CN104370349A - 用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，包括：电解槽以及若干正极板、负极板、阳离子隔膜和阴离子隔膜，前述正极板与负极板在竖直方向上交替排列且与直流整流器连接，前述阳离子隔膜与阴离子隔膜也在竖直方向上交替排列且与正极板和负极板间隔布置，正极板和负极板均呈丝网状，阳离子隔膜和阴离子隔膜均由若干小块的隔膜经不完全拼接而成。本发明的有益之处在于：丝网状的正极板和负极板与不完全拼接而成的阳离子隔膜和阴离子隔膜间隔布置，采用大电压大电流浓度在电解时更节能，而且净化电解过程更稳定、更有功效，为此无二次污染和污泥产生，有效解决了中低浓度重金属离子不好捕捉或无法被集中、吸附和电解的问题。

Description

用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置
技术领域
本发明涉及一种用于净化废水废气的装置，尤其涉及一种用于净化含有低浓度重金属离子的废水废气的装置，属于废水废气处理技术领域。
背景技术
在工业化工及生活垃圾处置过程中会产生大量的废水废气，这些废水废气中又含有各种低浓度的重金属离子，当前这类低浓度重金属离子净化排放很难达标。
目前，净化重金属离子普遍采用的方法有：①离子交换柱方法；②铁盐添加法；③生化法；④化学或物理法。
以上的这些方法均不同程度存在：处理过程中不稳定或产生污泥，或人为操作失误，并有二次污染和不达标问题，尤其现有的电解法仅限于高浓度且有回收再利用价值如电镀废水离子的回收，电解后仍有低浓度离子无法回收或被净化，其主要原因是浓度低不好捕捉或无法被集中和吸附于电极板上，所以当前这些方法对含有低浓度重金属离子的废水、废气进行净化处理后仍很难达到国标的排放标准。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种净化效果更好、尤其适用于含有中低浓度重金属离子的废水废气净化的装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，包括：电解槽，前述电解槽的下部设置有废水废气入口和排水口，前述废水废气入口处连接有引风机，其特征在于，还包括：设置在前述电解槽内的若干正极板、负极板、阳离子隔膜和阴离子隔膜，前述正极板与负极板在竖直方向上交替排列且与直流整流器连接，前述阳离子隔膜与阴离子隔膜也在竖直方向上交替排列且与正极板和负极板间隔布置，前述正极板和负极板均呈丝网状，前述阳离子隔膜和阴离子隔膜均由若干小块的隔膜经不完全拼接而成。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述正极板和负极板的主材料为钛，表面镀有釕。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述正极板和负极板每隔1-2小时正负极自动换相一次。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述电解槽的顶部设置有用于排放气体的烟筒。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述烟筒的侧面设置有串联接口，所述串联接口用于实现多个电解槽串联并用。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：用于自动调节装置参数和自动控制装置工作的PLC自控系统。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述电解槽内安装有搅拌机或者罗茨风机，前述搅拌机和罗茨风机与前述PLC自控系统信号连接。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：pH自动调节系统，前述pH自动调节系统包括pH探头和酸碱泵，前述pH探头和酸碱泵均与前述PLC自控系统信号连接。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：温度传感器和用于对电解槽内的液体进行降温的降温系统，前述温度传感器和降温系统均与前述PLC自控系统信号连接。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述直流整流器输出的电压为一个稳定的直流电压，前述直流电压的大小在36V-48V范围内。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，前述正极板和负极板的过电电流浓度在10000A/㎡-20000A/㎡范围内。
前述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，相邻的正极板和负极板之间的距离设定在1.5mm-15mm范围内。
本发明的有益之处在于：丝网状的正极板和负极板与不完全拼接而成的阳离子隔膜和阴离子隔膜间隔布置，不仅电解时更节能，而且可有效吸附各种低浓度的重金属离子，从而使得净化电解更稳定、更有功效，有效解决了中低浓度重金属离子不好捕捉或无法被集中和吸附于极板上被电解的问题。
附图说明
