一種脫除電鍍廢水中重金屬離子的工藝及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種脫除電鍍廢水中重金屬離子的工藝及裝置，屬于電鍍廢水處理技術(shù)。采用連續(xù)電去離子技術(shù)對(duì)含有低濃度重金屬離子溶液進(jìn)行脫除并回收金屬離子，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。進(jìn)入膜堆中的金屬離子在電場(chǎng)的作用下，向陰極8方向遷移透過(guò)膜9后進(jìn)入到濃縮室13中，在循環(huán)的濃水中進(jìn)行富集，隨著時(shí)間的進(jìn)行，可以獲得較高的富集倍數(shù)及脫除效率。這一裝置可連續(xù)脫除和富集廢水中單一或混合重金屬離子，具有能耗低，環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種脫除電鍍廢水中重金屬離子的工藝及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電鍍廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種電鍍廢水中重金屬離子的脫除的工藝及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)，隨著汽車(chē)行業(yè)和鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，采礦、冶金、金屬加工、電鍍等行業(yè)排放的廢水已成為了水環(huán)境污染的重要源頭，對(duì)這些廢水處理的研究已成為了當(dāng)今世界的重要研究課題之一。由于這些廢水中的重金屬離子濃度較低，而且廢水排放量大，不能自然降解，再加上排放廢水的污染面很廣，所以對(duì)廢水處理的難度大，時(shí)間長(zhǎng)且成本高。如今對(duì)廢水的處理方法有化學(xué)沉淀法、微生物分離法、活性炭吸附法、蒸發(fā)濃縮法、電滲析法、離子交換法等。這些方法對(duì)于金屬的回收利用均有一定的限制，而且很難做到痕量重金屬的監(jiān)測(cè)及回收利用。
[0003]電去離子技術(shù)則利用了電去離子的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了廢水中痕量重金屬的有效分離。電去尚子技術(shù)是將尚子交換樹(shù)脂填充在電滲析器的淡水室中，將尚子交換技術(shù)與電滲析結(jié)合，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低濃度離子深度脫除及樹(shù)脂連續(xù)電再生的新型復(fù)合分離過(guò)程。相對(duì)于電滲析而言，電去離子技術(shù)的淡化室內(nèi)填充樹(shù)脂，不僅有效的降低了淡化室中的電阻，而且還能提高離子遷移的速度，從而使得在較小的電流條件下達(dá)到較大的離子向濃縮室中遷移的速率。相對(duì)于離子交換而言，在特定的電流下，淡化室內(nèi)的樹(shù)脂呈現(xiàn)一種平衡狀態(tài)。在這種電流下，淡化室內(nèi)水電解產(chǎn)生的H+和0H_與進(jìn)入淡化室內(nèi)原水中金屬離子的濃度達(dá)到一定的平衡，從而實(shí)現(xiàn)了金屬離子向陰極方向傳遞的持續(xù)性。能夠達(dá)到比較好的傳遞效果。這種脫除重金屬并在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的裝 置主要包括膜堆、電源、原水罐、濃縮罐和電極水罐。其中，膜堆為主要裝置，膜堆中主要包含電極室、淡化室和濃縮室，其中兩個(gè)電極室中分別含有兩塊電極。淡化室是主要進(jìn)行離子傳遞和離子交換的地方，在電流的作用下，進(jìn)入淡化室中的陽(yáng)離子在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上向陰極方向移動(dòng)并且透過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到濃縮室中，陰離子在陰離子交換樹(shù)脂上向陽(yáng)極方向移動(dòng)并透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入到另一側(cè)濃縮室中，并且在兩個(gè)相通的濃縮室中達(dá)到電平衡。從濃縮室中得到的為濃水，而從淡化室中得到的是淡水。
