雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及廢棄物處理及資源化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]資料表明，我國(guó)城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中Zn含量可達(dá)783.4-3096.3mg/kg (干重)，Cu可達(dá)131.2-394.5mg/kg (干重)，此外還含有其它一些重金屬，如Cd、Cr、Hg、N1、Pb等，這些重金屬的存在不僅嚴(yán)重影響污泥的后續(xù)安全處置，也造成了金屬資源的極大浪費(fèi)。以Zn為例，按2010年城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量3000萬(wàn)噸(80%含水率)，Zn含量按1500mg/kg (干重)計(jì)，則其中的Zn含量就達(dá)9000噸，按上海期貨交易所Zn近期報(bào)價(jià)15000元/噸計(jì)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)1.35億元。根據(jù)中國(guó)污泥處理處置市場(chǎng)分析報(bào)告(2013版)分析，到2015年，全年城鎮(zhèn)污水處理廠濕污泥(含水率80% )產(chǎn)生量將為3359萬(wàn)噸，即日產(chǎn)污泥9.2萬(wàn)噸。由此可以看出，如果不對(duì)該部分重金屬加以處理或回收利用，不僅嚴(yán)重影響著污泥農(nóng)用堆肥、焚燒、填埋等后續(xù)處置方法的應(yīng)用，還會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]目前，對(duì)污泥中重金屬的處置還停留在“無(wú)害化”階段，主要采用化學(xué)法、生物瀝濾浸出及電化學(xué)法等實(shí)現(xiàn)污泥中重金屬的去除。化學(xué)法主要通過(guò)添加藥劑，改變污泥酸堿性對(duì)金屬進(jìn)行溶出，然后與重金屬發(fā)生沉淀、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)重金屬的沉淀分離，但是成本高，工藝繁瑣，所得沉淀分離困難，且較易產(chǎn)生二次污染。生物瀝濾是在酸性條件下將污泥中的重金屬轉(zhuǎn)移到液相中，然后固液分離得到清潔的污泥，是目前效果較好的處理方式，但是耗時(shí)很長(zhǎng)，一般需要8-10天，且工藝條件要求嚴(yán)格，重金屬的存在也會(huì)對(duì)瀝濾微生物產(chǎn)生毒害作用。電化學(xué)法最早用于土壤修復(fù)，通過(guò)外加電壓使可溶性金屬離子迀移富集，然后通過(guò)電沉積或離子交換等手段得到去除。由于電化學(xué)方法操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，不容易造成二次污染等諸多優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，但傳統(tǒng)的電化學(xué)處理裝置要么將廢棄物放置于陰陽(yáng)級(jí)之間，在陰極室與陽(yáng)極室內(nèi)均加入電解液，無(wú)法充分利用電流效率；要么將廢棄物放置于陽(yáng)極，但電極與污泥接觸不充分，導(dǎo)致電解效率低下。因此改進(jìn)處理裝置是電化學(xué)法去除并回收廢棄物中重金屬的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有處理裝置的不足，提出了一種雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，裝置經(jīng)濟(jì)性好，操作簡(jiǎn)單，處理效率高，可實(shí)現(xiàn)重金屬?gòu)奈勰嘀蟹蛛x并資源化回收。
[0005]一種雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，包括電源、螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器、陰極電極、陽(yáng)極電極和離子交換膜；
[0006]所述螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器整體分上下兩層，由外圓柱筒、中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒、圓形下底板、螺旋型開(kāi)口上底板和支架組成，且中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板可拆卸組裝；其中內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板位于上層，被外圓柱筒環(huán)繞包圍，通過(guò)支架支撐立于圓形下底板上，形成雙層結(jié)構(gòu)；圓柱筒和螺旋型筒底部均開(kāi)放，中螺旋筒與內(nèi)螺旋筒固定在螺旋型開(kāi)口上底板上，外圓柱筒固定在圓形下底板上；內(nèi)螺旋筒和圓形下底板所圍區(qū)域構(gòu)成陽(yáng)極室，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間互通，上層內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型開(kāi)口上底板所構(gòu)成區(qū)域?yàn)殛帢O室；所述的陰、陽(yáng)極室均設(shè)置有螺旋型筒狀電極，螺旋型筒狀電極包括一個(gè)螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和一個(gè)螺旋型筒狀陰極電極，螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和螺旋型筒狀陰極電極與電源連接，離子交換膜設(shè)置在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面，內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒表面開(kāi)有多個(gè)對(duì)稱的弧形通孔；電化學(xué)反應(yīng)器陰極室資源回收管位于陰極室端板上，進(jìn)料管與出料管對(duì)稱位于外圓柱筒外側(cè)，分別設(shè)有閥門并與加壓栗相連接，所述的資源回收管上也設(shè)置有閥門。
