專利名稱：一種在線凈化并回用電鍍和化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及電化學(xué)和水處理技術(shù)，具體涉及一種在線凈化 并回用電鍍和化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球人口的急劇增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，淡水資源日益短缺，同時(shí)因 工農(nóng)業(yè)和生活廢水排放而導(dǎo)致的水污染也日趨嚴(yán)重。水體污染后不僅降低了其使用功能， 進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，而且還嚴(yán)重威脅到人類的飲水安全和健康。因此，各種以 解決水資源短缺為目標(biāo)的工藝和技術(shù)不斷推出，其中廢水回用是解決水資源短缺的一條有 效途徑。因?yàn)槿祟愖陨砑肮まr(nóng)業(yè)用水中的絕大部分在使用后都以廢水的方式排放到自然界 中，所以廢水回用不僅開辟了新的水源，而且減少對環(huán)境的污染，可謂一舉兩得。鑒于廢水種類的多樣性和復(fù)雜性，本專利所涉及的廢水特指電鍍和化學(xué)鍍行業(yè)在 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水。當(dāng)前有許多技術(shù)能夠應(yīng)用于電鍍和化學(xué)鍍廢水的處理，如絮凝沉 淀、活性碳吸附、膜分離技術(shù)、離子交換法、反滲透技術(shù)等。公開號為CN101157509的中國專 利介紹了一種電鍍廢水低排放的處理方法，它采用膜濃縮、膜分離、離子交換和紫外光催化 氧化等綜合技術(shù)，首先對電鍍廢水預(yù)處理，然后對酸洗廢水、含氰化物廢水以及鈍化和電鍍 漂洗混合廢水三類廢水分別處理，可實(shí)現(xiàn)部分廢水的回收，剩余不能回收的廢水達(dá)到國標(biāo) 一級排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放。專利號為200410023427. X的中國專利公開了一種從廢水中回收鎳(Ni)的工藝方 法，通過采用活性炭做陰極，增強(qiáng)對電解時(shí)生成氫氧化鎳的吸附性能，從而使回收的氫氧化 鎳比較純凈，而且鎳的回收率可達(dá)99%以上。以上這些技術(shù)方法基本上都是先將待處理廢水排放到廢水處理系統(tǒng)中，然后再加 以處理或處理后回收。近年來，電容去離子技術(shù)(Capacitive Deionization，CDI)因其具有低能耗、能量 利用率高和無二次污染等特點(diǎn)在海水淡化、廢水處理等領(lǐng)域受到了越來越廣泛的關(guān)注。與 傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)相比，CDI技術(shù)只需要外加電場，通過電極吸附(充電)/再生(放電) 過程即可完成對廢水中離子的吸附和釋放，且放電的同時(shí)就可以獲得再生，重新使用。裝置 吸附、再生的示意圖如附圖1所示。專利號為01129623. 2的中國專利介紹了一種多級電容去離子裝置，以克服美國 專利5192432和日本專利JP94-325983兩個(gè)專利中所涉及的單極裝置存在的所占空間較 大、所用材料較多的缺陷。該專利中的去離子裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，液體流路既可以串聯(lián)也可 以并聯(lián)，從而提高離子去除率。公開號為CN 101518748A的中國專利介紹了一種去離子裝置及其制造方法，它主 要通過均勻保持電極之間的間距來提高裝置的效率，同時(shí)通過減少碳材料和集流體之間的 接觸電阻來提高導(dǎo)電性。上述專利及近年來的美國專利6，761，809,6, 824，662,7, 083，733,7, 279，083 等， 都涉及到CDI裝置。