專利名稱：一種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廢水處理裝置，尤其是一種可以高效回收工業(yè)廢水中金屬的
無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)制造業(yè)發(fā)達(dá)，工業(yè)廢水的排放量居全球之首。工業(yè)廢水(如電鍍、印染、制革等工業(yè)廢水)中通常含有大量的金屬離子，如銅、鋅、鉻、鎘、鉛等。這些金屬離子對(duì)環(huán)境和人類危害極大，在排放或者重新回用前，必須進(jìn)行嚴(yán)格的凈化處理。與此同時(shí)，這些金屬離子的回收價(jià)值一般都較高，所以，非常有必要開發(fā)新型高效的資源化回收裝置和方法。[0003] 目前，工業(yè)廢水處理方法主要可以分為四大類物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法。物理法主要包括懸浮態(tài)污染物質(zhì)分離(如除去油脂)、蒸發(fā)濃縮等，這些方法一般只是作為其他處理方法中的一個(gè)環(huán)節(jié)。化學(xué)法是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的方法，它主要是通過向廢水中加入相應(yīng)的化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)將污染物變成無害或低毒性的物質(zhì)(如加入次氯酸鈉氧化氰離子、加入硫酸亞鐵將六價(jià)鉻還原成毒性較小的三價(jià)鉻等)，或者將其變?yōu)槿菀着c污水分離的物質(zhì)后采用物理方法去除(如加入碳酸鈉將銅、鎘、鉻、鉛等重金屬沉淀后分離)。這種方法操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資費(fèi)用低、對(duì)高濃度污染物的去除效果較為穩(wěn)定，但是當(dāng)污染物濃度降低到一定程度后，進(jìn)一步去除污染物的效果非常有限，另外，該方法還存在嚴(yán)重的二次污染問題(如產(chǎn)生大量有毒有害污泥、可能會(huì)引入新的污染物等)，且資源化效果差，難以滿足日益嚴(yán)格的排放要求。生物法是利用微生物的生命活動(dòng)過程，將廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，如可用脫色桿菌厭氧處理含鉻廢水、用假單孢菌加活性污泥處理含鉻廢水等，但是該方法僅限于單一菌株處理單一污染物，而且受其他污染物干擾很大，凈化效果非常不穩(wěn)定。物理化學(xué)法是通過物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法，如離子交換法(將樹脂中的離子與廢水中的重金屬離子進(jìn)行交換，缺點(diǎn)是僅對(duì)某些離子有效，容易受到污染，投資運(yùn)行成本高，且難以實(shí)現(xiàn)資源化)、活性炭吸附法(主要利用活性碳發(fā)達(dá)的孔隙吸附污染物，缺點(diǎn)是活性碳耗量大，再生技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)行成本高，難以實(shí)現(xiàn)資源化)、電化學(xué)法等。 電化學(xué)法不需要添加任何化學(xué)藥劑，并且操作靈活、流程簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生二次污染(如污泥等)，能夠直接回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的金屬(如銅、鋅等)，故電化學(xué)處理法又被稱作清潔處理法。當(dāng)前的電化學(xué)反應(yīng)裝置主要分為平板電極反應(yīng)器和電極反應(yīng)器兩種。平板電極反應(yīng)器的陰、陽電極為平行的成對(duì)布置的平板，該裝置運(yùn)行過程中，污染物濃差極化大，電流密度小(一般最多只能達(dá)到200 300A/m3)，電流效率低(最高只有40 65% )。電極反應(yīng)器是一個(gè)由隔膜將陰、陽兩極隔開的化學(xué)電池，在一個(gè)半電池內(nèi)(陰極反應(yīng)區(qū))，插入饋電極，再加入導(dǎo)電顆粒(金屬顆粒，且與擬回收的金屬類型相同)，底部設(shè)置液體分布板，促使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的顆粒呈流化狀態(tài)，形成流態(tài)化電極。陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)顆粒之間及與饋電極之間的碰撞頻繁，促使顆粒帶電；顆粒在陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)化運(yùn)動(dòng)大大加快液體與顆粒間的傳質(zhì)速率，使金屬離子的濃差極化大大降低，可將電化學(xué)反應(yīng)的電流密度提高到1500 2500A/m3，將電流效率增加到60 90%以上，而且設(shè)備體積大為減小，特別適合于處理金屬離子濃度較低的廢水。 在目前已開發(fā)的電極反應(yīng)器中，隔膜(一種半滲透膜)是其必不可少的關(guān)鍵組件之一。理想的隔膜材料必須具備下列條件(l)具備適中的滲透壓，既不能太大(需保證陰、陽離子能夠順利透過)，又不能太小(以至液體大部分進(jìn)人陽極區(qū)，影響顆粒陰極的正常流化)；(2)具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，防止因?yàn)榻饘兕w粒頻繁撞擊隔膜而導(dǎo)致破損；(3)具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，防止酸堿腐蝕；(4)具有較小的電阻率，以降低能耗；(5)具有光滑的表面，防止導(dǎo)電顆粒在表面滯留、集結(jié)和粘附。但是，較為理想的隔膜材料(如貴金屬基滲透膜)價(jià)格過高，難以推廣應(yīng)用。通常采用的隔膜材料(如玻璃纖維、塑料等)又常常由于磨損破裂問題影響裝置的安全、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。 在目前技術(shù)難以提供廉價(jià)的理想的隔膜材料的情況下，開發(fā)新型的無需隔膜的流態(tài)化電極反應(yīng)裝置和金屬回收方法是提高我國(guó)工業(yè)廢水無害化、資源化水平的有效途徑。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，通過采用導(dǎo)向管噴動(dòng)床結(jié)構(gòu)的流態(tài)化電極反應(yīng)器，并優(yōu)化布置電極反應(yīng)器的內(nèi)部構(gòu)件，在無需使用隔膜的情況下，分隔出陰、陽兩個(gè)電極反應(yīng)區(qū)，徹底解決因?yàn)槭褂酶裟に詭淼母鞣N問題，保證了電化學(xué)反應(yīng)裝置的安全、連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，大大降低了電化學(xué)處理裝置的投資和運(yùn)行成本。 為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實(shí)用新型將采用以下的技術(shù)方案 —種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，包括電極反應(yīng)器，所述電極反應(yīng)器設(shè)置有廢水
進(jìn)入口、凈化水出口以及陰極反應(yīng)氣體排出口，且該電極反應(yīng)器內(nèi)安裝有廢水導(dǎo)向管、陽極
電極、陰極饋電極以及金屬大顆粒收集裝置，所述廢水進(jìn)入口設(shè)置于電極反應(yīng)器的底部，該
廢水進(jìn)入口上方縱向安裝廢水導(dǎo)向管，且廢水導(dǎo)向管下端與廢水進(jìn)入口之間存在間距，另
廢水導(dǎo)向管的上端安裝有陽極保護(hù)擋板，所述陽極電極以一定間隙設(shè)置在廢水導(dǎo)向管的外
壁，而陰極饋電極則設(shè)置于電極反應(yīng)器底部，另靠近陰極饋電極附近的電極反應(yīng)器上安裝
有給料裝置，所述金屬大顆粒收集裝置位于陽極保護(hù)擋板下方。 所述陽極保護(hù)擋板以一定角度傾斜向下地連接在廢水導(dǎo)向管上。 所述陽極保護(hù)擋板上連接有導(dǎo)流板，且陽極保護(hù)擋板上連接有水流可向上噴射的