[0004]這種脫除廢水中重金屬離子的技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的回收再利用，而且更能有效的對(duì)所排廢水中重金屬離子的脫除，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明本發(fā)明的目的在于對(duì)含有低濃度的重金屬溶液中的重金屬進(jìn)行脫除、回收并對(duì)廢水進(jìn)行進(jìn)一步凈化。從而在較低的電流下可以得到較大的回收率和純度較高的水溶液。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于減少重金屬離子在濃縮室的陽(yáng)膜內(nèi)及外部產(chǎn)生沉淀，實(shí)現(xiàn)離子深度脫除，延長(zhǎng)離子交換膜使用壽命。
[0006]一種脫除電鍍廢水中重金屬離子的工藝及裝置，在陰極與陽(yáng)極之間設(shè)置交替排列的多個(gè)陰陽(yáng)離子交換膜，淡化室由相鄰兩膜和隔板構(gòu)成，其中陽(yáng)極一側(cè)放置陰膜，陰極一側(cè)放置陽(yáng)膜；濃縮室由相鄰兩膜和隔板構(gòu)成，其中陰極一側(cè)放置陰膜，陽(yáng)極一側(cè)放置陽(yáng)膜；最外側(cè)兩個(gè)濃縮室與陰陽(yáng)極之間的空間為陰極室和陽(yáng)極室。在淡化室中填充按一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或離子交換樹(shù)脂顆粒，在濃縮室中填充惰性絲網(wǎng)或一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或樹(shù)脂，電極室中填充一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或樹(shù)脂或填充惰性絲網(wǎng)。廢水進(jìn)入淡化室，在陰陽(yáng)極之間的直流電場(chǎng)的作用下，淡化室中重金屬離子和陰離子分別透過(guò)陽(yáng)、陰離子交換膜進(jìn)入與之相鄰的濃縮室；濃縮室以酸液循環(huán)并可部分或全部采出以獲得濃縮液；電極室以酸液循環(huán)并補(bǔ)充使其PH保持穩(wěn)定。
[0007]一種脫除電鍍廢水中重金屬離子包括方法:
[0008]原水罐中含重金屬離子的溶液在泵的作用下進(jìn)入到淡化室中，在電場(chǎng)的作用下金屬離子交換到離子交換纖維上向陰極方向移動(dòng)透過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到濃縮室；陰離子交換到離子交換纖維上向陽(yáng)極方向移動(dòng)透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入到濃縮室。從而達(dá)到原水的淡化。
[0009]濃水罐中的濃水在泵的作用下分別進(jìn)入到濃縮室中，帶走由淡化室中遷移過(guò)來(lái)的金屬離子，并且返回到濃縮罐中，使?jié)饪s罐中的濃水進(jìn)行循環(huán)或部分采出，從而使?jié)馑拗械慕饘匐x子在逐步增加，達(dá)到一定的富集倍數(shù)。
[0010]在循環(huán)過(guò)程中，保持濃縮室中的pH在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，以防止?jié)饪s室中金屬離子濃度過(guò)大而產(chǎn)生沉淀。
[0011]在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，保持電極水罐中電極水pH保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，從而降低電極室中的電阻，減小電壓，并且可以保持陽(yáng)極室中的H+向濃縮室中遷移，使?jié)饪s室中的pH
保持穩(wěn)定。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]為低濃度的金屬溶液的脫除提供了一個(gè)有效的方法，不僅可以對(duì)含有金屬溶液的廢水進(jìn)行純化處理使廢水的排放在允許`范圍之內(nèi)，而且還可以有效的回收所排放廢水中的重金屬。不僅做到了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，使廢水的排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；而且還降低了企業(yè)對(duì)廢水處理的成本、有效的實(shí)現(xiàn)重金屬的循環(huán)利用，降低了重金屬的成本。
[0014]通過(guò)簡(jiǎn)單的淡化室的并聯(lián)，可以有效提高廢水處理量；通過(guò)膜堆的串聯(lián)，可以提高淡水出水的純度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖1為一級(jí)一段膜堆裝置示例圖