但這些專利對它們所涉及的CDI裝置的結(jié)構(gòu)都僅進(jìn)行了定性的描述，而對CDI裝置要充分發(fā)揮其功能所應(yīng)具有的許多重要參數(shù)，如電極對面積、電極間距、所施加 電壓范圍、所使用的活性炭纖維的相關(guān)技術(shù)參數(shù)等，都無定量表征，顯然，這樣的裝置設(shè)計(jì)， 是很難實(shí)際滿足特定類型的廢水處理的。而在電鍍和化學(xué)鍍領(lǐng)域，由于其所產(chǎn)生的廢水中 含有大量的重金屬離子，如鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鎳(Ni)、錫(Sn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、銀 (Ag)、金(Au)等，以及各種難以自然降解的合成類有機(jī)化合物，電鍍和化學(xué)鍍廢水的處理 難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通廢水。如何將⑶I技術(shù)應(yīng)用于電鍍/化學(xué)鍍廢水的處理，使用的設(shè)備 如何才能適應(yīng)電鍍/化學(xué)鍍廢水的處理，這些都是現(xiàn)有技術(shù)中尚未解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以應(yīng)用于電鍍/化學(xué)鍍廢水 處理的系統(tǒng)，可以在線凈化并回收電鍍和化學(xué)鍍廢水。發(fā)明提供了一種在線凈化并回收電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，包括位于電鍍/化學(xué) 鍍生產(chǎn)線上的水洗裝置，以及放置于水洗裝置中的電容去離子裝置。該裝置對電鍍和化學(xué) 鍍廢水在線凈化并回用，同時(shí)亦能回收廢水中的有用物質(zhì)。電容去離子裝置，在充電過程富 集離子；在放電過程釋放廢料。該電容去離子裝置包括至少一個(gè)由離子電吸附電極、集電極和絕緣層構(gòu)成的電極 對；電極對中絕緣層的外層覆蓋有兩個(gè)離子電吸附電極層，電吸附電極層的外層繼而分別 覆蓋有兩個(gè)集電極層；所述的絕緣層的一側(cè)為正極，另一側(cè)為負(fù)極。離子電吸附電極層、集 電極層和絕緣層的大小及位置是相互對應(yīng)而疊合的。其中的離子電吸附電極層是活性炭纖維，集電極層是膨脹石墨板，絕緣層是絕緣 多孔隔板?；钚蕴坷w維的比表面積為800 2000平方米/克，厚度為1 3毫米；所述的 膨脹石墨板的厚度為0. 2 2毫米。絕緣層將電極對分隔為正極和負(fù)極兩部分，正極和負(fù)極之間的間距為0. 1 10厘 米。優(yōu)選的間距為0.5 3.0厘米。絕緣隔板的多孔結(jié)構(gòu)使流體可以在正極和負(fù)極之間通 過。電容去離子裝置可以是板式的，也可以是卷式的。板式電容去離子裝置是多個(gè)電極對構(gòu)成的電極組。每個(gè)電極對中離子吸附電極層 是面積為200 5000平方厘米。在每個(gè)電極對之間，可以通過支撐板隔開，支撐板也是絕 緣的。電極組的兩端，可以安裝壓緊板，使得整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊。卷式電容去離子裝置的電極對面積10000 50000平方厘米。作為電鍍/化學(xué)鍍生產(chǎn)線中水洗裝置中的一部分，電容去離子裝置的參數(shù)應(yīng)當(dāng)符 合實(shí)際應(yīng)用的需要，同時(shí)為了達(dá)到資源的合理配置，本發(fā)明對其與水洗水的體積作了優(yōu)化。 其中，水洗裝置容積與電極組的離子吸附電極總面積比例為30 500升/平方米。除此，為了在節(jié)能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水洗水的充分凈化，本發(fā)明系統(tǒng)中水洗裝置及其中 的電容去離子裝置是多級梯度化設(shè)置的；第一級水洗裝置的容積與所述電極對/電極 組中離子吸附電極總面積的比例為30 200升/平方米；第二級水洗裝置的容積與電極對 /電極組中離子吸附電極總面積的比例為100 500升/平方米。電容去離子裝置的充電 電壓為1 30伏。