專利名稱：實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電鍍廢水的回收裝置。
背景技術(shù)：
電鍍是當(dāng)今全球三大污染行業(yè)之一。電鍍行業(yè)每年排放大量廢水。由于電鍍廢水中含有重金屬離子等有害物質(zhì)，污染水源，破壞生態(tài)，危機(jī)人類健康和壽命，因此需要徹底治理。電鍍廢水治理需要大量設(shè)備和原料投資，處理成本高。電鍍廠點(diǎn)，特別是小規(guī)模電鍍廠點(diǎn)很難承擔(dān)，長期以來造成電鍍廢水治理不理想。又因電鍍廠點(diǎn)的分散性和廢水排放的隱蔽性，給環(huán)境保護(hù)的管理帶來很大難度。長期以來，人們研究各種方法來減少廢水的量，但大都由于可操作性和成本問題而不能推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是針對現(xiàn)有的電鍍廢水回收裝置所存在的成本高、操作性差的問題，從而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、容易操作且回收效果好的實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置，它包括電極室1，電極室1是由絕緣盒a和設(shè)置在絕緣盒a內(nèi)的金屬板b組成，金屬板b與電源的正電極或負(fù)電極連接，該裝置還包括另一個與電源的負(fù)電極或正電極連接的金屬板c；所述絕緣盒a的盒體上設(shè)有供金屬離子通過的孔a-1，孔a-1的表面貼有離子交換膜3。該裝置是采用電化學(xué)和膜技術(shù)相結(jié)合的原理研制的，它體積小，可直接放置在電鍍生產(chǎn)線的回收槽和水洗槽中，在生產(chǎn)的同時回收金屬離子，從而減少電鍍廢水的量，不僅節(jié)約了水資源，還減少電鍍廢水處理的費(fèi)用，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。該裝置對Ni2+，Cu2+，Zn2+，CrVI，Sn2+，Pb2+等電鍍廢水有較好的回收效果，它回收的金屬離子形式是氫氧化物或者是富集離子等，回用方便。該裝置還克服了其它技術(shù)和產(chǎn)品對高濃度的電鍍廢水回收效果好，而對低濃度的電鍍廢水回收效果差的缺點(diǎn)，該裝置特別適用于低濃度的電鍍廢水，如金屬離子的濃度為100mg/L左右時，金屬離子收集率達(dá)50％～80％，電鍍清洗水量減少50％～80％，本發(fā)明還可以采用電解除油電源，所回收的金屬回用方便，不需送冶煉廠，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，利于推廣應(yīng)用。


圖1是具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
三使用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
三所述鎳廢水通電時裝置里可能發(fā)生的主要遷移過程示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式包括電極室1，電極室1是由絕緣盒a和設(shè)置在絕緣盒a內(nèi)的金屬板b組成，金屬板b與電源的正電極或負(fù)電極連接，該裝置還包括另一個與電源的負(fù)電極或正電極連接的金屬板c；所述絕緣盒a的盒體上設(shè)有供金屬離子通過的孔a-1，孔a-1的表面貼有離子交換膜3。
具體實(shí)施方式
二參照圖1，本實(shí)施方式的裝置是由一個陽極室1-1、一個陽極金屬板d和一個陰極金屬板c組成，對于含CrVI離子的電鍍廢水，使用本實(shí)施方式所述的回收裝置進(jìn)行處理效果較好。
回收的原理就是在外加直流電場的作用下，利用離子交換膜對水中離子的選擇透過性，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，以達(dá)到濃縮、純化、合成、分離的目的。當(dāng)廢水的pH值保持在5.00以下時，六價鉻幾乎全部以重鉻酸根(Cr2O72-)的形式存在，而當(dāng)廢水的pH值大于7.00時，則六價鉻幾乎全部以鉻酸根(CrO42-)的形式存在。廢水pH值越低，以重鉻酸根(Cr2O72-)形式存在的六價鉻就越多；反之，就越少。兩種離子所帶的電荷數(shù)相同，均為兩個負(fù)電荷，而不同的是前者一個離子中含有兩個六價鉻離子，即當(dāng)通過相同的電量時，前者運(yùn)送六價鉻離子的速率是后者的兩倍。即廢水的pH值越低，CrVI離子的回收速率就越高。
由圖1可知，該裝置形成左右兩個回路，其中左陽極主要起提供離子遷移動力的作用，負(fù)責(zé)離子的回收；右陽極則主要起產(chǎn)生H+的作用，負(fù)責(zé)中和陰極產(chǎn)生的一部分OH-，減緩溶液pH值的升高趨勢。這樣就可以通過調(diào)整兩個回路中流過的電流來控制離子回收的速率(左陽極)以及H+的生成速率(右陽極)達(dá)到控制溶液pH值的目的。其中陽極盒采用陰離子交換膜，它允許廢水中六價鉻離子以重鉻酸根(Cr2O72-)或鉻酸根(CrO42-)的形式遷移到回收裝置中，同時阻止陽極上產(chǎn)生的H+遷移到回收裝置外的溶液中。