大小顆粒分離噴嘴。 所述金屬大顆粒收集裝置為中部缺口設(shè)置的收集籃，該收集籃置于導(dǎo)流板下方。[0013] 所述金屬大顆粒收集裝置內(nèi)安裝有用于輸送大顆粒金屬的送料裝置。[0014] 所述收集籃的外邊緣設(shè)置有小顆粒收集擋板。 所述陽極電極包括陽極電極支架以及安裝在陽極電極支架上的陽極網(wǎng)。 所述陽極電極支架呈管狀，且該管狀陽極電極支架的管體上設(shè)置有陽極電極清洗噴嘴。 所述電極反應(yīng)器底部呈錐形，廢水進(jìn)入口設(shè)置于該電極反應(yīng)器錐形底部的最低部位 靠近凈化水出口的電極反應(yīng)器內(nèi)壁傾斜地安裝有防止金屬顆粒溢出的防溢板。[0019] 根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果 1.本實(shí)用新型在電極反應(yīng)器內(nèi)廢水進(jìn)入口上方縱向安裝廢水導(dǎo)向管，在廢水導(dǎo)向管的外壁設(shè)置陽極電極，并在廢水導(dǎo)向管上端連接陽極保護(hù)擋板，而在電極反應(yīng)器底部安裝陰極饋電極，從而可以有效地維持電極反應(yīng)器內(nèi)的顆粒處于流態(tài)化，同時(shí)避免金屬顆粒進(jìn)入陽極反應(yīng)區(qū)域，在無需使用隔膜的情況下，分隔出陰、陽兩個(gè)電極反應(yīng)區(qū)，徹底解決因?yàn)槭褂酶裟に詭淼母鞣N問題； 2.在陽極保護(hù)擋板的尾部布置大小顆粒分離噴嘴，通過噴射回用的廢水，選擇合適的噴射角度和速度，將大小顆粒分離開來，則大顆粒質(zhì)量重，慣性大，受大小顆粒分離噴嘴的噴流影響小，會(huì)落在較近的金屬大顆粒收集裝置中，然后利用輸送裝置將其送出并進(jìn)行資源化利用，該設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，防止顆粒長(zhǎng)得過大后引起流化狀態(tài)惡化；[0022] 3.通過合理布置小顆粒收集擋板與電極反應(yīng)器邊壁間的角度和空隙，在保證小顆粒金屬順利到達(dá)陰極板，獲得負(fù)電荷后進(jìn)入廢水導(dǎo)向管進(jìn)行陰極反應(yīng)，同時(shí)引導(dǎo)電極反應(yīng)器內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)，減小濃差極化，提高傳質(zhì)速率和電流效率； 4.本實(shí)用新型所提出的無隔膜噴動(dòng)床電極高效回收工業(yè)廢水中金屬裝置能夠?qū)崿F(xiàn)安全、連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，電流效率70 95%，金屬離子去除率85 98%，金屬離子回收率達(dá)80 95% ，大大降低了電化學(xué)處理裝置的投資和運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了廢水的無害化與資源化。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。 本實(shí)用新型所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理方法，其將待處理廢水引入電極反應(yīng)器，并使得該待處理廢水中的顆粒處于流態(tài)化，通過設(shè)置廢水導(dǎo)向管以及安裝在廢水導(dǎo)向管上端的陽極保護(hù)擋板，使得電極反應(yīng)器內(nèi)部劃分為相對(duì)獨(dú)立的陰極反應(yīng)區(qū)域和陽極反應(yīng)區(qū)域，輸入電極反應(yīng)器所需的流態(tài)床料，從而實(shí)現(xiàn)待處理廢水中流態(tài)床料對(duì)應(yīng)的金屬顆粒的回收。 為實(shí)現(xiàn)上述的廢水處理方法，本實(shí)用新型提供一種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，如圖1所示，本實(shí)用新型所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，包括電極反應(yīng)器，所述電極反應(yīng)器設(shè)置有廢水進(jìn)入口 1、凈化水出口 9以及陰極反應(yīng)氣體排出口 ll，且該電極反應(yīng)器內(nèi)安裝有廢水導(dǎo)向管21、陽極電極、陰極饋電極以及金屬大顆粒收集裝置19，所述廢水進(jìn)入口1設(shè)置于電極反應(yīng)器的底部，且本實(shí)用新型所述電極反應(yīng)器底部呈錐形，廢水進(jìn)入口 1設(shè)置于該電極反應(yīng)器錐形底部的最低部位，該廢水進(jìn)入口 1上方縱向安裝廢水導(dǎo)向管21，所述廢水導(dǎo)向管21下端與廢水進(jìn)入口 1之間存在間距，另廢水導(dǎo)向管21的上端安裝有陽極保護(hù)擋板8，且該陽極保護(hù)擋板8以一定角度傾斜向下地連接在廢水導(dǎo)向管21上，所述陽極保護(hù)擋板8上連接有導(dǎo)流板，且靠近該導(dǎo)流板附近的陽極保護(hù)擋板8上連接有水流可向上噴射以將大小顆粒分離的噴嘴14，為使分離效果更好，本實(shí)用新型將噴嘴14設(shè)置于陽極保護(hù)擋板8的尾部，所述陽極電極以一定間隙設(shè)置在廢水導(dǎo)向管21的外壁，該陽極電極包括陽