[0007]所述電源為穩(wěn)壓直流電源。
[0008]所述的螺旋型筒狀陰極電極為不銹鋼電極。
[0009]所述的螺旋型筒狀陽(yáng)極電極為環(huán)形銥鉭鈦合金電極。
[0010]所述的離子交換膜直接通過(guò)玻璃膠粘貼在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面。
[0011]裝置使用過(guò)程中，離子交換膜可直接通過(guò)玻璃膠粘貼在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面，中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板可直接拆卸組裝，中螺旋筒和內(nèi)螺旋筒均由較小弧形筒體拼湊組成，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間互通，可通過(guò)電極位置的變化將螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器的陰、陽(yáng)極室互換，且電極材質(zhì)可根據(jù)具體處理物質(zhì)進(jìn)行改變。
[0012]本實(shí)用新型的的有益效果:螺旋型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得陰、陽(yáng)電極雙面均得到有效利用，且相較于傳統(tǒng)的反應(yīng)器，相同容器體積內(nèi)可設(shè)計(jì)多圈反應(yīng)電極，大大增加了污泥與電極的有效接觸面積，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間的互通保證了電解過(guò)程中污泥電解的均一性，有效利用了陰陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)的作用，增加了污泥與電解液之間的膜交換面積，大大減少了離子迀移距離，重金屬去除率高，電能利用率高，同時(shí)改善了重金屬回收的問(wèn)題，可以達(dá)到降低污染和資源回收的雙重目的，兼具環(huán)境價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的裝置示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型的反應(yīng)器主體三維示意圖1 ;
[0015]圖3為本實(shí)用新型的反應(yīng)器主體三維示意圖2 ;
[0016]圖4為本實(shí)用新型的反應(yīng)器主體二維示意圖3 ;
[0017]圖5為本實(shí)用新型的反應(yīng)器主體二維示意圖4。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，一種雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，包括螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器、穩(wěn)壓直流電源1、陰極電極11、陽(yáng)極電極13、機(jī)械攪拌器6和離子交換膜；
[0019]如圖2、3、4、5所示，所述的電化學(xué)反應(yīng)器，由外圓柱筒3、中螺旋筒2、內(nèi)螺旋筒12、圓形下底板8、螺旋型開(kāi)口上底板7和支架5組成；中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板可拆卸組裝。其中內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板位于上層，被外圓柱筒環(huán)繞包圍，通過(guò)支架支撐立于圓形下底板上，形成雙層結(jié)構(gòu)。圓柱筒和螺旋型筒底部均開(kāi)放，中螺旋筒與內(nèi)螺旋筒固定在螺旋型開(kāi)口上底板上，外圓柱筒固定在圓形下底板上。內(nèi)螺旋筒和圓形下底板所圍區(qū)域構(gòu)成陽(yáng)極室，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間互通，上層內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型開(kāi)口上底板所構(gòu)成區(qū)域?yàn)殛帢O室，陰、陽(yáng)極室均設(shè)置有螺旋型筒狀電極，螺旋型筒狀電極包括一個(gè)螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和一個(gè)螺旋型筒狀陰極電極，螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和螺旋型筒狀陰極電極與電源連接，內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒表面開(kāi)有多個(gè)對(duì)稱的弧形通孔，離子交換膜通過(guò)玻璃膠粘貼在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面。電化學(xué)反應(yīng)器陰極室資源回收管位于陰極室端板上，進(jìn)料管與出料管4對(duì)稱位于外圓柱筒外側(cè)，分別設(shè)有閥門9并與加壓栗10相連接。