本發(fā)明中的電容去離子裝置設(shè)置于電鍍/化學(xué)鍍生產(chǎn)線上的水洗水裝置中，構(gòu)成一個(gè)廢水凈化和回收系統(tǒng)，用電容去離子放電過程吸附凈化廢水后，通過解吸附作用釋放 廢料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電極的再生。本發(fā)明所采用的在線凈化系統(tǒng)的各個(gè)工藝參數(shù)，是在多次的優(yōu)化試驗(yàn)中得出的優(yōu) 化組合。試驗(yàn)證明，在本發(fā)明所提供的技術(shù)參數(shù)下，電鍍和化學(xué)鍍所產(chǎn)生的廢水可以在水洗 槽中得到有效地吸附，使其進(jìn)入下一水洗槽時(shí)已在很大程度上得到凈化；而下一水洗槽的 工藝參數(shù)也根據(jù)已經(jīng)過上一級凈化后的出水的特性進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到在有效凈化水洗水的 同時(shí)節(jié)省電源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果(1)本發(fā)明提供的在線凈化并回收電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，結(jié)合電鍍/化學(xué)鍍 廢水特點(diǎn)及工藝流程的具體情況，設(shè)置了適于實(shí)際應(yīng)用于該領(lǐng)域的廢水處理和回收系統(tǒng)， 優(yōu)化了各種應(yīng)用參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正的電鍍/化學(xué)鍍廢水的在線處理，它能直接在水洗槽中 將廢水中的污染物，如金屬離子和大部分有機(jī)物(包括有機(jī)酸根、添加劑、表面活性劑等)， 在線(原位)去除/凈化，這樣不但可以使水洗水長期回用，顯著降低整個(gè)生產(chǎn)線上所產(chǎn) 生的廢水量，而且由于水洗水所產(chǎn)生的廢水經(jīng)過處理后基本不再含有污染物，即使在長期 回用后進(jìn)行排放，也大大降低了現(xiàn)存廢水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，從而可以使廢水處理的費(fèi)用明 顯下降。(2)本發(fā)明所提供的在線凈化并回收電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，通過針對電鍍/ 化學(xué)鍍工藝對電容去離子裝置進(jìn)行特殊化設(shè)置，并將其合理地作為電鍍/化學(xué)鍍工藝中的 有機(jī)構(gòu)成，大大簡化了電鍍/化學(xué)鍍工藝中水洗水的步驟，同時(shí)保證了鍍件的品質(zhì)，并有效 節(jié)約了水資源。(3)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)可以在同一裝置中實(shí)現(xiàn)電鍍/化學(xué)鍍廢水的凈化處理和 廢料的在線回收，操作方便，有效地利用了資源。


圖1為電容去離子技術(shù)的吸附、再生示意圖。圖2為本發(fā)明的電容去離子裝置示意圖(板式)，其中1表示電極支撐板(上下壓 緊板)；2表示石墨板(集電極)；3表示活性炭纖維材料(離子電吸附電極)；4表示絕緣 多孔隔板(流體通道)。
圖3為本發(fā)明的電容去離子裝置示意圖(卷式)其中1表示電極支撐板(上下壓緊 板)；2表示石墨板(集電極)；3表示活性炭纖維材料(離子電吸附電極)；4表示聚乙烯 薄膜。
具體實(shí)施例方式以下通過具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。為了驗(yàn)證本發(fā)明所提供的方法在凈化水方面的效果，本發(fā)明還采用原子吸收光譜 法和重鉻酸鉀氧化法分別檢測出水的金屬離子濃度和化學(xué)需氧量COD。實(shí)施例1板式電容去離子裝置選用活性炭纖維為離子電吸附電極材料，厚度為3毫米，比表面積1100平方米/ 克；用1毫米厚的膨脹石墨板作集電極。
