CN100334009C - 用于废水处理中的金属回收设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废水处理中的金属回收设备，包括反应容器和设置在反应容器内的由阳极和阴极组件组成的电化学反应器；其特点是：阴极组件包括，至少一与阳极平行设置的阴极支撑构件，安置在阴极支撑构件上的双阴极，与阴极支撑构件连接的阴极电流馈送条；并且阴极组件可以设置一阴极支撑构件和双阴极，或设置两阴极支撑构件和两个阴极，也可在阳极和阴极组件之间设置隔膜组件；双阴极由泡沫金属或碳纤维组成；由此本发明可适用金属范围广浓度宽的废水处理；同时由于增加阴极面积而提高反应速度，避免两个阴极因金属沉积而粘合在一起；并且由于阳极和阴极组件之间隔膜组件的设置，从而防止阳极产生有毒氯气，提高了安全性能，因此极为实用。

Description

用于废水处理中的金属回收设备

技术领域

本发明涉及一种环保领域的水污染控制设备，尤其涉及一种用于废水处理中的金属回收设备。

背景技术

在现有技术中，利用电化学方法回收废水中金属的设备有很多，这些设备虽然能进行回收废水中金属的工作，但是由于废水中回收金属的复杂性，针对不同的回收金属和回收浓度常常需要改变电化学反应器的结构和操作方法，因此这种形式的金属回收设备无疑使使用者因需备不同结构的电化学反应器和繁琐的操作而难以接受。所以寻找一种适合金属范围广、适用金属浓度范围宽、操作方便的电化学反应器成了人们普遍关注的领域，在此过程中，人们发现用碳纤维作为电极的电化学反应器由于其独特的优势得到了很多研究者的投入，为此开发了新的碳纤维电极电化学反应器，如美国专利US5690806、US6149797、US6162333公开了碳纤维电极电化学反应器的不同结构，并给予碳纤维电极电化学反应器以极高的评价。但是这些单独利用碳纤维作为电极的电化学反应器在实际生产和使用过程中存在一定的缺陷：

1.现有技术单独利用碳纤维作为电极的碳纤维电化学反应器比较适用于浓度比较低的溶液中金属的回收，而对于高浓度溶液中金属的回收容易使碳纤维层很快饱和；

2.现有技术碳纤维电化学反应器由于将碳纤维电极放在尺寸稳定的阳极的内部，所以容易发生因碳纤维在阴极上的不当包裹等原因而产生的电流短路；

3.现有技术碳纤维电化学反应器由于碳纤维的总面积相对较小，因此当处理水量增加时需要增加新的反应器，从而提高了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于废水处理中的金属回收设备，它不仅适合金属范围广、适用金属浓度范围宽、操作方便，并且成本低、使用寿命长。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于废水处理中的金属回收设备，包括：一反应容器，它由容器壳体、容器底座和容器盖板组成，容器壳体中部设置一集水管，容器壳体底部设置一个进水口和一个与集水管通的出水口；一电化学反应器，该电化学反应器由设置在反应容器内的阳极和阴极组件组成；其特点是：