使用該裝置對20L的鍍鉻廢水進(jìn)行連續(xù)電解處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1起始濃度為200mg/L時回收裝置中CrVI離子的濃度變化時間(h) 12 24 48 72裝置外溶液濃度(mg/L)86 72 48.5 38裝置內(nèi)溶液濃度(mg/L)332 500737.51000由表1可知，回收裝置外溶液的濃度在前48h內(nèi)減少得非常明顯，而48h以后則減少得相對緩慢。
具體實(shí)施方式
三參照圖2，本實(shí)施方式所述的電極室1包括陽極室1-1和陰極室2-1，陽極室1-1內(nèi)的金屬板b與電源的正極連接，陽極室1-1表面所覆的膜為陰離子交換膜3-1；陰極室2-1內(nèi)的金屬板b與電源的負(fù)極連接，陰極室2-1表面所覆的膜為陽離子交換膜3-2。在70cm×50cm×60cm(溶液體積為217L)的模擬電鍍鎳水洗槽中，采用本實(shí)施方式所述的浸沒式電鍍廢水回收裝置，進(jìn)行連續(xù)電解處理，使用8V的直流電源，電流密度是0.6A/1000L。
鎳廢水是由300g/L NiSO4.6H2O，35g/L NiCl2.6H2O，35g/L H3BO3混合而成的。參照圖3，鎳廢水在通電時裝置里可能發(fā)生的主要遷移過程如下(1)反離子遷移由于離子交換膜具有選擇透過性，所以SO42-、Cl-和Ni2+分別向陽極室和陰極室的遷移是電解時發(fā)生的主要過程。
(2)水的電離當(dāng)電解質(zhì)離子未能及時地補(bǔ)充到膜表面，水就會電離出OH-和H+。再者，溶液中的H3BO3也會電離出少量的H+。
(3)水的電滲透電解質(zhì)離子實(shí)際上都是以水合離子的形式存在，所以在遷移的過程中會攜帶一定數(shù)量的水分子遷移。
(4)同名離子遷移由于離子交換膜的選擇透過性不可能達(dá)到100％，所以屆時將會有少量的陰離子和陽離子從陽極室和陰極室中遷移出來。
綜上所述，反離子遷移是反應(yīng)時發(fā)生的主要過程，其他均為次要過程，這些次要過程會影響和干擾主要過程。
本實(shí)施方式中，陰極有效面積為38dm2。電解過程中Ni2+離子濃度、溶液pH值的變化見表2。
表2低濃度電解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表時間(h) 電流(A)pH1 pH2 pH3Ni2+濃度(mg/L)00.25 3.1 3.1 3.1 12812 0.26 2.5 3.1 4.6 10924 0.26 2.4 3.0 5.8 10536 0.29 2.0 2.8 7.1 5548 0.31 2.0 2.6 7.4 7360 0.33 1.9 2.5 7.7 7072 0.34 1.9 2.5 7.7 51注以中型裝置1為例，pH1為陽極盒內(nèi)pH值，pH2為水洗槽內(nèi)pH值，pH3為陰極盒內(nèi)pH值。
從表2可以看出，Ni2+濃度在t＝24h至t＝36h這一12h內(nèi)下降得最快，降幅達(dá)50mg/L。從t＝36h以后，Ni2+濃度又開始攀升，但攀升幅度不大，之后又下降，最終停留在51mg/L。Ni2+濃度在短時期內(nèi)攀升的具體原因尚不太清楚，但有一點(diǎn)是可以肯定的，即陰極盒內(nèi)pH值的迅速上升有利于生成Ni(OH)2沉淀。最終陰極盒內(nèi)pH值徘徊在8.0左右，如此也說明了該裝置在電解低濃度鎳廢液時，50～55mg/L已達(dá)極限。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式仍采用圖2所示結(jié)構(gòu)的回收裝置，該實(shí)驗(yàn)是在一個電鍍廠進(jìn)行的，電鍍鎳的水洗槽為1000L，槽中Ni2+濃度為100mg/L左右。回收槽里每天帶進(jìn)來的Ni2+濃度達(dá)到200-300mg/L。
將該裝置放置在水洗槽里，為了不影響生產(chǎn)的進(jìn)行，只占水洗槽的一半空間。調(diào)節(jié)電源使其恒壓在8V，進(jìn)行不間斷的通電實(shí)驗(yàn)。電解過程中Ni2+離子濃度、溶液pH值的變化見表3。
從表3可以看出，Ni2+濃度出現(xiàn)了先上升后下降的怪現(xiàn)象，最高時竟然達(dá)到了455mg/L。這是因?yàn)樵诎惭b實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，廠家停止了對回收槽的間歇放水，但鍍件在回收槽里的清洗卻仍在進(jìn)行；另一方面，雖然設(shè)備在不斷地運(yùn)作，但處理Ni2+的速度卻不及鍍件帶進(jìn)來的Ni2+的速度。這兩方面的原因?qū)е铝藵舛鹊牟粩嗯噬?。后來Ni2+濃度的急劇下降是由于廠家恢復(fù)了對回收槽的間歇放水。但這時發(fā)現(xiàn)耗水量減少了約70％。