[0016]圖中:1-原水進(jìn)水，2-濃水進(jìn)水，3-電極水進(jìn)水，4-電極水出水，5-淡水出水，6-濃縮水出水，7-陽(yáng)極電極，8-陰極電極，9-陽(yáng)離子交換膜，10-陰離子交換膜，11-電極室，12-淡化室，13-濃縮室。
[0017]附圖2為脫除金屬離子濃度的裝置流程圖
[0018]14-原水罐，15-泵，16-流量計(jì)，17-恒流電源，18-膜堆，19-電導(dǎo)率，20-淡水出水回收罐,21-極水循環(huán)罐，22-濃水循環(huán)罐。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚的界定。然而應(yīng)當(dāng)理解為這里并不限制本發(fā)明的范圍，對(duì)本文所述發(fā)明特征做出的任何改變和進(jìn)一步改進(jìn)，以及對(duì)本文所述本發(fā)明構(gòu)思的其他應(yīng)用，均屬于本發(fā)明范圍。
[0020]圖1是本發(fā)明方案的脫除廢水中重金屬離子的膜堆裝置圖。如圖1所示，在陽(yáng)極7和陰極8之間放置兩組陰陽(yáng)離子交換膜9和10，其中中間一組陰陽(yáng)離子交換膜所形成的區(qū)域?yàn)榈?2，淡化室由一張陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜以及其中填充的陰陽(yáng)離子交換纖維構(gòu)成。在淡化室兩側(cè)分別在陰陽(yáng)離子交換膜之間的部分以及其中的惰性絲網(wǎng)構(gòu)成的隔室為濃縮室13。淡化室的主要作用是對(duì)進(jìn)入膜堆內(nèi)的原水中的重金屬離子進(jìn)行脫除，原水中的陰陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下，分別透過(guò)淡化室兩側(cè)的離子交換膜進(jìn)入到兩側(cè)的濃縮室中。淡化室中填充的離子交換纖維的陽(yáng)離子交換纖維所占比例為20%~80%，陽(yáng)離子交換纖維可以有效的促進(jìn)金屬陽(yáng)離子快速的在淡化室中進(jìn)行傳遞，然后透過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到濃縮室中，完成對(duì)廢水進(jìn)水中金屬離子的脫除。從淡化室出水口 5排出的水在達(dá)到一定的電導(dǎo)率后可以進(jìn)行直接排放，當(dāng)電導(dǎo)率未達(dá)到要求后，可以將淡水出水進(jìn)入到串聯(lián)的膜堆中進(jìn)行進(jìn)一步的脫除。
[0021]進(jìn)入濃縮室中的重金屬離子在循環(huán)濃水的作用下，濃縮罐中的金屬離子隨著時(shí)間的推移逐漸增多，當(dāng)達(dá)到一定的時(shí)間后，濃縮室中的重金屬離子達(dá)到儀器最低檢測(cè)限后，可以對(duì)濃縮室進(jìn)行測(cè)量，可以有效的確定所排廢水中重金屬離子的含量。為了避免在濃縮室中由于重金屬離子在較高的濃度下與水解離產(chǎn)生的0H-產(chǎn)生沉淀，調(diào)節(jié)濃水罐中的濃水的pH,使pH在一定的范圍內(nèi)操作。
[0022]圖2是電鍍廢水中重金屬離子的脫除及監(jiān)測(cè)的流程圖。如圖2所示，濃水罐22的濃水在泵15的作用下由罐進(jìn)入濃縮室中，然后帶出由淡化室中傳遞而來(lái)的金屬離子然后返回到濃水罐中。原水罐14中的原水在泵15的作用下，通過(guò)流量計(jì)16定流進(jìn)入淡化室12中，在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行離子交換和遷移，用電導(dǎo)率19測(cè)量其出水電導(dǎo)率，當(dāng)電導(dǎo)達(dá)標(biāo)后可以直接排放或者回收利用。電極水21是由泵15打入依次通過(guò)陰極室11和陽(yáng)極室11，對(duì)陰陽(yáng)兩極起保護(hù)性作用并減小電極室內(nèi)的電阻。
[0023]實(shí)施例1