所述的阴极组件包括，至少一与阳极平行设置的阴极支撑构件，安置在阴极支撑构件上的两个阴极，与阴极支撑构件连接的阴极电流馈送条。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的阴极组件中的阴极支撑构件呈中心贯通的圆管形状，在阴极支撑构件圆管外壁上设置多个上下延伸的长孔，长孔之间的阴极支撑构件圆管管壁呈肋条状，形成阴极支撑构件由多根肋条构成；所述的阴极支撑构件的顶部具有一个中心贯通的圆柱状突起，所述的容器盖板上贯穿设置一阳极电流接线柱，该阳极电流接线柱的下端镶嵌在阴极支撑构件顶部的空心突起中并与阳极连接；所述的阴极支撑构件突起的顶部设置一密封圈。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的设置在阴极支撑构件上的两个阴极是以下之一：分别是采用泡沫金属组成的高浓度阴极和采用碳纤维组成的低浓度阴极，由泡沫金属组成的高浓度双阴极，由碳纤维组成的低浓度双阴极；所述的两个阴极与阴极支撑构件连接的方式是下列之一：两个阴极包裹在同一个阴极支撑构件上，两个阴极分别包裹在两个阴极支撑构件上。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的阴极电流馈送条有两条，两阴极电流馈送条的宽度小于阴极支撑构件上相邻两长孔之间的肋条的宽度，阴极电流馈送条通过不导电的螺栓固定设置在阴极支撑构件的肋条管壁的外围；所述的阴极支撑构件上面设置一电流收集环，所述的两阴极电流馈送条上延伸部弯折后分别紧贴于电流收集环的下侧；所述的容器盖板上贯穿设置两个阴极电流接线柱，两个阴极电流接线柱的下端与电流收集环和阴极电流馈送条连接在一起。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的容器盖板至少设置两个与反应容器连接的系墙螺栓；在容器盖板上还设置一能将由阳极和阴极组件组成的反应容器与容器盖板一起从反应容器中取出的把手。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的反应容器容器壳体下部中央设置一圆形托板，圆形托板周边设有具有倾角的圆壁，所述的阴极支撑构件下端内壁与圆形托板周边的圆壁紧密吻合。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，在所述的反应容器进水口设置一与废水源连接的进水口活接头；在反应容器出水口设置一出水口活接头。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的阴极组件在阳极外围设置一个具有多个长孔的阴极支撑构件；在阴极支撑构件上包裹了泡沫金属组成的高浓度阴极和碳纤维组成的低浓度阴极，并通过板条和螺栓将泡沫金属高浓度阴极和碳纤维低浓度阴极紧密固定在阴极支撑构件上。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，所述的阴极组件设置有两个具有多个长孔的阴极支撑构件；其中，一阴极支撑构件设置在阳极外围，另一阴极支撑构件设置在阳极内部，阴极支撑构件平坦的顶部通过接线柱与电流收集环连接；所述的设置在两阴极支撑构件上的两个阴极是以下之一：在一阴极支撑构件上设置泡沫金属组成的高浓度阴极，在另一阴极支撑构件上设置碳纤维组成的低浓度阴极，在两阴极支撑构件上均设置由碳纤维组成的两低浓度阴极。

在上述的用于废水处理中的金属回收设备中，其中，在所述的阳极和阴极组件之间设置一隔膜组件，该隔膜组件是由离子交换隔膜组成；在所述的反应容器设置两个进水口和两个出水口。

本发明用于废水处理中的金属回收设备由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明由于采用由双阴极和单阳极构成的反应器结构；两个阴极可以采用泡沫金属组成的高浓度阴极和碳纤维组成的低浓度阴极，由此可以适合金属范围广且金属浓度范围宽的废水处理，使之既可以进一步地回收金属，并且提高了废水的处理质量；

2.本发明由于在阳极的内外分别设置阴极支撑构件，在两阴极支撑构件上分别设置阴极，由此使反应器的阴极面积相对增加了很多，从而增加了反应速度，避免沉积了过多金属的泡沫金属高浓度阴极和碳纤维低浓度阴极会由于金属的沉积而粘合在一起而影响了废水处理和金属回收的问题；

3.本发明由于在阳极和阴极组件之间设置隔膜组件，在反应容器为阴极液和阳极液分别设置进水口和出水口，从而可以在阳极上防止有毒氯气的产生，从而提高了本发明的安全性能。

附图说明

通过以下对本发明用于废水处理中的金属回收设备的若干实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本发明用于废水处理中的金属回收设备的结构示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖视结构示意图；

图3是本发明用于废水处理中的金属回收设备第一实施例采用一个阴极构件组成的电化学反应器的结构示意图(其中阴极材料部分切除)；

图4是本发明用于废水处理中的金属回收设备第二实施例采用两套阴极构件组成的电化学反应器的剖视结构示意图；

图5是本发明用于废水处理中的金属回收设备第三实施例采用了隔膜组件组成的电化学反应器的剖视结构示意图。

具体实施方式

请参见图1和图2所示，这是本发明用于废水处理中的金属回收设备的结构示意图和剖视结构示意图。本发明用于废水处理中的金属回收设备，由反应容器10和设置在反应容器10内的由阳极20和阴极组件30构成的电化学反应器所组成。