實(shí)驗(yàn)裝置在15日的連續(xù)電解過程中，將廢水中的一部分Ni2+處理為Ni(OH)2沉淀，15日后陰極盒中倒出的滿滿一臉盆(估計有800-1000g)的綠色沉淀溶液。該沉淀可加硫酸直接回用。
表3工廠測試時時間、Ni2+離子濃度和pH值時間(天數(shù)) 電流(A)pH1 pH2 pH3Ni2+濃度(mg/L)0 0.22 7.1 7.1 7.1 1221 0.27 2.8 7.1 7.5 1533 0.36 2.2 7.2 8.0 2655 0.47 2.0 7.1 8.3 3278 0.57 1.5 7.1 8.5 45511 0.40 1.5 7.2 8.4 16414 0.24 1.5 7.3 8.4 具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式是采用圖1所示的裝置進(jìn)行回收的，但在離子交換膜3的外表面設(shè)有過濾布4。
鍍液槽容積大約為9L的圓形臉盆。
陽(陰)極盒容積為9.7cm×4.6cm×8.6cm＝384mL，一側(cè)均勻分布九個直徑為2.5cm的圓孔，其總面積為9×π×(2.5cm)2/4≈44cm2。
陽極鈦涂釕銠合金陽極，大小為10cm×6.5cm＝65cm2。
陰極不銹鋼陰極，大小為9cm×10cm＝90cm2。
電滲析用電極材料主要有石墨、不銹鋼和鈦涂釕銠合金。其中石墨可用作陽極和陰極，厚度20～30mm。它具有價格低、無毒的優(yōu)點(diǎn)。但它重而脆，易耗損。石墨電極經(jīng)石蠟或樹脂浸漬處理后，可以延長使用壽命。不銹鋼電極一般用作陰極，對于處理含氯量低的重碳酸鹽型水也可用作陽極，但需在低電流密度和低溫(30℃以下)下工作，厚度2～3mm。但不銹鋼易于加工，原料來源豐富。鈦涂釕銠合金電極可以作為陽極和陰極，是一種耐腐蝕性能良好的電極，但價格較貴?？梢灾瞥山z狀，網(wǎng)狀和板狀電極。本實(shí)驗(yàn)初步選擇鈦涂釕銠合金陽極和不銹鋼陰極。
鍍液槽中Ni2+的初始濃度大約是在100mg/L左右，接上10V的電源，目的是通過電解的方式將Ni2+濃度降下來。預(yù)計Ni2+會沉積在陰極上。
但裝置通電之后，實(shí)際發(fā)生的反應(yīng)為陽極陰極陰極上生成的卻是H2和Ni(OH)2沉淀，而非預(yù)想中的Ni2+沉積在陰極上。原因可能是這樣的由于Ni2+濃度較低，使得H+的析出電位較Ni2+的電位為正，故而H2更容易析出；并在反應(yīng)中產(chǎn)生OH-，導(dǎo)致了Ni(OH)2沉淀的出現(xiàn)。但是實(shí)驗(yàn)的初衷達(dá)到了，Ni2+濃度隨著Ni(OH)2沉淀降了下來。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置，其特征在于它包括電極室(1)，電極室(1)是由絕緣盒(a)和設(shè)置在絕緣盒(a)內(nèi)的金屬板(b)組成，金屬板(b)與電源的正電極或負(fù)電極連接，該裝置還包括另一個與電源的負(fù)電極或正電極連接的金屬板(c)；所述絕緣盒(a)的盒體上設(shè)有供金屬離子通過的孔(a-1)，孔(a-1)的表面貼有離子交換膜(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置，其特征在于所述電極室(1)包括陽極室(1-1)和陰極室(2-1)，陽極室(1-1)內(nèi)的金屬板(b)與電源的正極連接，陽極室(1-1)表面所覆的膜為陰離子交換膜(3-1)；陰極室(2-1)內(nèi)的金屬板(b)與電源的負(fù)極連接，陰極室(2-1)表面所覆的膜為陽離子交換膜(3-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置，其特征在于在離子交換膜(3)的外表面還設(shè)有過濾布(4)。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的電鍍廢水在線回收裝置，涉及一種電鍍廢水的回收裝置。長期以來，人們研究各種方法來減少廢水的量，但大都由于可操作性和成本問題而不能推廣。本發(fā)明包括電極室(1)，電極室(1)是由絕緣盒(a)和設(shè)置在絕緣盒(a)內(nèi)的金屬板(b)組成，金屬板(b)與通電正電極或負(fù)電極連接，該裝置還包括另一個與負(fù)電極或正電極連接的金屬板(c)；所述絕緣盒(a)的盒體上設(shè)有供金屬離子通過的孔(a－1)，孔(a－1)的表面貼有離子交換膜(3)。本發(fā)明裝置對Ni
文檔編號C02F1/46GK1603245SQ20041004392
公開日2005年4月6日 申請日期2004年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者戴長松, 王殿龍, 魏杰, 胡信國 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)