
0.21 mg/1毫克/升
99.4%
E coli Bacteria E大肠杆菌
Greater than 2,419.2 mpn
0.0 mpn最大可能数
99.9%
Enterococcus Bacteria肠球菌
83 mpn最大可能数
Less than 少于 10 mpn
82.87%
Fluoride氟化物
1.1 mg/1毫克/
0.415 mg/1毫克/
62.27%
Gold黄金
5.72 mg/1毫克/升
1.38 mg/1毫克/升
75.87%
Iron
68.34 mg/1毫克/
0.1939 mg/1毫克/
99.72%
Lead铅
0.3497 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.0250 mg/1
92.85%
Lindane (pesticide)林丹
0.143 mg/1毫克/升
0.001 mg/1毫克/升
99.3%
Magnesium
13.15 mg/1毫克/
0.0444 mg/1毫克/
99.66%
Manganese
1.061 mg/1毫克/
0.0184 mg/1毫克/
98.27%
Mercury水银
1.15 mg/1毫克/升
Less than 少于 0.03 mg/1
97.39%
Molybdenum钼
0.18 mg/1毫克/升
0.04 mg/1毫克/升
80.60%
Nickel镍
183 mg/1毫克/升
0.07 mg/1毫克/升
99.96%
Nitrate硝酸钾
11.7 mg/1毫克/升
2.6 mg/1毫克/升
77.78%
Nitrite亚硝酸盐
21 mg/1毫克/
2.6 mg/1毫克/
42.86%
Nitrogen TKN氮TKN
1,118.8 mg/1毫克/升
59.08 mg/1毫克/升
94.72%
PetroleumHydrocarbons
石油碳氢化合物
72.5 mg/1毫克/
Less than少于 0.2毫克/
99.72%
Phosphate磷酸盐
28 mg/1毫克/
0.2 mg/1毫克/
99.28%
Platinum铂
4.4 mg/1毫克/升
0.68 mg/1毫克/升
84.53%
Plutonium-239钚-239
29.85 pCi/L氡浓度
0.29 pCi/L氡浓度
99.00%
Potassium
200 mg/1毫克/
110 mg/1毫克/
45%
Proptamphos (pesticide)丙虫磷
80.87 mg/1毫克/升
0.36 mg/1毫克/升
99.6%
Radium镭
1093.0 pCi/L氡浓度
0.1 pCi/L氡浓度
99.0%
Selenium
68 mg/1毫克/
38 mg/1毫克/
44%
Silicon硅
21.07 mg/1毫克/升
0.10 mg/1毫克/升l
99.50%
Sodium
8,690 mg/1毫克/
5,770 mg/1毫克/l
33.60%
Sulfate硫酸盐
104 mg/1毫克/l
68 mg/1毫克/
34.51%
Tin
0.213 mg/1毫克/
Less than少于 0.0200 mg/1
90.61%
Total oliformBacteria大肠菌总
大于 2,419.2 mpn
0.0 mpn最大可能数
99.99%
Uranium
1.08毫克/
0.1 mg/1毫克/
99.07%
Vanadium
0.2621 mg/1毫克/
Less than 少于 0.0020 mg/1
99.24%
Zing
221.00 mg/1毫克/
0.14 mg/1毫克/
99.90%
 

四.电凝处理水的回用领域

1) 蒸汽清洁器是应用于许多工业以清洗部件和设备。许多应用者使用蒸汽清洁设备对包括卡车和公共汽车等进行清洗。在加利福尼亚,用蒸汽清洁器处理废液、分离油和水、祛除金属表面泥浆非常有效,而清洁产生废水是完全可以回用。
另,清洗还服务于油田,其废水含有 8ppm 铬、铅和锌及较少量其他17种金属。经标准试验认定这种浓度废水为有害废水属于沉淀处理范围,其费用0.60~2.30美元/加侖。
2)经电凝处理后的清水将满足联邦二级饮用水标准(除表面活性剂以外)。应该指出,活性炭能够可与电凝工艺结合应用,以便满足水质达到二级饮用水标准。
从电凝工艺产生的淤泥,含有90mg/l油脂类、转化成金属氧化物重金属。这样的淤泥可通过TTLC和STLC试验来证明是否需要用CACtitle22表示。当最终达到国家卫生部StateHealthBoard标准时电凝过程产生的淤泥最终被批准为无公害废料。
3)加压洗涤器应用于清洗地板、停车场、设备和部件。洗涤水含有一些重金属、油脂类和一些悬浮固体。电
凝从废水中分离和除去这些重金属、油脂类和悬浮的固体。处理水可直接回用于洗涤器,而重金属、油脂类
和悬浮固体将被祛除。
4)纺织染料水可运用电凝进行有效处理,从水中可分离出已消失的染料。经除色、除悬浮物和二氧化碳,使
处理水质量达到完全回用标准。
5)冲洗电化絮凝极板上的金属污物、冲洗水槽等所需用水应考虑电凝处理水而无需排放。这样可避免潜在不
利因素,且节约排污费、监控和试验费及补充水费用。祛除90%金属极板上的污物使极板质量达到标准。
6)肉和家禽加工:肉和家禽加工应采用电化絮凝工艺。这样可从排放的市政废水中得到蛋白和脂肪。其中,
回收蛋白和脂肪,具有动物饲料价值约合0.13 美元/磅,节约污水生物耗氧量BOD附加费0.25美元/磅,
总悬浮量TSS附加费0.20美元/磅,合计节约0.58 美元/磅。
7)啤酒冷却器水的循环应用,因电化絮凝破坏浑浊的大肠菌99.9999% ,并分离出脂肪、蛋白质和悬浮物,这
样不仅回用啤酒冷却器水,也无需排放。从沉淀物回收的脂肪和蛋白质经济价值,是价值节约的主要来源.
8)商业洗衣房可采用电凝系统处理它们的洗涤水并加以回用其处理水。电凝可有效祛除悬浮固体和有机络合
物。这样的水还保持热能,当电凝进行时由此可节省能量。
9)当采用电化絮凝时,从采矿水中可祛除悬浮粘土和煤颗粒。而未经处理的水是不能用于冷却采矿设备的,也不能排放到本地水库中。电凝处理后可除掉>99%颗粒,使处理水再用于采矿操作,节省大量新鲜补充水。
10)煤矿高湿度30%湿度煤,经加热祛除湿气,用电凝分离出的湿气冷凝液、粗劣固体和澄清液体,可用于
注入油田岩层,简捷回收原油。
11)市政废水:经电化絮凝处理的市政废水,在大多数情况下,其处理水优于未处理水。
 
五. 电凝设备基本参数
 
5-1. 基本参数
 
5-2.设备外观图
          
                         EC系列电凝设备外观图                                    EC系列电凝设备工作图
 
六.电凝系统运行费用
 
电凝系统运行费用非常低廉,且随着进水水质变化而略有变化。如市政污水的处理费用为0.24美元/1000 加侖(即相当于¥0.43元/M3,按$1.00=¥6.85),若废水含油脂、大量尘粒及重金属时,其处理费用可能发生一些增加。但大多数情况下基本维持在下列非常低廉的费用水平: 
* 电    费:  2或5度/1000加仑(3.78吨),也就是0.53-1.32度/M3
* 钢板耗费:  2 磅(90克)/1000加仑,      也就是钢板 24克/M3
 
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