5極電極支架17以及安裝在陽極電極支架17上的陽極網(wǎng)7，且陽極電極支架17呈管狀，該管狀陽極電極支架17的管體上設(shè)置有陽極電極清洗噴嘴18，而陰極饋電極則設(shè)置于電極反應(yīng)器底部，本實(shí)用新型所述的陰極饋電極采用陰極板2，將其鋪設(shè)在電極反應(yīng)器底部，另靠近陰極饋電極附近的電極反應(yīng)器上安裝有給料裝置5，本實(shí)用新型所述的給料裝置5為螺旋給料機(jī)，所述金屬大顆粒收集裝置19位于陽極保護(hù)擋板8下方，金屬大顆粒收集裝置19為中部缺口設(shè)置的收集籃，該收集籃置于導(dǎo)流板下方，且所述收集籃的外邊緣設(shè)置有小顆粒收集擋板，另金屬大顆粒收集裝置19內(nèi)安裝有用于輸送大顆粒金屬的送料裝置20，本實(shí)用新型所述送料裝置20選用螺旋輸送機(jī)。 為避免金屬顆粒隨著凈化水流出電極反應(yīng)器，本實(shí)用新型在靠近凈化水出口 9的電極反應(yīng)器內(nèi)壁傾斜地安裝有防止金屬顆粒溢出的防溢板12。為便于維修，本實(shí)用新型在電極反應(yīng)器上設(shè)置有維修入口 IO，且該維修入口 IO上安裝有法蘭。 使用時(shí)，將含有可回收金屬離子的工業(yè)廢水由電極反應(yīng)器底部設(shè)置的廢水進(jìn)入口1進(jìn)入電極反應(yīng)器，流速1 10m/s，噴入的廢水與攜帶負(fù)電荷的小顆粒金屬，進(jìn)入廢水導(dǎo)向管21，并最終從廢水導(dǎo)向管21內(nèi)噴出，在此過程中，廢水中的金屬離子與負(fù)電荷結(jié)合，還原成金屬單質(zhì)，吸附在金屬顆粒表面上，金屬顆粒逐漸長(zhǎng)大，反應(yīng)方程如式(1)所示。從導(dǎo)向管噴出的金屬顆粒向周圍散開，由于陽極保護(hù)擋板8的遮擋，不會(huì)落入陽極反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。由于廢水導(dǎo)向管21外液體流速大大降低，金屬顆粒會(huì)在重力作用下，向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)金屬顆粒向下沉降到陽極保護(hù)擋板8尾端時(shí)，大小顆粒分離噴嘴14噴出流速0. 3 lm/s的凈化水，由于已經(jīng)長(zhǎng)大的金屬顆粒質(zhì)量較大，所噴出水流的影響較小，沉降較快，會(huì)落入較近的大顆粒金屬收集籃中，由螺旋輸送機(jī)送出電化學(xué)反應(yīng)裝置。大顆粒金屬一部分會(huì)被輾碎成小顆粒后，重新作為新的流化床料，經(jīng)螺旋給料機(jī)送入電極反應(yīng)器底部；另一部分就可回收利用。小顆粒金屬由于受大小顆粒分離噴嘴14噴出水流的影響較大，會(huì)運(yùn)動(dòng)到更遠(yuǎn)的地方(更接近電化學(xué)反應(yīng)器邊緣)后沉降，落入小顆粒收集引導(dǎo)擋板上，沿著反應(yīng)器邊壁落入反應(yīng)器底部的陰極板2上，在陰極板2上向下移動(dòng)過程中獲得負(fù)電荷，當(dāng)下移到噴動(dòng)床入口處時(shí)，被入口水流帶入廢水導(dǎo)向管21，與廢水中的金屬離子發(fā)生陽極反應(yīng)。凈化后的廢水從凈化水出口 9排出，由于出口前面布置防止顆粒溢出擋板，可防止金屬顆粒隨著水流溢出。在反應(yīng)陰極區(qū)(主要指噴動(dòng)導(dǎo)向管內(nèi)部區(qū)域)主要發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)如反應(yīng)方程式(1)所示，副反應(yīng)如方程式(2)所示，該過程中的主要?dú)怏w為氫氣。陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的主要電化學(xué)反應(yīng)如方程式(3)所示，過程中中的產(chǎn)生的副產(chǎn)物為二氧化碳，還含有少量的氧氣和一氧化碳。電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體分別從陽極反應(yīng)氣體排出口和陰極反應(yīng)氣體排出口 11排出。 陰極反應(yīng)區(qū)主要反應(yīng)方程式 Mn++ne —M M為金屬或者金屬離子 (1)[0032] 陰極反應(yīng)區(qū)副反應(yīng)方程式 2H++e —H2 H2為氫氣 (2) 陽極反應(yīng)區(qū)主要反應(yīng)方程式 aH20-ae+cCxHyOz — aH++cC02+dCO+eH20+f02 其中，(;HyOz為廢水中的有機(jī)物 (3)