[0020]在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將污泥放置于陽(yáng)極室中，陰極室加入電解液，將螺旋型筒狀陽(yáng)極板及不銹鋼陰極板按要求放置于陰、陽(yáng)極室，并按圖1所示連接電源及其他裝置。通電進(jìn)行電解即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，包括電源、螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器、陰極電極、陽(yáng)極電極和離子交換膜； 所述螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器整體分上下兩層，由外圓柱筒、中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒、圓形下底板、螺旋型開(kāi)口上底板和支架組成，且中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板可拆卸組裝；其中內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型開(kāi)口上底板位于上層，被外圓柱筒環(huán)繞包圍，通過(guò)支架支撐立于圓形下底板上，形成雙層結(jié)構(gòu)；圓柱筒和螺旋型筒底部均開(kāi)放，中螺旋筒與內(nèi)螺旋筒固定在螺旋型開(kāi)口上底板上，外圓柱筒固定在圓形下底板上；內(nèi)螺旋筒和圓形下底板所圍區(qū)域構(gòu)成陽(yáng)極室，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間互通，上層內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型開(kāi)口上底板所構(gòu)成區(qū)域?yàn)殛帢O室；所述的陰、陽(yáng)極室均設(shè)置有螺旋型筒狀電極，螺旋型筒狀電極包括一個(gè)螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和一個(gè)螺旋型筒狀陰極電極，螺旋型筒狀陽(yáng)極電極和螺旋型筒狀陰極電極與電源連接，離子交換膜設(shè)置在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面，內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒表面開(kāi)有多個(gè)對(duì)稱的弧形通孔；電化學(xué)反應(yīng)器陰極室資源回收管位于陰極室端板上，進(jìn)料管與出料管對(duì)稱位于外圓柱筒外側(cè)，分別設(shè)有閥門并與加壓栗相連接，所述的資源回收管上也設(shè)置有閥門。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，其特征在于:所述電源為穩(wěn)壓直流電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，其特征在于:所述的螺旋型筒狀陰極電極為不銹鋼電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，其特征在于:螺旋型筒狀陽(yáng)極電極為環(huán)形銥鉭鈦合金電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，其特征在于:離子交換膜直接通過(guò)玻璃膠粘貼在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置，其特征在于:可通過(guò)電極位置的變化將螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器的陰、陽(yáng)極室互換。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種雙層螺旋型電化學(xué)去除并回收污泥中重金屬裝置。該裝置包括螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器、陰極電極、陽(yáng)極電極和離子交換膜；所述螺旋型電化學(xué)反應(yīng)器由外圓柱筒、中螺旋筒、內(nèi)螺旋筒、圓形下底板、螺旋型開(kāi)口上底板和支架組成，內(nèi)螺旋筒和圓形下底板所圍區(qū)域構(gòu)成陽(yáng)極室，陽(yáng)極室與外圓柱筒、中螺旋筒構(gòu)成的區(qū)域之間互通，上層內(nèi)螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型開(kāi)口上底板所構(gòu)成區(qū)域?yàn)殛帢O室。離子交換膜通過(guò)玻璃膠粘貼在內(nèi)螺旋筒和中螺旋筒外表面。電化學(xué)反應(yīng)器陰極室資源回收管位于陰極室端板上，進(jìn)料管與出料管對(duì)稱位于外圓柱筒外側(cè)，并與加壓泵相連接。本實(shí)用新型具有經(jīng)濟(jì)性好，處理效率高，可將重金屬?gòu)奈勰嘀蟹蛛x并資源化回收等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C02F11/00, C25C7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205045966
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520801993
【發(fā)明人】胡勤海, 裴冬冬, 唐劍昭, 張旭, 徐俊鵬
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日