裁取50厘米X50厘米的活性炭纖維10片，裁取50厘米X50厘米的石墨板10 片，每片電極層的面積為2500平方厘米，電極對間距為0. 5厘米。組裝由5個(gè)電極對組成的CDI裝置電極組，部件的組裝順序?yàn)橄聣壕o板，中間依 次排列5組石墨板-活性炭纖維_絕緣多孔隔板_活性炭纖維_石墨板組合，每組之間用 支撐板分隔開來，最后裝上上壓緊板。實(shí)施例2卷式電容去離子裝置選用活性炭纖維為離子電吸附電極材料，厚度為3毫米，比表面積1100平方米/ 克。用1毫米厚的膨脹石墨板作集電極。裁取裁取50厘米X 100厘米的活性炭纖維2片，裁取50厘米X 100厘米的石墨 板2片。將長條形的石墨板、活性炭纖維、絕緣多孔隔板、活性炭纖維、石墨板、聚乙烯塑料 薄膜依次疊放，其中的石墨板留出一端高于活性炭纖維作為導(dǎo)電耳。然后卷緊，形成直徑適 當(dāng)?shù)膱A柱體，裝于圓筒容器密封，留出石墨板的導(dǎo)電耳，液體一端進(jìn)，另一端出。實(shí)施例3用實(shí)施例1的板式⑶I裝置，置于100升容量的水洗裝置中，對鍍鎳水洗水進(jìn)行并 聯(lián)電吸附測試。鍍鎳水洗水中的金屬離子含量為300ppm，COD值1100，進(jìn)水流速4升/分鐘。以 出水鎳離子濃度達(dá)IOOppm記，在工作電壓2、10、20伏下每平方米電極對上的電鍍水處理量 結(jié)果列于表1。出水的金屬離子濃度和化學(xué)需氧量COD分別采用原子吸收光譜法和重鉻酸 鉀氧化法進(jìn)行檢測。表1 不同工作電壓下⑶I裝置對凈化水洗水的影響 從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在其它技術(shù)參數(shù)保持不變的情況下，工作電壓越高， CDI裝置對水洗水的凈化效果越好。但是，從對相關(guān)工作人員的安全性和節(jié)省能耗的角度考 慮，本⑶I裝置的工作電壓的設(shè)計(jì)將不超過12伏特。實(shí)施例4除以下不同外，其余均同實(shí)施例3。調(diào)節(jié)電極對間距分別為0. 1、3和10厘米，置于100升容量的水洗裝置中。設(shè)定工 作電壓為10伏時(shí)每平方米電極對上的電鍍水處理量結(jié)果列于表2。表2 ⑶I裝置的電極對間距對凈化水洗水的影響 從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，在其它技術(shù)參數(shù)保持不變的情況下，CDI裝置的電極對 間距越小，其對水洗水的凈化效果越好。但是，當(dāng)電極間距過小時(shí)，(比如表2中的電極間 距為0. 1厘米時(shí))，由于流體流道太窄，流動(dòng)阻力過大、實(shí)際操作時(shí)非常困難。因此，我們優(yōu) 選的電極對間距為0. 5 3. 0厘米。實(shí)施例5用實(shí)施例2的卷式CDI裝置對鍍錫水洗水進(jìn)行電吸附測試。CDI裝置電極對中離子電吸附電極層、集電極層和絕緣層的大小和位置相互對應(yīng) 而疊合，設(shè)置三個(gè)不同面積的電極對，單個(gè)電極層的面積分別為5000、10000和15000平方 厘米，電極對間距為0. 5厘米。置于100升容量的水洗裝置中。鍍錫水洗水的金屬離子含量為790ppm，COD值1340，控制進(jìn)水流速4升/分鐘，以 出水錫離子濃度升達(dá)200ppm記，在工作電壓為10下，每平方米電極對上的電鍍水處理量結(jié) 果列于表4。出水的金屬離子濃度和化學(xué)需氧量COD分別采用原子吸收光譜法和重鉻酸鉀 氧化法進(jìn)行檢測。表3 =CDI裝置的電極對面積對凈化水洗水的影響 從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，在其它技術(shù)參數(shù)保持不變的情況下，CDI裝置的電極對 面積越大，其對水洗水的凈化效果越好。由于電鍍和化學(xué)鍍的水洗槽的空間有限，從而決定 了 CDI裝置的尺寸不能過大，這也決定了必須控制CDI裝置電極對的電極面積。
權(quán)利要求