權(quán)利要求一種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，包括電極反應(yīng)器，所述電極反應(yīng)器設(shè)置有廢水進(jìn)入口、凈化水出口以及陰極反應(yīng)氣體排出口，其特征在于，所述電極反應(yīng)器內(nèi)安裝有廢水導(dǎo)向管、陽極電極、陰極饋電極以及金屬大顆粒收集裝置，所述廢水進(jìn)入口設(shè)置于電極反應(yīng)器底部，該廢水進(jìn)入口上方縱向安裝廢水導(dǎo)向管，且廢水導(dǎo)向管下端與廢水進(jìn)入口之間存在間距，另廢水導(dǎo)向管的上端安裝有陽極保護(hù)擋板，所述陽極電極以一定間隙設(shè)置在廢水導(dǎo)向管的外壁，而陰極饋電極則設(shè)置于電極反應(yīng)器底部，另靠近陰極饋電極附近的電極反應(yīng)器上安裝有給料裝置，所述金屬大顆粒收集裝置位于陽極保護(hù)擋板下方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極保護(hù)擋板以 一定角度傾斜向下地連接在廢水導(dǎo)向管上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極保護(hù)擋板上連接有導(dǎo)流板，且陽極保護(hù)擋板上連接有水流可向上噴射的以將大小顆粒分離的噴嘴。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述金屬大顆粒收集裝置為中部缺口設(shè)置的收集籃，該收集籃置于導(dǎo)流板下方。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述金屬大顆粒收集裝置內(nèi)安裝有用于輸送大顆粒金屬的送料裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述收集籃的外邊緣設(shè)置有小顆粒收集擋板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極電極包括陽極電極支架以及安裝在陽極電極支架上的陽極網(wǎng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極電極支架呈管狀，且該管狀陽極電極支架的管體上設(shè)置有陽極電極清洗噴嘴。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述電極反應(yīng)器底部呈錐形，廢水進(jìn)入口設(shè)置于該電極反應(yīng)器錐形底部的最低部位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，靠近凈化水出口的電極反應(yīng)器內(nèi)壁傾斜地安裝有防止金屬顆粒溢出的防溢板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無隔膜電化學(xué)廢水處理裝置，包括電極反應(yīng)器，電極反應(yīng)器內(nèi)安裝有廢水導(dǎo)向管、陽極電極、陰極饋電極以及金屬大顆粒收集裝置，所述廢水進(jìn)入口設(shè)置于電極反應(yīng)器的底部，其上方縱向安裝廢水導(dǎo)向管，且廢水導(dǎo)向管下端與廢水進(jìn)入口之間存在間距，另廢水導(dǎo)向管的上端安裝有陽極保護(hù)擋板，所述陽極電極設(shè)置在廢水導(dǎo)向管的外壁，而陰極饋電極則設(shè)于電極反應(yīng)器底部，另電極反應(yīng)器上安裝有給料裝置，所述金屬大顆粒收集裝置位于陽極保護(hù)擋板下方，由此可知，本實(shí)用新型可以有效地維持電極反應(yīng)器內(nèi)的顆粒處于流態(tài)化，同時(shí)避免金屬顆粒進(jìn)入陽極反應(yīng)區(qū)域，在無需使用隔膜的情況下，分隔出陰、陽兩個(gè)電極反應(yīng)區(qū)，徹底解決因?yàn)槭褂酶裟に鶐淼母鞣N問題。
文檔編號(hào)C02F1/461GK201520663SQ20092023575
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者肖剛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)