CN105600883A - 一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，包括：第一支架，电沉积池放置在所述第一支架上方，蓄水池置于所述第一支架下方，所述电沉积池与所述蓄水池通过第一管道连通，所述电沉积池中设置有电沉积反应器。提高了电沉积在废水处理领域的应用范围，有效的克服了固定床微粒粘连结块和流化床电接触不稳定的问题；采用的微粒电极提供了巨大的阴极比表面积，有效的提高了沉积效率和电流效率，保证了处理效果的稳定和高效；采用的水泵，使得水始终持续循环流动的状态，使得整个废水内部电场均匀，保证了沉积效率和电流效率的稳定性；结构简单，节能高效，回收重金属资源，无二次污染，可以从根本上解决环境污染问题。

Description

一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统
技术领域：
本发明涉及金属废水处理技术领域，具体涉及一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统。
背景技术：
随着城市工业生产的发展、人口的递增、工业废水和生活污水排出量日益增多，大量未经处理或处理未达标的污水排入周围河流、湖泊，不仅污染了地下饮用水，还对人类和生物赖以生存的生态环境造成了日益严重的危害。在众多污染中，重金属废水是较为典型的一类污染。近年来，含重金属废水的治理已经进入了综合防治、回收利用与总量控制阶段。运用电沉积法处理重金属废水在理论上较为成熟，采用的电解沉积技术可使废水中的重金属离子在阴极还原为单质金属态，解决膜分离法中浓缩液的处置问题，实现金属资源的回收利用。其中尤以平板电极沉积系统、微粒床电沉积系统等处理装置在生产实际中得到广泛应用，但平板电极电沉积重金属废水处理过程中，存在因浓差极化现象导致电流效率低的缺点，微粒床电沉积系统中又存在固定床电沉积粘连堵塞和流化床电接触不稳定等问题。
为更好的解决上述问题，克服现有技术中存在的不足之处，设计提供一种结构简单，效益高的循环喷射床电沉积系统，能够有效的提高沉积效率和电流效率，克服固定床电沉积粘连堵塞和流化床电接触不稳定的固有问题，有效的削弱浓差极化对电流效率的影响。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，将金属废水中的重金属离子沉积出来，对废水进行净化处理。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，包括：第一支架，电沉积池放置在所述第一支架上方，蓄水池置于所述第一支架下方，所述电沉积池与所述蓄水池通过第一管道连通；所述电沉积池中设置有电沉积反应器，所述电沉积反应器包括去底钛篮，所述钛篮挂设于电沉积池内壁作为反应阳极，所述钛篮中设置有漏斗状容器，所述漏斗状容器下部通过第二支架固定在电沉积池中，所述漏斗状容器侧壁开设有通孔，用于连通所述电沉积池和所述电沉积反应器，所述漏斗状容器上端设置有端盖，所述端盖下表面吊设有两个第一挡板，所述两个第一挡板之间形成通道，所述通道与所述漏斗状容器下部的进水口相对应，所述进水口通过第一管道与所述蓄水池连通，所述进水口与第一管道连接处设置有过滤网，对金属微粒进行挡止，避免金属微粒运动到第一管道中，在所述进水口与蓄水池连接的第一管道上设置有水泵，蓄水池中废水在水泵作用下，在所述蓄水池和电沉积池中形成循环运动，金属棒穿过端盖插设于所述漏斗状容器中作为馈电极，用以向阴极微粒传导电子，所述漏斗状容器中填充有金属微粒作为反应阴极，所述金属微粒与金属棒碰触带负电，并释放大量电子至漏斗状容器中，所述金属微粒的直径大于所述通孔直径。
所述第一挡板为三棱柱或者圆柱，或者为中空的圆锥体，所述两个中空的圆锥体粘连在一起，中空部分形成所述通道。
在所述端盖下表面还挂设有第二挡板，所述第二挡板正对两个所述第一挡板之间形成的通道的上方，用以对从通道中向上喷射的金属微粒进行挡止。
所述第二挡板外缘向所述漏斗状容器内壁延伸，并向下倾斜，形成倒置的凹槽结构，所述第二挡板外缘与第一挡板外壁之间形成间隙，金属微粒沿着所述间隙向下运动，返回至所述进水口处。
所述间隙宽度大于等于所述金属微粒的直径。
所述通孔在所述漏斗状容器侧壁上的分布长度为整个侧壁长度的3/4，所述通孔直径为0.5-2mm。
所述钛篮表层混合镀有贵金属钌铱。
所述金属棒材质为铜，所述金属微粒材质为铜。
所述蓄水池上还设置有温度控制器，用于调节蓄水池中金属废水温度。
所述温度控制器为加热棒。
所述蓄水池上还设置有PH控制器，用以调节蓄水池中金属废水的PH值。
所述进水口与所述蓄水池连通的第一管道上通过第二管道外接氮气瓶，所述第二管道上设置有气体流量计和阀门。
在所述第一管道上均设置有阀门。