图1是本发明的净化装置的一个具体实施例的结构示意图；
图2是图1中的正极板的俯视图；
图3是图1中的阳离子隔膜的俯视图。
图中附图标记的含义：
1-直流整流器，2-正极板，3-负极板，4-阳离子隔膜，5-阴离子隔膜，6-排水口，7-搅拌机，8-液位计，9-废水废气入口，10-引风机，11-溢水口，12-电解槽，13-降温系统，14-烟筒，15-串联接口，16-pH探头，17-温度传感器，18-酸碱泵，19-PLC自控系统。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置包括：电解槽12以及设置在电解槽12内的若干正极板2、负极板3、阳离子隔膜4和阴离子隔膜5。下面分别介绍它们的结构。
参照图1，电解槽12的下部设置有废水废气入口9和排水口6，废水废气入口9处连接有引风机10，废气通过引风机10输送到电解槽12内并溶于电解槽12内的电解液中。
如果装置用来净化废水，则电解槽12既可以设计成开放式结构也可以设计成封闭式结构，并且还可以在电解槽12的上部安装液位计8和溢水口11。
如果装置用来净化废气，则最好将电解槽12设计成封闭式结构，并且还可以在电解槽12的顶部设置烟筒14，烟筒14用于排放净化后的气体。
为了便于多个净化装置联级使用，可在烟筒14的侧面设置串联接口15，串联接口15用于串联下一个电解槽的废水废气入口，多个净化装置联级使用可延长废气半溶于水的电解反应时间，达到反复电解、吸附和集中离子的目的，直至使得最后一个净化装置排出的气体完全达到国标排放标准。
参照图2，正极板2呈丝网状，负极板3也呈同样的丝网状。参照图1，正极板2与负极板3在竖直方向上交替排列，并且二者分别与直流整流器1的正极和负极连接。直流整流器1输出的电压为一个稳定的直流电压，该直流电压的大小在36V-48V范围内。正极板2和负极板3的过电电流浓度在10000A/㎡-20000A/㎡范围内，相邻的正极板2和负极板3之间的距离设定在1.5mm-15mm范围内。
参照图3，阳离子隔膜4由若干小块的阳离子隔膜经不完全拼接而成，阴离子隔膜5与阳离子隔膜4的结构相似，是由若干小块的阴离子隔膜经不完全拼接而成。参照图1，阳离子隔膜4与阴离子隔膜5在竖直方向上交替排列，并且与正极板2和负极板3间隔布置。
阳离子隔膜4和阴离子隔膜5的作用都是捕捉、过滤和集中废水、废气中的重金属离子，正极板2的作用是将废水、废气中的显负价的重金属离子吸附于正极板2的表面，负极板3的作用则是将显正价的重金属离子吸附于负极板3的表面，重金属离子在电解槽12内进行电解，这会将各种重金属离子的外电“核”电子重新组合排列，从而重组为微小分子状态，进而达到了重金属离子被集中且“稳定化”的目地，有效解决了中低浓度重金属离子不好捕捉或无法被集中和吸附的问题。
本发明的净化装置，其极板电流浓度需达到10000-20000A/㎡，为达到输入高电流浓度的目的，正极板2和负极板3选用钛为主材料，并且在表面镀有釕。
为了防止各种重金属离子吸附后沉淀于正极板2和负极板3的表面，进而造成极板表面纯化，作为一种优选的方案，正极板2和负极板3每隔1-2小时正负极自动换相一次。
作为一种优选的方案，参照图1，本发明的净化装置还包括：PLC自控系统19。PLC自控系统19用于自动调节装置参数和自动控制装置工作，图1仅给出了PLC自控系统19与主要结构的信号连接关系。
更为优选的是，参照图1，电解槽12内安装有搅拌机7或者罗茨风机(未图示)，搅拌机7和罗茨风机与PLC自控系统19信号连接，在PLC自控系统19的控制下自动开启、关闭和调速。搅拌机7和罗茨风机能够使得废水、含废气的液体一直处在循环流动中，这样方便了极板和隔膜反复的、多方向的捕捉、集中、吸附重金属离子。
更为优选的是，参照图1，本发明的净化装置还包括：pH自动调节系统。pH自动调节系统包括：pH探头16和酸碱泵18，二者均与PLC自控系统19信号连接。pH探头16用于检测废水的pH值，然后将数据传输给PLC自控系统19，PLC自控系统19根据事先设定的参数来自动控制酸碱泵18的开闭，从而自动调节废水的pH值，使其保持在较稳定的范围内。
对于温度较高的废水、废气的净化，本发明的净化装置还包括：温度传感器17和降温系统13，二者均与PLC自控系统19信号连接。温度传感器17用于检测废水、废气的温度，然后将获得的数据传输给PLC自控系统19，PLC自控系统19根据事先设定的参数来自动控制降温系统13的开闭，从而自动对电解槽12内的液体进行降温调节，以减少有害蒸汽溢出而造成污染。
不同领域、不同类的废水介质其导电系数不同，为加大正极板2和负极板3对浓度比较低的离子的吸附和过滤功效，电压需要稳定在36V-48V之间(而不是现有一般12-24V电压)、极板的电流浓度需要设定在10000-20000A/㎡之间(高于当前一般电解中普遍采用和设定的电流浓度500-1300A/㎡)；为确保设定的电压能够保持稳定，需要将电解液的pH值稳定在4.5-10.5之间、相邻的正极板2与负极板3之间的间距设定在1.5mm-15mm之间。
以下为本发明的净化装置的成功应用案例。
案例1
某垃圾焚烧场，每小时产废气6000m3。
净化装置的参数：电压36V、电流浓度8000A/㎡、电解液pH＝8.5、单个极板面积0.8㎡、相邻极板间距4mm。