所述的反应容器10包括：容器壳体11、与容器壳体11下端紧密连接的容器底座12、密封在容器壳体11上端的容器盖板13。容器壳体11中部设置一集水管111；容器壳体11下部中央设置一圆形托板112，圆形托板112周边设有具有倾角的圆壁，该托板112周边倾角圆壁与阴极支撑构件31下端内壁紧密吻合；容器壳体11底部设置一个进水口18和一个与集水管111相通的出水口19，为了方便与污水源和出水处的管道的连接与安装，在本实施例中，进水口18和出水口19都采用了活接头的安装方式，即在进水口18设置一与废水源连接的进水口活接头181；在出水口19设置一出水口活接头191，由此只要旋转活接头就能将与外部系统连接的管道拆卸下来，方便了设备的安装与使用；并且，为了一些特殊的需要，进水口18和出水口19的水流方向可以改变，即进水口18可以作为出水口使用，出水口19可以作为进水口使用。容器底座12的四角设置螺栓孔，用来固定反应容器10固定。容器盖板13上设置有一把手14，用以将容器盖板13和与容器盖板13连接的由阳极20和阴极组件30构成的电化学反应器一起从反应容器10内提出来；容器盖板13上还贯穿设置有两个阴极电流接线柱15、一个阳极电流接线柱16、至少两个用以将容器盖板13固定在反应容器10上的系墙螺栓17。

所述的阴极组件30包括，至少一个与阳极20平行设置的阴极支撑构件31，在阴极支撑构件31上设置两个阴极，即阴极32和阴极33，在阴极支撑构件31连接一阴极电流馈送条34。其中，

所述的阴极支撑构件31由不导电的材料例如PVC、UPVC等加工呈中心贯通的圆管形状，在阴极支撑构件31圆管外壁上设置多个上下延伸的长孔311，长孔311之间的阴极支撑构件31圆管管壁呈肋条状，形成阴极支撑构件31由多根肋条构成。阴极支撑构件31下端内壁具有与容器壳体11下部中央圆形托板112周边圆壁相适配的倾角，以便阴极支撑构件31与容器壳体11紧密交换再一起。阴极支撑构件31的顶部具有一个圆柱状突起312，该圆柱状突起312的中心是空的，用以使设置在容器盖板13上的阳极电流接线柱16能镶嵌在空心的突起312中，与阳极20连接在一起，在阴极支撑构件31突起312的顶部设置一密封圈(未图示)，当容器盖板13盖在容器壳体11上端时，密封圈与可以使容器壳体11和容器盖板13连接的时候，水不会从圆柱状突起312的空隙中泄露。

所述的两个阴极32和33设置在阴极支撑构件31上组成阴极组，对溶液中的金属离子发生反应。阴极32和阴极33的设置，可以采用由泡沫金属组成的高浓度阴极32和由碳纤维组成的低浓度阴极33，或者可以采用由泡沫金属组成两高浓度阴极32和33，也可以采用由碳纤维组成两低浓度阴极32和33。泡沫金属材料适用于溶液中金属离子的浓度比较高的时候进行反应，碳纤维材料适用于溶液中金属离子的浓度比较低的时候进行反应。例如，当溶液中金属离子的浓度比较高的时候，由泡沫金属组成的高浓度阴极优先与这些高浓度的金属离子发生反应，被还原的金属沉积在泡沫金属的高浓度阴极上，当溶液中金属离子的浓度降到比较低的状况的时候，由碳纤维组成的低浓度阴极能比较快速地与这些低浓度的金属离子反应，进一步地回收金属。采用这两种材料组合形成的双阴极其使用的优势在于，使泡沫金属上沉积的金属的纯度比较高，减少了再生的费用，同时避免了碳纤维材料很快地发生饱和，不仅使废水比较容易达标，并且达到尽可能地回收资源的效果。上述两个阴极32和33与阴极支撑构件31连接，可以将两个阴极32和33包裹在同一个阴极支撑构件31上，也可以将两个阴极32和33分别包裹在两个阴极支撑构件31上。

所述的阴极电流馈送条34由不锈钢或者钛条加工而成，阴极电流馈送条34设置有两条(请配合参见图3所示)，两阴极电流馈送条34的宽度小于阴极支撑构件31上相邻两长孔311之间的肋条的宽度，这样可以避免所处理溶液中的金属沉积在阴极电流馈送带34上，由此可延长阴极电流馈送带34的使用寿命；两阴极电流馈送条34通过不导电的螺栓341固定设置在阴极支撑构件31的肋条管壁的外围，两阴极电流馈送条34向上延伸的上延伸部弯折后分别紧贴于设置在阴极支撑构件31上面的电流收集环313的下侧，并且与贯穿设置在容器盖板13上的两个阴极电流接线柱15的下端连接在一起。

由上述可知，由于阳极20与设置在容器盖板13上的阳极电流接线柱16连接，阴极电流馈送带34与电流收集环313和设置在容器盖板13上的阴极电流接线柱15连接，从而将由阳极20和阴极组件30构成的电化学反应器与容器盖板13上成为一个整体；当将电化学反应器随同容器盖板13安装在反应容器10内时，阴极支撑构件31套紧且固定在反应容器10下部的圆形托板112上，圆形托板112四周具有一定倾角的圆壁保证了与阴极支撑构件31的紧密结合，防止漏水；拆卸时只要旋下系墙螺栓17即可将由阳极20和阴极组件30构成的电化学反应器随同容器盖板13从反应容器10中取出来；上述部件的结合，方便了安装、运行与维修等操作。

