CN100999368A - 回收重金属废水用的电去离子方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种回收重金属废水用的电去离子方法及装置，它将离子交换与电渗析相互有机地结合在一起，其特征是在废水净化室上部，填充单一的强酸性阳树脂，用它截留住重金属离子并将其迁移至浓水室而获得其浓水；在废水净化室下部，填充强酸性阳树脂和强碱性阴树脂的混合物，用下部树脂部分截留住残留的钠盐并将其离子迁移至浓水室，从而获得纯水，同时回收利用从废水制得的浓水和经过处理得到的纯水，达到生产过程中废水零排放，实现废水的无害化和资源化，不用化学药剂，不污染环境，装置连续运行，只消耗少量的电能，经济效益和社会效益极好，该装置还有结构简单、使用方便，运行费低等优点。

Description

回收重金属废水用的电去离子方法及装置

技术领域

本发明涉及一种回收重金属废水用的电去离子方法及装置，它将离子交换与电渗析相互有机地结合在一起，用它来代替回收重金属废水所用的离子交换与电渗析技术。

背景技术

含有重金属离子的工业废水是指含有铬、铜、镍、镉、锌等离子的工业废水，通称重金属废水。机械加工工业和矿山冶炼工业在生产过程中就产生这种废水。低浓度重金属离子(＜50mg/L)废水直接排放会对环境和人体造成巨大的危害。常用的治理方法有离子交换法、电渗析法等。

离子交换法适用于大水量低浓度重金属废水处理，但需频繁使用酸、碱再生，废酸、碱液的处理带来二次污染，操作也过于复杂。电渗析法存在膜结垢、膜寿命短等问题。如将离子交换法、电渗析法与其他方法相结合，则流程更为复杂，水处理成本增加。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种回收重金属废水的电去离子方法及装置，这种方法不仅仅是离子交换法和电渗析法综合叠加，而是两者有机的结合，具有许多优异性能和特点。这种重金属废水处理，不用化学药剂，不污染环境，又将含有重金属离子的浓水和处理得到的纯水同时回收利用，实现废水的无害化和资源化，装置连续运行，只消耗少量的电能，达到生产过程中废水零排放，带来良好的经济效益和社会效益。

另外，本发明所述的装置还有结构简单、使用方便，运行费低等优点。

本发明所述的回收重金属废水的电去离子方法是按以下步骤实现的：

(1)由阴、阳电极室和若干对阴、阳膜及相应个数的废水净化室与浓水室所组成电去离子装置，对此装置施加直流电场，使废水中所含的阴、阳离子向带相反电荷的电极移动；

(2)在离子迁移过程中废水净化室内的阳离子通过阳膜和阴离子通过阴膜分别进入浓水室，使浓水室的离子的浓度增高，可回收利用从浓水室排出含重金属离子的浓水；

(3)在废水净化室中，上部填充阳树脂，下部分层填充有阴、阳树脂，阴、阳树脂层各占的比例由其进水水质而定，这种树脂填充方法不会有重金属的氢氧化物沉淀生成；

(4)利用树脂对两价离子和单价离子吸附能力的差异，使两价离子得到优先吸附，并将其传递迁移至浓水室，使废水净化室的出水中所含的重金属离子极少，可回用，节约水资源，也可排放，排水水质能达到国家标准规定的重金属离子的排放要求，不污染环境。

上述方法的原理是建立在废水净化室内分层填充不同比例阴、阳树脂的基础上。上部只填充阳树脂，阳树脂优先吸附重金属离子，并在电去离子过程中优先将重金属离子从废水净化室迁移至浓水室，因此，重金属离子基本上已从上部阳树脂层迁移完。由于该处电去离子过程中不会发生水电离成H⁺和OH^-的过程。因而不会产生阻碍电去离子过程进行的重金属氢氧化物沉淀。在上部阳树脂层中，也会有少量Na⁺离子，和Na⁺离子相等物质的量的阴离子，迁移出废水净化室，保持阴、阳离子两者物质的量相等。所以，上部有除去重金属离子外，还有部分除盐作用，使重金属废水的含盐量(或电导率)有所下降。下部填充有某一比例的阴、阳树脂，用于除去重金属废水中残留的盐分，在下部底层，由于水电离过程的进行，保持底层阴、阳树脂处于再生后状态。从而使出水水质很好。

根据上述回收重金属废水用的电去离子方法，本发明所称的回收重金属废水用的电去离子装置是通过以下技术方案实现的。它主要包括两侧端板和电极装置，交替排列的阴、阳膜，以及废水净化室和浓水室隔板，其特征是该装置呈长方形板框式，其废水净化室隔板内腔填有分层填装的不同比例的阴、阳树脂层。、

附图说明

图1是回收重金属废水用电去离子过程示意图。

图2是回收重金属废水用电去离子过程装置(双膜对)的剖面示意图。

图3是回收重金属废水用电去离子过程装置(双膜对)的分解结构示意图。

图中：

1-左端板       2-负电极隔板

3-负电极       4-负电极室

5-阴膜         6-废水净化室

7-阳膜         8-浓水室

9-正电极室     10-正电极

11-正电极隔板  12-右端板

13-阳树脂      14-阴树脂

15-膜对        16-螺栓

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的原理、结构及最佳实例。

图1说明回收重金属废水用电去离子过程的原理。含低浓度重金属离子(以Ni²⁺为例，＜50mg/L)的废水，自上而下进入电去离子装置的废水净化室6，首先接触到填充在上部的Na型阳树脂13。由于强酸性Na型阳树脂13对Ni²⁺离子的吸着能力很高，结果发生离子交换反应，树脂变成Ni型，而树脂上被交换下来的Na⁺离子进入水中。经过一定时间后，上部阳树脂13中的上层都被Ni²⁺离子所饱和，变成Ni型阳树脂，而其下层仍为Na型阳树脂。

