CN105645703A - 一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置 - Google Patents

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徐政
胡艳平
纪仲光
杨丽梅
黄松涛
王巍
李岩
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Abstract

本发明公开了一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，该电解液pH值电化学控制装置包括pH控制电解槽，位于该电解槽内的阴极室、阳极室；所述阴极室内设有阴极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阳极室内设有阳极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阴极室通过阳极电解液循环系统与电动修复装置的阳极电解室连接，所述阳极室通过阴极电解液循环系统与电动修复装置的阴极电解室连接。将本发明的电解液pH值电化学控制装置引入电动修复处理重金属污泥的技术中，由于电动修复过程中pH的控制，使污泥中的重金属处于溶解、解析和迁移的最佳综合效果，使污泥中的重金属得到有效去除，提高了电动修复去除污泥重金属的效率。

Description

一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置
技术领域
本发明涉及一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，属于二次资源回收和环境工程技术领域。
背景技术
污泥是人类生产和生活中产生的重要的二次资源。随着冶金、化工、矿业、电子业以及铸造业的快速发展，生活污水、工业废水的排放量日益增多，由水处理产生的重金属污染污泥问题日趋严重。这种污泥如果处置不当会对环境造成严重的重金属污泥及贵重资源的流失，致使人类生存环境质量恶化，导致各类污染事件频发，严重危害生态系统的良性循环和人类的生存健康，因此科学合理的处理污泥、减少对环境的污染，同时实现污泥的资源化利用是十分重要的。目前，去除重金属的方法有化学浸出、生物浸出、植物修复、电动修复等。由于化学浸出易造成二次污染，生物浸出受环境影响较大，植物修复周期长，电动修复周期短但是受污染介质的特性和pH值影响大而都达不到理想的处理效果。
对于重金属污染物，目前已经有一些较为成熟电动修复处理装置，但是在电动修复过程中阳极电解液的过度酸化和阴极电解液碱化会大大降低电动修复的效率，因此，如何控制电动修复电解液pH值是需要进一步研究的重要课题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，通过该装置可以调节电动修复方法治理污泥重金属污染过程中电解液的pH值，以解决由于电动修复过程中pH影响污泥中污染物的溶解、解析与迁移等过程，使得电动修复去除污泥重金属的效率偏低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，包括pH控制电解槽，位于该电解槽两边的阴极室、阳极室；所述阴极室内设有阴极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阳极室内设有阳极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阴极室通过阳极电解液循环系统与电动修复装置的阳极电解室连接，所述阳极室通过阴极电解液循环系统与电动修复装置的阴极电解室连接。
其中，所述阴极室设有排气口、阳极电解液输入口和阳极电解液输出口；所述阳极室设有排气口、阴极电解液输入口和阴极电解液输出口；所述电动修复装置的阳极电解室设有排气口、阳极电解液输入口和阳极电解液溢流口；所述电动修复装置的阴极电解室设有排气口、阴极电解液输入口和阴极电解液溢流口。
其中，所述阳极电解液循环系统包括自阴极室的阳极电解液输出口通过蠕动泵连接至电动修复装置的阳极电解液输入口的管路以及自电动修复装置的阳极电解液溢流口连接至所述阴极室的阳极电解液输入口的管路；所述阴极电解液循环系统包括自阳极室的阴极电解液输出口通过蠕动泵连接至电动修复装置的阴极电解液输入口的管路以及自电动修复装置的阴极电解液溢流口连接至所述阳极室的阴极电解液输入口的管路。
本发明的优点在于：
(1)本发明的电解液pH控制电化学装置可以将电动修复中迁移出来的金属离子浓缩到电解液pH控制电化学装置的电解槽中，可以减小浓差极化，促进金属离子的迁移。
(2)将本发明的电解液pH值电化学控制装置引入电动修复处理重金属污泥的技术中，由于电动修复过程中pH的控制，使污泥中的重金属处于溶解、解析和迁移的最佳综合效果，使污泥中的重金属得到有效去除，提高了电动修复去除污泥重金属的效率。
(3)本发明解决了电动修复过程中的氧化剂、螯合剂、络合剂等所需的最佳pH问题；无需加入酸、碱或缓冲剂来调节pH值，具有绿色、环保、无害等特点。
(4)本发明的电解液pH控制电化学装置结构简单，其离子交换膜可以随时清洗与更换，操作简单，便于安装。
附图说明
图1为本发明重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，用于采用电动修复方法进行污泥中重金属污染的治理过程。如图1所示，电动修复装置包括电解槽1、阴极电解室2、阳极电解室3，阴极电解室2和阳极电解室3设于电解槽1的两端；阴极电解室2和阳极电解室3内分别设有弧形石墨电极4、5，污泥床置于电解槽1内，污泥床与阴极电解室2之间设有阴离子交换系统11，该阴极离子交换系统6由带孔隔板、滤纸、阳离子交换膜、滤纸、带孔隔板组成；污泥床与阳极电解室3之间设有阳离子交换系统7，该阳极离子交换系统7由带孔隔板、滤纸、带孔隔板组成；电解槽1的阴极电解室2和阳极电解室3上分别设有气体出口。
本发明的电解液pH值电化学控制装置包括pH控制电解槽8，以及位于该pH控制电解槽8内的阴极室9、阳极室10；阴极室9内设有阴极离子交换系统11和弧形石墨电极12；阳极室内设有阳极离子交换系统13和弧形石墨电极14；阴极室9通过阳极电解液循环系统与电动修复装置的阳极电解室3连接，阳极室10通过阴极电解液循环系统与电动修复装置的阴极电解室2连接，pH控制电解槽8的阳极室10和阴极室9上分别设有气体出口。其中阳极电解液循环系统包括自阴极室侧壁上的阳极电解液输出口24经蠕动泵20连接至电动修复装置的阳极电解液输入口26的管路以及自电动修复装置的阳极电解液溢流口15连接至阴极室的阳极电解液输入口22的管路；阴极电解液循环系统包括自阳极室侧壁上的阴极电解液输出口23经蠕动泵19连接至电动修复装置的阴极电解液输入口25的管路以及自电动修复装置的阴极电解液溢流口16连接至阳极室的阴极电解液输入口21的管路。
弧形石墨电极4、5、弧形石墨电极12、14并联后直流稳压电源17和万用表18串联。在重金属污泥的电动修复过程中，电动修复的阴极电解液从溢流口16经阴极电解液输入口21流入电解液pH值电化学控制装置的阳极室10，电动修复的阳极电解液从阳极电解液溢流口15经阳极电解液输入口22流入电解液pH值电化学控制装置的阴极室9。在电解液pH值电化学控制装置中，其阳极产生的H+中和电动修复装置的阴极电解液中产生的OH-，其阴极产生的OH-中和电动修复装置的阳极电解液中产生的H+，从而实现对电动修复装置的电解液pH的调节。经电解液pH值电化学控制装置处理后的阳极电解液和阴极电解液分别通过各自的回路返回电动修复装置的阳极电解室和阴极电解室。
电动修复装置中电解液的pH值的大小可通过调节电解液pH值电化学控制装置的输入电流的大小来控制，而输入电流的大小可以通过可调稳压直流电流表调节或外加滑动变阻器等方法调节。
实施例1
(1)污泥预处理：取500g冶炼废水污泥样品，该冶炼废水污泥中主要金属含量为Cu5.01％、Ni0.61％、Pb0.68％、Cr0.028％、Fe1.47％、Zn7.75％。
(2)用浓度为1mol/L的硫酸预处理污泥，预处理方法是在转速为250r/min下用磁力搅拌器搅拌0.5h，预处理污泥的含水率为80％，初始pH值为5.95。
(3)装入电解槽：将(1)中预处理好的污泥分层放入电动修复电解槽，压匀。
(4)向阴极电解室和阳极电解室中注入蒸馏水，静置24h至渗透平衡后将蒸馏水更换为电解液，阴极电解液和阳极电解液分别为0.01mol/LHNO3溶液和pH值为2.5的柠檬酸。
(5)通电：在1.3V/cm的电势梯度下通电5天，阴极电解液pH值控制在2-4。
(6)冶炼废水中的重金属在电动修复的作用下，结合图1所示的装置进行电解液pH值控制，从污泥中分离，进入到电解液中。该技术和未采取控制电解液pH值的电动修复技术相比，Cr的去除率由11.19％增加到15.17％，Cu的去除率由14.37％增加到24.72％，Ni的去除率由46.54％增加到54.55％，Zn的去除率由55.23％增加到62.19％，Fe的去除率由9.24％增加到16.15％。