一種在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，包括位于電鍍/化學(xué)鍍生產(chǎn)線上的水洗裝置，其特征在于在水洗裝置中設(shè)置凈化裝置，所述的凈化裝置是電容去離子裝置，該電容去離子裝置包括至少一個(gè)由離子電吸附電極、集電極和絕緣層構(gòu)成的電極對；電極對中絕緣層的外層覆蓋有兩個(gè)離子電吸附電極層，離子電吸附電極層的外層繼而覆蓋有兩個(gè)集電極層；所述的絕緣層的一側(cè)為正極，另一側(cè)為負(fù)極。
2.如權(quán)利要求1所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 的離子電吸附電極層是活性炭纖維，集電極層是膨脹石墨板。
3.如權(quán)利要求2所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 的活性炭纖維的比表面積為800 2000平方米/克，厚度為1 3毫米；所述的膨脹石墨 板的厚度為0.2 2毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 的絕緣層是絕緣多孔隔板。
5.如權(quán)利要求1或4所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于 所述的正極和負(fù)極之間的間距為0. 1 10厘米。
6.如權(quán)利要求5所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 的正極和負(fù)極之間的間距為0. 5 3. 0厘米。
7.如權(quán)利要求3或6所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于 電容去離子裝置中有一個(gè)電極對或多個(gè)電極對構(gòu)成的電極組，每個(gè)電極對中離子吸附電極 層是面積為200 5000平方厘米的板式或10000 50000平方厘米的卷式。
8.如權(quán)利要求7所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 水洗裝置容積與所述電極組的離子吸附電極總面積比例為30 500升/平方米。
9.如權(quán)利要求8所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于所述 的水洗裝置及其中的電容去離子裝置是多級梯度化設(shè)置的；第一級水洗裝置的容積與所述 電極對/電極組中離子吸附電極總面積的比例為30 200升/平方米；第二級水洗裝置的 容積與電極對/電極組中離子吸附電極總面積的比例為100 500升/平方米。
10.如權(quán)利要求1或9所述的在線凈化并回用電鍍或化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，其特征在于 所述電容去離子裝置的充電電壓為1 30伏。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在線凈化并回收電鍍和化學(xué)鍍廢水的系統(tǒng)，包括位于電鍍/化學(xué)鍍生產(chǎn)線上的水洗裝置，在水洗裝置中設(shè)置凈化裝置，其凈化裝置是電容去離子裝置，該電容去離子裝置包括至少一個(gè)由離子電吸附電極、集電極和絕緣層構(gòu)成的電極對；電極對中絕緣層的外層覆蓋有兩個(gè)離子電吸附電極層，離子電吸附電極層的外層繼而覆蓋有兩個(gè)集電極層；所述的絕緣層的一側(cè)為正極，另一側(cè)為負(fù)極。發(fā)明通過結(jié)合電鍍/化學(xué)鍍廢水特點(diǎn)及工藝流程的具體情況，設(shè)置了適于實(shí)際應(yīng)用于該領(lǐng)域的廢水處理和回收系統(tǒng)，優(yōu)化了各種應(yīng)用參數(shù)，顯著降低廢水量，同時(shí)保證了鍍件的品質(zhì)，并有效節(jié)約了水資源；除此還實(shí)現(xiàn)了廢料的在線回收，有效地利用了資源。
文檔編號C02F103/16GK101891286SQ20101014419
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者劉宏, 吳小明, 路勇 申請人:廣州天至環(huán)?？萍加邢薰?br>