[发明专利]电凝聚法海水预处理

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化预处理技术领域，特别设计了一种采用电凝聚的方法预处理海水。

背景技术

人类在21世纪面临严重的淡水紧缺问题，水资源缺乏已成为关系到贫穷、可持续发展乃至世界和平与安全的重大问题。因此海水淡化越来越受到重视，利用海水淡化技术从海水中制取饮用水，已成为人们取得淡水的一种重要手段。目前世界上采用的主要的海水淡化方法，包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、反渗透(RO)中，RO技术因其具有投资少、操作方便、建设期短、占地面积小等优点而得到较为广泛的应用，按现有的统计结果发现RO法在海水淡化技术中占有的比例有逐年增加的趋势，21世纪的海水淡化市场中海水反渗透(SWRO)将是主要的海水淡化方法。然而，要保证反渗透装置能够长期稳定地运行，给水预处理是至关重要的。

海水预处理中的凝聚是指混凝剂或絮凝剂与水相混合并使胶体脱稳、絮凝的过程，目的在于改变原海水中的胶体、悬浮物、溶解物、细菌、以及其它微生物等的存在性质和状态，即结合生成大的可以经过沉淀、过滤去除的颗粒，以达到海水处理的目的。常用的混凝剂有硫酸铝(Al₂(SO₄)₃·14H₂O)、聚合氯化铝([Al₂(OH)_n(Cl)_6-n])、三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)等。

电化学技术作为一种对各种废水处理适应性强、高效、无二次污染的处理方法，已被广泛应用于工业废水和生活废水的处理当中。早在1887年，电化学工艺就已经用于给水和废水处理。到1963年，美国人用电凝聚法处理市政污水。1974年，有人采用电凝聚法处理食品废水，1984年，挪成人研究了饮用水的电凝聚处理，即由电解产生的离子引起混凝(电凝聚法)，随后经过滤生产饮用水，成为区别于传统混凝工艺的水处理方法。他们研究了电流密度和铝用量的关系、处理后水中剩余铝的浓度以及对腐殖质的去除效果，指出电凝聚适用于小型水处理厂。迄今为止，电凝聚经过半个世纪的研究，已发展成为值得注意和信赖的新的水处理工艺。

发明内容

电凝聚又称电絮凝，就是在外电压作用下，利用铁或铝等可溶性阳极产生大量阳离子，对原海水进行凝聚沉淀。将金属电极(如铁)置于被处理的海水中，然后通以直流电，此时金属阳极发生氧化反应产生的铁离子在水中水解、聚合，生成一系列多核水解产物而起凝聚作用，其过程和机理与化学混凝法基本相同。

阳极氧化：Fe→Fe²⁺+2e

Fe→Fe³⁺+3e

阴极还原：2H₂O+2e→H₂+2OH^-

总反应为：Fe+2H₂O→Fe(OH)₂+H₂

4Fe+10H₂O+O₂→4Fe(OH)₃+4H₂

同时，在电凝聚器中阴极上产生的新生态的氢，其还原能力很强，可与海水中的污染物起还原反应，或生成氢气。在阳极上也可能有氧气放出，氢气和氧气以微气泡的形式出现，在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附性能，从而提高海水预处理效率。

此外，在电流的作用下，废水中的部分有机物可能分解为低分子有机物，还有可能直接被氧化为CO₂和H₂O而不产生污泥。未被彻底氧化的有机物部分还可和悬浮固体颗粒被Al(OH)₃吸附凝聚并在氢气和氧气带动下上浮分离。总之，电凝聚法预处理原海水是多种过程的协同作用，污染物在这些作用下易被除去。

本法对海水进行预处理主要包括以下步骤：

(1)药品投加：向海水中直接投加聚丙烯酰胺(PAM)1～2mg/L；

(2)电解反应：铝片或铁片平行放置作为电极，采取单极式连接，通电同时加以搅拌；

(3)静置沉降：静置0.5小时，上层清液即为经预处理后的海水，下层是氢氧化铁或氢氧化铝絮凝体，此絮凝体凝聚了海水中的悬浮物、微生物、有机质等，从而达到降低海水的浊度、污泥密度指数(SDI)、化学耗氧量(COD)以及微生物含量等目的。