本发明的工作原理是，待处理的溶液由进水口18连续流动进入反应容器10，溶液在反应容器10内通过阴极组件30上的两个阴极的电解作用而回收或者去除所关心的金属离子后，处理后的水汇集在集水管111内，然后由出水口19流出。

请结合图1参见图2和图3所示，图2和图3是本发明收金属的电化学反应器设备第一实施例的结构示意图和采用一个阴极构件组成的电化学反应器的结构示意图。在本实施例中，在阴极组件30中设置一个其上具有多个长孔311的阴极支撑构件31a，该阴极支撑构件31a设置在阳极20的外围，阴极支撑构件31a上包裹了泡沫金属组成的高浓度阴极32和碳纤维组成的低浓度阴极33；为了使两个阴极32和33尽可能地紧密包裹在阴极支撑构件31a上，在本实施例中通过板条314和螺栓将泡沫金属高浓度阴极32和碳纤维低浓度阴极33紧密固定在阴极支撑构件31a上；当然板条314也可以采用活动的扣紧方式。

请结合图1和图2参见图4所示，图4是本发明用于废水处理中的金属回收设备第二实施例采用两套阴极构件组成的电化学反应器的剖视结构示意图。在一些情况下，沉积了过多金属的泡沫金属高浓度阴极32和碳纤维低浓度阴极33会由于金属的沉积而粘合在一起，由此影响了废水处理和金属回收。为了避免这种情况的发生，在本实施例中，阴极组件30设置有两个具有多个长孔311的阴极支撑构件31a和31b；其中，阴极支撑构件31a设置在阳极20的外围，阴极支撑构件31b设置在阳极20的内部，阴极支撑构件31b平坦的顶部通过接线柱315与电流收集环313连接。两阴极支撑构件31a和31b上设置的两个阴极32和33可以视所处理的溶液和所需金属的回收而定，因此可以在阴极支撑构件31a上设置泡沫金属组成的高浓度阴极32，在阴极支撑构件31b上设置碳纤维组成的低浓度阴极33，也可以是在两阴极支撑构件31a和31b上均设置由碳纤维组成的低浓度阴极32和33。在本实施例中，由于采用了两个阴极支撑构件31a与31b和两个阴极32与33，使反应器的阴极面积相对增加了很多，从而增加了反应速度。

请结合图1和图2参见图5所示，图5是本发明用于废水处理中的金属回收设备第三实施例采用了隔膜组件组成的电化学反应器的剖视结构示意图。在某些应用的情况下，废水中可能含有比较多的氯离子，这时阳极就可能产生有毒的氯气，为此处于安全考虑应该防止在阳极上产生这样的有毒气体。因此在本实施例中，在阳极20和阴极组件30之间设置一隔膜组件40，该隔膜组件40是由离子交换隔膜组成，它能有效阻隔氯气；在这种情况下，由于阳极20和阴极组件30之间用隔膜隔开，因此阴极液需要单独的阴极液进水口和阴极液出水口，阳极液需要单独的阳极液进水口和阳极液出水口，在反应容器10设置两个进水口和两个出水口，即阴极液进水口18a和阳极液进水口18b，阴极液出水口19a与阳极液出水口19b，从而能防止在阳极20上产生有毒氯气。

综上所述，本发明用于废水处理中的金属回收设备由于采用由双阴极和单阳极构成的反应器结构，由此既可以进一步地回收金属，并且提高了废水的处理质量；同时，由于在阳极的内外分别设置阴极支撑构件和阴极，由此增加了反应速度和质量；另外，由于在阳极和阴极组件之间设置隔膜组件，在反应容器为阴极液和阳极液分别设置进水口和出水口，从而防止阳极产生有毒氯气，提高了安全性能，因此极为实用。

Claims (10)

1.一种用于废水处理中的金属回收设备，包括：

一反应容器(10)，它由容器壳体(11)、容器底座(12)和容器盖板(13)组成，容器壳体(11)中部设置一集水管(111)，容器壳体(11)底部设置一个进水口(18)和一个与集水管(111)相通的出水口(19)；

