CN105174672A - 一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置。该装置包括双阳极电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜；所述双阳极电化学反应器由外圆柱筒、中圆柱筒、内圆柱筒、圆形下底板、圆形开口上底板和支架组成，内圆柱筒所围区域和外圆柱筒、中圆柱筒所围区域分别构成两个阳极室，阳极室之间互通，上层内圆柱筒、中圆柱筒及圆形开口上底板所构成区域为阴极室。所述的阴阳极室均设有电极，离子交换膜通过玻璃胶粘贴在内圆柱筒和中圆柱筒外表面。电化学反应器阴极室设有资源回收管，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧。本发明具有经济性好，操作简单，处理效率高，可将重金属与废弃物分离并资源化回收等优点。

Description

一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置

技术领域

本发明涉及废弃物处理及资源化技术领域，尤其涉及一种电化学去除并回收污泥中重金属装置。

背景技术

我国经济的快速发展和城市化进程的不断推进，增加了市政污水的处理量，相应的污泥产量也随之增大。据统计资料，90年代末英国和美国的污泥产量平均每年增长5％-10％，而我国每年的脱水城市污泥产量达3000万吨以上。部分工业废水的汇入与城市污水中金属离子的富集沉淀，造成污泥中含有较多的重金属，在污泥的后续处置和利用过程中会引起二次污染，并且从资源回收利用角度来看，城市污泥中重金属的开发潜力不容忽视。资料表明，我国城市污泥中Zn含量可达783.4-3096.3mg/kg(干重)，Cu可达131.2-394.5mg/kg(干重)，此外还有其它重金属，如Cd、Cr、Hg、Ni、Pb等，这些重金属的存在不仅严重影响污泥的后续安全处置和利用，也造成了这些金属资源的极大浪费。因此对于城市污泥中重金属去除和回收的研究具有非常现实的意义。

国内外学者就如何处理固废中的重金属做了广泛的研究，归纳起来主要有以下几个方面：1)通过化学法来分离污泥中的重金属；2)利用微生物法来吸附和降低污泥中重金属的含量；3)利用植物的修复作用降解污泥中含有的重金属；4)采用电化学方法去除污泥中的重金属。由于电化学方法操作简单，运行稳定，不容易造成二次污染等诸多优势而备受关注，但传统的电化学处理装置要么将废弃物放置于阴阳级之间，在阴极室与阳极室内均加入电解液，无法充分利用电流效率；要么将废弃物放置于阳极，但电极与污泥接触不充分，导致电解效率低下。因此改进处理装置是电化学法去除并回收废弃物中重金属的关键。

发明内容

本发明针对现有处理装置的不足，提出了一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置。

一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、双阳极电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜；

所述双阳极电化学反应器整体分上下两层，由外圆柱筒、中圆柱筒、内圆柱筒、圆形下底板、圆形开口上底板和支架组成，且中圆柱筒、内圆柱筒和圆形开口上底板可拆卸组装，其中圆形开口的直径与内圆柱筒的内径相同；内圆柱筒、中圆柱筒和圆形开口上底板位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构；三个圆柱筒底部均开放，中圆柱筒与内圆柱筒同轴固定在圆形开口上底板上，外圆柱筒同轴固定在圆形下底板上；内圆柱筒所围区域为一个阳极室，外圆柱筒与中圆柱筒所构成区域构成另一个阳极室，两个阳极室之间互通，上层内圆柱筒、中圆柱筒及圆形开口上底板所构成圆环形区域为阴极室，形成双阳极一阴极结构；所述的阴阳极室均设置有环形筒状电极，环形筒状电极包括两个环形筒状阳极电极和一个环形筒状阴极电极，两个环形筒状阳极电极和一个环形筒状阴极电极与电源连接，内圆柱筒和中圆柱筒表面开有多个对称的弧形通孔，离子交换膜设置在内圆柱筒和中圆柱筒外表面；电化学反应器阴极室资源回收管位于圆形开口上底板上，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门并与加压泵相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。