将废气引入密封的电解槽中，将废气溶于电解液中进行电解。同样的四组净化装置串联使用。废气从最后一个净化装置排放出来时，经检测：完全达到了GB18485-2014新国标的排放要求，并且个别重金属离子未检出。
案例2
某工厂，生化厌氧过程中产生了废水和废气，每小时产废气8000m3、产废水4m3。
净化装置的参数：电压36V、电流浓度12000A/㎡、电解液pH＝5.5、单个极板面积1.1㎡、相邻极板间距8mm。
先将废水引入密封的电解槽中，再将废气引入其废水中一并进行电解。用六组净化装置串联使用。废水、废气从最后一个净化装置排放出来时，经检测：废水、废气均完全达到了GB18485-2014新国标的排放要求，并且废水达到了A级中水排放标准。
案例3
某化工厂，排放的废水中含有重金属离子，100T/日，废气量为5000m3/H。
净化装置的参数：电压48V、电流浓度10000A/㎡、电解液pH＝6、单个极板面积2㎡、相邻极板间距15mm。
将废气引入密封的电解槽中，将废气溶于电解液中进行电解。电解的过程中，搅拌机持续搅拌废水。最后经检测：废水完全达到了A级中水新国标的排放要求，废气也达标并且个别重金属离子未检出(超优达标)。
由此可见，本发明的净化装置通过使用丝网状的正极板和负极板、不完全拼接而成的阳离子隔膜和阴离子隔膜，并且将正极板、负极板与阳离子隔膜、阴离子隔膜间隔布置，有效解决了中低浓度重金属离子不好捕捉或无法被集中和吸附于极板上的问题，然后通过大电压大电流浓度的方法再对废水进行电解，不仅电解时更节能，而且净化时电解效果更稳定、更有功效。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，包括：电解槽(12)，所述电解槽(12)的下部设置有废水废气入口(9)和排水口(6)，所述废水废气入口(9)处连接有引风机(10)，其特征在于，还包括：设置在所述电解槽(12)内的若干正极板(2)、负极板(3)、阳离子隔膜(4)和阴离子隔膜(5)，所述正极板(2)与负极板(3)在竖直方向上交替排列且与直流整流器(1)连接，所述阳离子隔膜(4)与阴离子隔膜(5)也在竖直方向上交替排列且与正极板(2)和负极板(3)间隔布置，所述正极板(2)和负极板(3)均呈丝网状，所述阳离子隔膜(4)和阴离子隔膜(5)均由若干小块的隔膜经不完全拼接而成。
2.根据权利要求1所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述正极板(2)和负极板(3)的主材料为钛，表面镀有釕。
3.根据权利要求2所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述正极板(2)和负极板(3)每隔1-2小时正负极自动换相一次。
4.根据权利要求1所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述电解槽(12)的顶部设置有用于排放气体的烟筒(14)。
5.根据权利要求4所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述烟筒(14)的侧面设置有串联接口(15)，所述串联接口(15)用于实现多个电解槽(12)串联并用。
6.根据权利要求1所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：用于自动调节装置参数和自动控制装置工作的PLC自控系统(19)。
7.根据权利要求6所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述电解槽(12)内安装有搅拌机(7)或者罗茨风机，所述搅拌机(7)和罗茨风机与所述PLC自控系统(19)信号连接。
8.根据权利要求6所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：pH自动调节系统，所述pH自动调节系统包括pH探头(16)和酸碱泵(18)，所述pH探头(16)和酸碱泵(18)均与所述PLC自控系统(19)信号连接。
9.根据权利要求6所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，还包括：温度传感器(17)和用于对电解槽(12)内的液体进行降温的降温系统(13)，所述温度传感器(17)和降温系统(13)均与所述PLC自控系统(19)信号连接。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述直流整流器(1)输出的电压为一个稳定的直流电压，所述直流电压的大小在36V-48V范围内。
11.根据权利要求1至9任意一项所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，所述正极板(2)和负极板(3)的过电电流浓度在10000A/m2-20000A/m2范围内。
12.根据权利要求1至9任意一项所述的用于净化含有中低浓度重金属离子的废水废气的装置，其特征在于，相邻的正极板(2)和负极板(3)之间的距离设定在1.5mm-15mm范围内。
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