[0024]在該實(shí)施例中，重金屬離子脫除裝置為一級(jí)一段，如圖1所示，電極之間有一個(gè)淡化室，兩個(gè)濃縮室和兩個(gè)電極室，應(yīng)用鈦鍍釕電極作為陽(yáng)極，不銹鋼電極作為陰極，陰陽(yáng)電極均鑲嵌在兩側(cè)起加固作用的加固板上。淡化室和電極室隔板尺寸為800X250X 10mm，濃縮室隔板尺寸為800X250X2臟，加固板的尺寸為800X250X30mm，有效膜面積為200cm2。陰陽(yáng)膜均為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陰陽(yáng)離子交換膜，纖維為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陰陽(yáng)離子交換纖維，樹(shù)脂為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。其中淡化室內(nèi)陽(yáng)離子交換纖維所占比例為80%。進(jìn)入淡化室內(nèi)的原水為lmg/L的重金屬溶液，流量為10L/h，初始濃縮室進(jìn)水與電極室進(jìn)水相同，均為pH為2的硫酸溶液，流量均為2L/h，在運(yùn)行過(guò)程中，濃水罐和電極水罐中隨時(shí)補(bǔ)充H+，以確保濃水罐和電極水罐中的PH保持穩(wěn)定。直流恒電流供電，膜堆工作電流為450mA，經(jīng)過(guò)2h的運(yùn)行,淡化室的出水電導(dǎo)率小于I μ S/cm,并且濃水循環(huán)后的溶液富集倍數(shù)為原水150倍。500h后，濃縮室中未發(fā)現(xiàn)有金屬氫氧化物沉淀生成，而且陰陽(yáng)離子交換膜的損耗性也低于30%。為了更清晰的說(shuō)明本實(shí)例進(jìn)行，將在濃縮室中加入H+調(diào)節(jié)濃水pH和未加H+的脫除金屬離子的操作系統(tǒng)進(jìn)行比較，在其他條件相同的情況下，濃縮室中未加H+的脫除重金屬離子的裝置在20h后，濃縮室的陰離子交換膜表面會(huì)產(chǎn)生金屬沉淀，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，氫氧根離子沉淀會(huì)脫水生成氧化物。而使其同樣達(dá)到淡水室出水的電導(dǎo)率達(dá)到I μ S/cm以下，則所加電流為500mA左右，并且經(jīng)過(guò)兩小時(shí)后，富集倍數(shù)僅達(dá)到100倍。
[0025]實(shí)施例2[0026]在該實(shí)施例中，重金屬離子脫除裝置與實(shí)施例1中相似，兩電極之間有一個(gè)淡化室，兩個(gè)濃縮室和兩個(gè)電極室，應(yīng)用碳纖維布分別作為陰陽(yáng)兩極。淡化室隔板的尺寸分別為500X200X2mm，電極室隔板的尺寸為500X200X3mm，而濃縮室隔板的尺寸為500X200Xlmm，加固板的尺寸為500X200X25mm有效膜面積為96cm2。所用離子交換膜為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的均相陰陽(yáng)離子交換膜，纖維為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陰陽(yáng)離子交換纖維，樹(shù)脂為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。其中淡化室中混合離子交換纖維中陽(yáng)離子交換纖維所占比例為80%，進(jìn)入淡化室內(nèi)的原水為lmg/L的重金屬溶液，流量為2L/h，初始濃縮室進(jìn)水與電極室進(jìn)水相同，均為pH為2的硫酸溶液，流量均為lL/h，在運(yùn)行過(guò)程中，濃水罐和電極水罐中隨時(shí)補(bǔ)充H+，以確保濃水罐和電極水罐中的pH保持穩(wěn)定。直流恒電流供電，膜堆工作電流為150mA，經(jīng)過(guò)2h的運(yùn)行，淡化室的出水電導(dǎo)率小于I μ S/cm，濃水循環(huán)后的富集倍數(shù)達(dá)到75倍。500h后，濃縮室中未發(fā)現(xiàn)有金屬氫氧化物沉淀生成，而且陰陽(yáng)離子交換膜的損耗性也低于25%。為了更清晰的說(shuō)明本實(shí)例進(jìn)行，將在濃縮室中加入H+調(diào)節(jié)濃水pH和未加H+的脫除金屬離子的操作系統(tǒng)進(jìn)行比較，在其他條件相同的情況下，未調(diào)節(jié)濃水PH的脫除重金屬離子的裝置在20h后，濃縮室的陰離子交換膜表面會(huì)產(chǎn)生金屬沉淀，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，氫氧根離子沉淀會(huì)脫水生成氧化物。而使其同樣達(dá)到淡水室出水的電導(dǎo)率達(dá)到I μ S/cm以下，則所加電流為200mA左右，經(jīng)過(guò)兩小時(shí)后，循環(huán)濃水出水的富集倍數(shù)僅為50倍。為了更好的說(shuō)明本實(shí)例進(jìn)行，在淡化室中填充離子交換纖維和離子交換樹(shù)脂進(jìn)行比較，在其他條件相同的情況下，在淡化室中填充相同比例的離子交換樹(shù)脂，在150mA的電流條件下進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)兩個(gè)小時(shí)的運(yùn)行后，淡水出水電導(dǎo)率也下降為I μ S/cm，但其濃水循環(huán)的富集倍數(shù)為60倍左右，小于填充混合離子交換纖維作為交換傳遞介質(zhì)的淡化室。