一电化学反应器，该电化学反应器由设置在反应容器(10)内的阳极(20)和阴极组件(30)组成；

其特征在于：

所述的阴极组件(30)包括，至少一与阳极(20)平行设置的阴极支撑构件(31)，安置在阴极支撑构件(31)上的两个阴极(32、33)，与阴极支撑构件(31)连接的阴极电流馈送条(34)；

所述的阴极组件(30)中的阴极支撑构件(31)呈中心贯通的圆管形状，在阴极支撑构件(31)圆管外壁上设置多个上下延伸的长孔(311)，长孔(311)之间的阴极支撑构件(31)圆管管壁呈肋条状，形成阴极支撑构件(31)由多根肋条构成。

2.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：所述的阴极支撑构件(31)的顶部具有一个中心贯通的圆柱状突起(312)，所述的容器盖板(13)上贯穿设置一阳极电流接线柱(16)，该阳极电流接线柱(16)的下端镶嵌在阴极支撑构件(31)顶部的突起(312)中并与阳极(20)连接；

所述的阴极支撑构件(31)突起(312)的顶部设置一密封圈。

3.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：

所述的设置在阴极支撑构件(31)上的两个阴极(32、33)是采用泡沫金属组成的高浓度阴极(32)和采用碳纤维组成的低浓度阴极(33)；

所述的两个阴极(32、33)与阴极支撑构件(31)连接的方式是下列之一：

两个阴极(32、33)包裹在同一个阴极支撑构件(31)上，

两个阴极(32、33)分别包裹在两个阴极支撑构件(31)上。

4.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：

所述的阴极电流馈送条(34)有两条，两阴极电流馈送条(34)的宽度小于阴极支撑构件(31)上相邻两长孔(311)之间的肋条的宽度，阴极电流馈送条(34)通过不导电的螺栓(341)固定设置在阴极支撑构件(31)的肋条管壁的外围；

所述的阴极支撑构件(31)上面设置一电流收集环(313)，所述的两阴极电流馈送条(34)上延伸部弯折后分别紧贴于电流收集环(313)的下侧；

所述的容器盖板(13)上贯穿设置两个阴极电流接线柱(15)，两个阴极电流接线柱(15)的下端与电流收集环(313)和阴极电流馈送条(34)连接在一起。

5.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：所述的容器盖板(13)至少设置两个与反应容器(10)连接的系墙螺栓(17)；在容器盖板(13)上还设置一能将由阳极和阴极组件组成的反应容器与容器盖板(13)一起从反应容器(10)中取出的把手(14)。

6.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：所述的反应容器(10)容器壳体(11)下部中央设置一圆形托板(112)，圆形托板(112)周边设有具有倾角的圆壁，所述的阴极支撑构件(31)下端内壁与圆形托板(112)周边的圆壁紧密吻合。

7.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：在所述的反应容器(10)进水口(18)设置一与废水源连接的进水口活接头(181)；在反应容器(10)出水口(19)设置一出水口活接头(191)。

8.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：所述的阴极组件(30)在阳极(20)外围设置一个具有多个长孔(311)的阴极支撑构件(31a)；在阴极支撑构件(31a)上包裹了泡沫金属组成的高浓度阴极(32 )和碳纤维组成的低浓度阴极(33)，并通过板条(314)和螺栓将泡沫金属高浓度阴极(32)和碳纤维低浓度阴极(33)紧密固定在阴极支撑构件(31a)上。

9.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：

所述的阴极组件(30)设置有两个具有多个长孔(311)的第一阴极支撑构件(31a)和第二阴极支撑构件(31b)；其中，第一阴极支撑构件(31a)设置在阳极(20)外围，第二阴极支撑构件(31b)设置在阳极(20)内部，第二阴极支撑构件(31b)平坦的顶部通过接线柱(315)与电流收集环(313)连接；

所述的设置在两阴极支撑构件(31a和31b)上的两个阴极(32和33)是以下之一：

在第一阴极支撑构件(31a)上设置泡沫金属组成的高浓度阴极(32)，在第二阴极支撑构件(31b)上设置碳纤维组成的低浓度阴极(33)，

在两阴极支撑构件(31a和31b)上均设置由碳纤维组成的低浓度阴极(32和33)。

10.如权利要求1所述的用于废水处理中的金属回收设备，其特征在于：

在所述的阳极(20)和阴极组件(30)之间设置一隔膜组件(40)，该隔膜组件(40)是由离子交换隔膜组成；

在所述的反应容器(10)设置两个进水口(18a、18b)和两个出水口(19a、19b)。

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