本发明一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统的有益效果：提高了电沉积在废水处理领域的应用范围，常规电沉积法由于电流效率的限制，对于处理废水的浓度要求很高，10g/L以下的浓度经济上可行性不高，循环喷射床电沉积装置的改进使得电沉积在处理1g/L的废水时也可以保持较高的电流效率和处理效率，此外循环喷射的微粒有效的克服了固定床微粒粘连结块和流化床电接触不稳定的问题；采用的微粒电极提供了巨大的阴极比表面积，以增加电沉积反应速度、提高电解效率，有效的提高了沉积效率和电流效率，保证了处理效果的稳定和高效；采用的水泵，使得水始终持续循环流动的状态，使得整个废水内部电场均匀，阴极获得电子的概率都完全一样，保证了沉积效率和电流效率的稳定性；具有结构简单，节能高效，回收重金属资源，无二次污染的特点，可以从根本上解决环境污染问题，作为一种“环境友好型”的水处理技术来进行使用。
附图说明：
图1为一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统的结构示意图；
图2为电沉积反应器的结构示意图；
1-第一支架，2-电沉积池，3-蓄水池，4-第一管道，5-电沉积反应器，6-钛篮，7-漏斗状容器，8-第二支架，9-通孔，10-端盖，11-把手，12-第一挡板，13-通道，14-进水口，15-过滤网，16-水泵，17-金属棒，18-金属微粒，19-电源，20-电源阴极，21-电源阳极，22-第二挡板，23-温度控制器，24-PH控制器，25-第二管道，26-氮气瓶，27-气体流量计，28-阀门。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
根据图1所示，一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，包括：第一支架1，电沉积池2放置在所述第一支架1上方，蓄水池3置于所述第一支架1下方，所述电沉积池2与所述蓄水池3通过第一管道4连通；所述电沉积池2中设置有电沉积反应器5。
根据图2所示，所述电沉积反应器5包括去底钛篮6，所述钛篮6挂设于电沉积池2内壁作为反应阳极，所述钛篮6中设置有漏斗状容器7，所述漏斗状容器7下部通过第二支架8固定在电沉积池2中，所述漏斗状容器7侧壁开设有通孔9，用于连通所述电沉积池2和所述电沉积反应器5，所述漏斗状容器7上端设置有端盖10，所述端盖10上还设置有把手11，方便端盖10的握持，所述端盖10下表面吊设有两个第一挡板12，所述两个第一挡板12之间形成通道13，所述通道13与所述漏斗状容器7下部的进水口14相对应，所述进水口14通过第一管道4与所述蓄水池3连通，所述进水口14与第一管道4连接处设置有过滤网15，对金属微粒18进行挡止，避免金属微粒18运动到第一管道4中，在所述进水口14与蓄水池3连接的第一管道4上设置有水泵16，蓄水池3中废水在水泵16作用下，在所述蓄水池3和电沉积池2中形成循环运动，金属棒17穿过端盖10插设于所述漏斗状容器7中作为馈电极，用以向阴极微粒传导电子，所述漏斗状容器7中填充有金属微粒18作为反应阴极，在水泵16作用下，金属微粒18在废水带动下持续性循环流动，与馈电级接触带负电，并释放大量电子至漏斗状容器7中，废水溶液中重金属离子与金属微粒18接触，获得电子发生还原反应，重金属离子直接被还原为金属单质沉积在金属微粒18表面，从而去除溶液中重金属离子，并可以以单质的形式回收金属，所述金属微粒18的直径大于所述通孔9直径，用以拦截作为反应阴极的金属微粒18进入阳极反应区，引起短路，影响溶液的净化过程，在进行反应时，将电源19放置在第一支架1上，将作为馈电极的金属棒17外接电源阴极20，作为反应阳极的钛篮6外接电源阳极21，且在整个反应过程中，保持电流恒定，确保反应的顺利进行。
进一步地，所述第一挡板12为三棱柱或者圆柱，三棱柱或者圆柱水平放置，在两个三棱柱或者圆柱之间形成所述通道13，第一挡板12或者为中空的圆锥体，圆锥体竖直放置，且两个中空的圆锥体粘连在一起，中空部分形成所述通道13，溶液在水泵16的作用下带动金属微粒18在通道13中向上喷射。
进一步地，在所述端盖10下表面还挂设有第二挡板22，所述第二挡板22正对两个所述第一挡板12之间形成的通道13的上方，用以对从通道13中向上喷射的金属微粒18进行挡止。
进一步地，所述第二挡板22外缘向所述漏斗状容器7内壁延伸，并向下倾斜，形成倒置的凹槽结构，所述第二挡板外缘与第一挡板12外壁之间形成间隙，金属微粒18沿着所述间隙向下运动，返回至所述进水口14处。
进一步地，所述间隙宽度大于等于所述金属微粒18的直径。
进一步地，所述通孔9在所述漏斗状容器7侧壁上的分布长度为整个侧壁长度的3/4，所述通孔9直径为0.5-2mm。
进一步地，所述钛篮6表层混合镀有贵金属钌铱，用以保证反应阳极更好的稳定性。
进一步地，所述金属棒17材质为铜，所述金属微粒18材质为铜。
进一步地，所述蓄水池3上还设置有温度控制器23、PH控制器24，分别用以调节蓄水池3中金属废水的温度和PH值，更好地增加电流密度，进而优化电沉积效果，在本实施例中，所述温度控制器23为加热棒，所述PH控制器24通过向溶液中加入1mol/LNaOH溶液和1mol/LH2SO4来调节溶液的PH值。