所述电源为稳压直流电源；

所述的环形筒状阴极电极为不锈钢电极；

环形筒状阳极电极为环形铱钽钛合金电极；

离子交换膜直接通过玻璃胶粘贴在内圆柱筒和中圆柱筒外表面。

装置使用过程中，离子交换膜可直接通过玻璃胶粘贴在内圆柱筒和中圆柱筒外表面，中圆柱筒、内圆柱筒和圆形开口上底板可直接拆卸组装，且两个阳极室之间互通。也可根据实际需求，通过电极位置的变化将双阳极一阴极电化学反应器变成双阴极一阳极电化学反应器，且电极材质可根据具体处理物质进行改变。

有益效果：双环筒阳极的设计增加了污泥与电极的有效接触面积，双阳极室的设计使得整个电解过程始终有两个稳定的外加电源提供电能，双阳极室的互通保证了电解过程中污泥电解的均一性，有效利用了阴阳极电化学反应的作用，增加了污泥与电解液之间的膜交换面积，减少了离子迁移距离，重金属去除率高，电能利用率高，同时改善了重金属回收的问题，可以达到降低污染和资源回收的双重目的，兼具环境价值及经济效益。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为本发明的反应器主体三维示意图1；

图3为本发明的反应器主体三维示意图2；

图4为本发明的反应器主体二维示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电化学反应器、稳压直流电源1、阴极电极12、阳极电极4和14、机械搅拌器7和离子交换膜；

如图2、3、4所示，所述的电化学反应器，由外圆柱筒3、中圆筒2、内圆柱筒13、圆形下底板9、圆形开口上底板8和支架6组成；中圆柱筒、内圆柱筒和圆形开口上底板可拆卸组装。其中内圆柱筒和中圆柱筒位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构。三个圆柱筒底部均开放，中圆柱筒与内圆柱筒同轴固定在圆形开口上底板上，外圆柱筒同轴固定在圆形下底板上。内圆柱筒所围区域和外圆柱筒、中圆柱筒所构成区域分别为两个阳极室，阳极室之间互通，上层内圆柱筒、中圆柱筒及圆形开口上底板所构成圆环形区域为阴极室，形成双阳极一阴极结构。内圆柱筒和中圆柱筒表面开有多个对称的弧形通孔，离子交换膜通过玻璃胶粘贴在内圆柱筒和中圆柱筒外表面。电化学反应器阴极室资源回收管位于圆形开口上底板上，进料管与出料管5对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门10并与加压泵11相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。

在实验过程中，将污泥放置于两个阳极室中，阴极室加入电解液(视具体情况确定)，将圆筒状阳极板及不锈钢阴极板按要求放置于阴阳极室，并按图1所示连接电源及其他装置。通电进行电解即可。

Claims (6)

1.一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、双阳极电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜；

其特征在于：所述双阳极电化学反应器整体分上下两层，由外圆柱筒、中圆柱筒、内圆柱筒、圆形下底板、圆形开口上底板和支架组成，且中圆柱筒、内圆柱筒和圆形开口上底板可拆卸组装，其中圆形开口的直径与内圆柱筒的内径相同；内圆柱筒、中圆柱筒和圆形开口上底板位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构；三个圆柱筒底部均开放，中圆柱筒与内圆柱筒同轴固定在圆形开口上底板上，外圆柱筒同轴固定在圆形下底板上；内圆柱筒所围区域为一个阳极室，外圆柱筒与中圆柱筒所构成区域构成另一个阳极室，两个阳极室之间互通，上层内圆柱筒、中圆柱筒及圆形开口上底板所构成圆环形区域为阴极室，形成双阳极一阴极结构；所述的阴阳极室均设置有环形筒状电极，环形筒状电极包括两个环形筒状阳极电极和一个环形筒状阴极电极，两个环形筒状阳极电极和一个环形筒状阴极电极与电源连接，内圆柱筒和中圆柱筒表面开有多个对称的弧形通孔，离子交换膜设置在内圆柱筒和中圆柱筒外表面；电化学反应器阴极室资源回收管位于圆形开口上底板上，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门并与加压泵相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：所述电源为稳压直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：所述的环形筒状阴极电极为不锈钢电极。

4.根据权利要求1所述的一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：环形筒状阳极电极为环形铱钽钛合金电极。

5.根据权利要求1所述的一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：离子交换膜直接通过玻璃胶粘贴在内圆柱筒和中圆柱筒外表面。

6.根据权利要求1所述的一种双层双阳极电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：通过电极位置的变化将双阳极一阴极电化学反应器变成双阴极一阳极电化学反应器。