同时，在发生上述重金属Ni²⁺离子被树脂吸着过程时还发生离子横向迁移的电渗析过程。在外加直流电场的作用下，后进入废水净化室6的Ni²⁺离子，通过Ni型树脂本身的传递，到达阳膜5，并通过阳膜5迁移到浓水室8而被除去。同样，进水中的Na⁺离子，也有部分通过电渗析作用迁移至浓水室8而被除去。

废水中所含有的阴离子SO₄ ^2-、Cl^-和HCO₃ ^-等，在进入废水净化室6时，它们不能与阳树脂13发生离子交换反应，只是受外加电场的电场力作用，发生电渗析过程，有部分离子通过阴膜7进入浓水室8而被除去。

在废水净化室6的下部，分层填充有阳树脂13和阴树脂14，废水中含有通过上部树脂尚未除去的Na盐，这些Na盐离子在通过废水净化室6下部时，有部分迁移至浓水室8被除去。使废水得到进一步净化，在从废水净化室6中流出的是已得到净化处理的纯水，残留的Na盐不多。

如果得到的纯水的电导率很低，即纯水的纯度很高，那么在废水净化室6底层中的树脂颗粒表面和膜表面上，就有可能发生水的电离，水电离所生成的H⁺和OH^-离子，部分使树脂处于新鲜再生状态，成为H型和OH型，或因水中有Na盐而转为Na型和盐基型。因此，由于水电离过程的存在，使废水净化室6底部树脂不断得到再生。

图2和图3是按照上述原理设计的回收重金属废水用电去离子装置的剖面示意图和分解结构示意图，从图可知，该装置呈长方形板框式，它包括膜堆、两侧端板和电极装置。

长方形板框式膜堆由若干膜对15重叠叠放而成。每个膜15对依次由阳膜5、废水净化室6、阴膜7和浓水室8各一件组成，以固定的顺序交替排列(图3)。废水净化室6的厚度为10mm，浓水室8的厚度为2～3mm。其空腔内填充有离子交换树脂，上部为阳树脂13，下部为阳树脂13和阴树脂14的混合物，均为等空隙法分层填充。按树脂交换容量计，阴树脂层所占的百分率为0％～50％，阳树脂层则为50％～100％，并联排列的膜对15的对数愈多，这种净水装置的处理水量也就愈大。

电极装置设置在膜堆外侧两端，包括负电极隔板2、负电极3、负电极室4、正电极室9、正电极10和正电极隔板11。电极装置中阳极是钌钛板、钌钛网、钌钛多孔板或石墨板，阴极是金属板多孔不锈钢板或导电的石墨板。

夹紧装置设置在电极装置外侧两端，包括左端板1和右端板12，以及16对螺栓16，按一定顺序拧紧螺栓，就可以将若干个膜对15、负电极隔板2、负电极3、正电极10、正电极隔板11、左端板1和右端板12，压紧成一个整体装置。

回收重金属废水用电去离子装置司实现废水的无害化和资源化，达到零排放，不用化学药剂，不污染环境，可同时回收利用重金属浓水和处理得到的纯水，装置连续运行，只消耗少量的电能，有良好的经济效益和社会效益。该装置还有结构简单，使用方便，运行费用低等优点。

Claims (3)

1.一种回收含低浓度重金属离子＜50mg/L用的电去离子方法，其特征是：

(1)由阴、阳电极室和若干对阴、阳膜及相应个数的废水净化室和浓水室所组成电去离子装置，对此装置施加直流电场，使废水中所含的阴、阳离子向带相反电荷的电极移动；

(2)在离子迁移过程中废水净化室内的阳离子通过阳膜和阴离子通过阴膜分别进入浓水室，使浓水室的离子的浓度增高，可回收利用从浓水室排出含重金属离子的浓水；

(3)在废水净化室中，上部填充阳树脂，下部分层填充阴、阳树脂，阴、阳树脂层各占的比例由其进水水质而定，这种树脂填充方法不会有重金属的氢氧化物沉淀生成；

(4)利用树脂对两价离子和单价离子吸附能力的差异，使两价离子得到优先吸附，并将其传递迁移至浓水室，使废水净化室的出水中所含的重金属离子极少，出水可回用，节约水资源，也可排放，水质能达到国家标准规定的重金属离子的排放要求，不污染环境。

2.按照权利要求1所述方法的水处理装置，它主要包括两侧端板和电极装置，交替排列的阴、阳膜，以及废水净化室和浓水室，其特征是该装置呈长方形板框式，其废水净化室填装有分层填装的阴、阳树脂层。

3.按照权利要求2所述的水处理装置，其特征是按树脂交换容量计，所填装的树脂层中阴树脂层所占的百分率为0％～50％，阳树脂层则为50％～100％，阴、阳树脂层各以某一层高分层填充。

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