进一步地，所述进水口14与所述蓄水池3连通的第一管道4上通过第二管道25外接氮气瓶26，所述第二管道25上设置有气体流量计27和阀门28，通过氮气的鼓入来降低溶液中溶解氧的浓度，减少溶液中金属氧化反应的发生，抑制了沉积金属的返溶，同时，鼓入氮气还起到了辅助搅拌的作用，保证了处理效果的稳定和高效，促进电沉积反应的进行。
进一步地，在所述电沉积池2与蓄水池3连通的第一管道4和所述进水口14与蓄水池3连通的第一管道4上均设置有阀门28，用以控制溶液的流通，进而控制电沉积反应的进行。
采用所述用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，进行具体试验时：
①经所述的电沉积系统处理的含1000mg/L铜离子重金属废水，电沉积300min后，铜离子沉积效率为90.64％，平均电流效率为81.14％。
②经所述的电沉积系统处理的含1000mg/L镍离子重金属废水，电沉积180min后，镍离子沉积效率为66.77％，平均电流效率为64.61％。
③经所述的电沉积系统处理的含1000mg/L铜离子和1000mg/L镍离子混合重金属废水，电沉积480min后，铜离子沉积效率为99.88％，镍离子沉积效率为85.21％，平均电流效率为68.89％。
④经所述的电沉积系统处理的含1000mg/L铜离子和1000mg/L锌离子混合重金属废水，电沉积480min后，铜离子沉积效率为99.99％，锌离子沉积效率为75.64％，平均电流效率为65.59％。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，包括：第一支架，电沉积池放置在所述第一支架上方，蓄水池置于所述第一支架下方，所述电沉积池与所述蓄水池通过第一管道连通；其特征在于：所述电沉积池中设置有电沉积反应器，所述电沉积反应器包括去底钛篮，所述钛篮挂设于电沉积池内壁作为反应阳极，所述钛篮中设置有漏斗状容器，所述漏斗状容器下部通过第二支架固定在电沉积池中，所述漏斗状容器侧壁开设有通孔，用于连通所述电沉积池和所述电沉积反应器，所述漏斗状容器上端设置有端盖，所述端盖下表面吊设有两个第一挡板，所述两个第一挡板之间形成通道，所述通道与所述漏斗状容器下部的进水口相对应，所述进水口通过第一管道与所述蓄水池连通，所述进水口与第一管道连接处设置有过滤网，对金属微粒进行挡止，避免金属微粒运动到第一管道中，在所述进水口与蓄水池连接的第一管道上设置有水泵，蓄水池中废水在水泵作用下，在所述蓄水池和电沉积池中形成循环运动，金属棒穿过端盖插设于所述漏斗状容器中作为馈电极，用以向阴极微粒传导电子，所述漏斗状容器中填充有金属微粒作为反应阴极，所述金属微粒与金属棒碰触带负电，并释放大量电子至漏斗状容器中，所述金属微粒的直径大于所述通孔直径。
2.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述第一挡板为三棱柱或者圆柱，或者为中空的圆锥体，所述两个中空的圆锥体粘连在一起，中空部分形成所述通道。
3.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：在所述端盖下表面还挂设有第二挡板，所述第二挡板正对两个所述第一挡板之间形成的通道的上方，用以对从通道中向上喷射的金属微粒进行挡止。
4.根据权利要求3所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述第二挡板外缘向所述漏斗状容器内壁延伸，并向下倾斜，形成倒置的凹槽结构，所述第二挡板外缘与第一挡板外壁之间形成间隙，金属微粒沿着所述间隙向下运动，返回至所述进水口处。
5.根据权利要求4所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述间隙宽度大于等于所述金属微粒的直径。
6.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述通孔在所述漏斗状容器侧壁上的分布长度为整个侧壁长度的3/4，所述通孔直径为0.5-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述钛篮表层混合镀有贵金属钌铱，所述金属棒材质为铜，所述金属微粒材质为铜。
8.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述蓄水池上还设置有温度控制器，用于调节蓄水池中金属废水温度。
9.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述蓄水池上还设置有PH控制器，用以调节蓄水池中金属废水的PH值。
10.根据权利要求1所述的一种用于去除溶液中重金属离子的循环喷射床电沉积系统，其特征在于：所述进水口与所述蓄水池连通的第一管道上通过第二管道外接氮气瓶，所述第二管道上设置有气体流量计和阀门。
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