[0027]實(shí)施例3
[0028]在該實(shí)施例中，重金屬離子脫除裝置與實(shí)施例2中相同，改變的為在淡化室中填充離子交換樹(shù)脂作為離子交換介質(zhì)，在其他條件相同的情況下，在淡化室中填充與實(shí)施例2中相同陰陽(yáng)比例的離子交換樹(shù)脂，在150mA的電流條件下進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)兩個(gè)小時(shí)的運(yùn)行后，淡水出水電導(dǎo)率也下降為I μ S/cm，但其濃水循環(huán)的富集倍數(shù)為60倍左右，小于填充混合離子交換纖維作為交換傳遞介質(zhì)的淡化室。
[0029]實(shí)施例4
[0030]在該實(shí)施例中，在實(shí)施例1的膜堆結(jié)構(gòu)上并聯(lián)一個(gè)淡化室，使膜堆變?yōu)橐患?jí)兩段結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)淡化室、三個(gè)濃縮室和兩個(gè)電極室，其基本構(gòu)架與圖1中的結(jié)構(gòu)相似。操作條件進(jìn)行了調(diào)整，進(jìn)入淡化室內(nèi)的原水濃度保持不變，流量加大為20L/h，初始濃縮室進(jìn)水與電極室進(jìn)水相同，均為pH為2的硫酸溶液,流量均為2L/h，在運(yùn)行過(guò)程中，濃水罐和電極水罐中隨時(shí)補(bǔ)充H+，以確保濃水罐和電極水罐中的pH保持穩(wěn)定。直流恒電流供電，膜堆工作電流為450mA,經(jīng)過(guò)2h的運(yùn)行,淡化室的出水電導(dǎo)率小于I μ S/cm,并且濃水循環(huán)后的溶液富集倍數(shù)為原水350倍。并聯(lián)淡化室后的膜堆處理量增大為原來(lái)的I倍多，當(dāng)增加比較多的淡化室后，可以有效的提高單位時(shí)間內(nèi)處理含重金屬離子溶液量。
【權(quán)利要求】
1.一種脫除電鍍廢水中重金屬離子的工藝及裝置，其主要特征為在陰極與陽(yáng)極之間設(shè)置交替排列的多個(gè)陰陽(yáng)離子交換膜，淡化室由相鄰兩膜和隔板構(gòu)成，其中陽(yáng)極一側(cè)放置陰膜，陰極一側(cè)放置陽(yáng)膜；濃縮室由相鄰兩膜和隔板構(gòu)成，其中陰極一側(cè)放置陰膜，陽(yáng)極一側(cè)放置陽(yáng)膜；最外側(cè)兩個(gè)濃縮室與陰陽(yáng)極之間的空間為陰極室和陽(yáng)極室。在淡化室中填充按一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或離子交換樹(shù)脂顆粒，在濃縮室中填充惰性絲網(wǎng)或一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或樹(shù)脂，電極室中填充一定比例混合的陰陽(yáng)離子交換纖維或樹(shù)脂或填充惰性絲網(wǎng)。廢水進(jìn)入淡化室，在陰陽(yáng)極之間的直流電場(chǎng)的作用下，淡化室中重金屬離子和陰離子分別透過(guò)陽(yáng)、陰離子交換膜進(jìn)入與之相鄰的濃縮室；濃縮室以酸液循環(huán)并可部分或全部采出以獲得濃縮液；電極室以酸液循環(huán)并補(bǔ)充使其pH保持穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于脫除電鍍廢水中重金屬離子的裝置，其特征在于淡化室中填充一定質(zhì)量比的離子交換纖維或樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于脫除電鍍廢水中重金屬離子的裝置，其特征在于其濃縮室和電極室中流動(dòng)的濃水為硫酸、鹽酸、硝酸或以上兩種或三種酸的混合物，并保持PH穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于脫除電鍍廢水中重金屬離子的裝置，在淡化室中填充一定質(zhì)量比的離子交換纖維或樹(shù)脂，其特征在于淡化室中填充的陰陽(yáng)離子交換纖維的質(zhì)量比在80: 20至20: 80的范圍。
【文檔編號(hào)】C02F1/469GK103708585SQ201310652376
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】管山, 孫帥帥, 張文文, 趙佳, 楊一超, 郭玉高 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)