Claims (3)

1.一种重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，其特征在于，包括pH控制电解槽，位于该电解槽两边的阴极室、阳极室；所述阴极室内设有阴极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阳极室内设有阳极离子交换系统和弧形石墨电极；所述阴极室通过阳极电解液循环系统与电动修复装置的阳极电解室连接，所述阳极室通过阴极电解液循环系统与电动修复装置的阴极电解室连接。
2.根据权利要求1所述的重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，其特征在于，所述阴极室设有排气口、阳极电解液输入口和阳极电解液输出口；所述阳极室设有排气口、阴极电解液输入口和阴极电解液输出口；所述电动修复装置的阳极电解室设有排气口、阳极电解液输入口和阳极电解液溢流口；所述电动修复装置的阴极电解室设有排气口、阴极电解液输入口和阴极电解液溢流口。
3.根据权利要求2所述的重金属污泥的电动修复电解液pH值电化学控制装置，其特征在于，所述阳极电解液循环系统包括自阴极室的阳极电解液输出口通过蠕动泵连接至电动修复装置的阳极电解液输入口的管路以及自电动修复装置的阳极电解液溢流口连接至所述阴极室的阳极电解液输入口的管路；所述阴极电解液循环系统包括自阳极室的阴极电解液输出口通过蠕动泵连接至电动修复装置的阴极电解液输入口的管路以及自电动修复装置的阴极电解液溢流口连接至所述阳极室的阴极电解液输入口的管路。
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