CN107299360B - 利用光伏电源电解含硫酸废水工艺 - Google Patents

Abstract

利用光伏电源电解含硫酸废水工艺。本发明根据水电解氢气的原理，纯水不具有导电性，相反的需要加入稀硫酸或其他物质，以增强水的导电性，实现水电解氢气的目的。含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅等其他物质，是良好的导电溶液，因此利用现有的太阳能转化为电能技术，将生产过程产生的废水电解氢气，一方面减轻企业治污成本，提高企业经济效益，另一方面可以完全规避环境污染的发生，保持生态环境平衡，关键是电解出的氢气又是一种可再生的清洁能源，其热值高，燃烧产物为H2O，不会对环境产生任何污染，可以为高消耗能源的企业提供燃料，如铅冶炼企业等。

Description

利用光伏电源电解含硫酸废水工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种利用光伏电源电解含硫酸废水工艺。

背景技术

铅及其制品广泛应用于蓄电池、电缆护套、机械制造、船舶制造、轻工、射线防护等行业，是一种重要的金属。然而在化工成产品及回收过程中通常伴有含硫酸废水。含硫酸废水处理不当排到自然环境中不仅会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。目前处理含硫酸废水的常用方法包括高温浓缩法、氧化法、中合处理法。

高温浓缩法是指在加热浓缩废稀硫酸的过程中，使其中的有机物发生氧化、聚合等反应，转变为深色胶状物或悬浮物后过滤除去，从而达到去除杂质、浓缩稀硫酸的目的。该方法的缺点在于：硫酸的强腐蚀性和酸雾对设备和操作人员的危害很大，实际操作非常麻烦，而且加热含硫酸废水使其浓缩需要消耗大量的能源，生产成本高。

氧化法原理是用氧化剂在适当的条件下将废硫酸中的有机杂质氧化分解，使其转变为二氧化碳、水、氮的氧化物等从硫酸中分离出去，从而使废硫酸净化回收。常用的氧化剂有过氧化氢、硝酸、高氯酸、次氯酸、硝酸盐、臭氧等。该方法的缺点在于，每种氧化剂都有其局限性，针对含不同杂质的含硫酸废水要选用不同的氧化剂，氧化剂的用量难以控制，氧化剂不足时则杂质处理不完全，氧化剂过量时则氧化剂本身可能成为新的杂质。

中合处理法是利用石灰或废碱溶液与含硫酸废水进行中和，使其达到排放标准，该方法的缺点在于对于硫酸含量高的废水需要大量的碱性物质中合，浪费了硫酸的其他经济价值。

综上所述，诸如铅冶炼企业拆解废旧电瓶产生的废液以及极板蓄电池行业生产产生的废水中，富含硫酸以及铅等重金属物质。目前采取上述治理措施不仅成本高，而且又有次危害的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种方法较为简单，节能环保的利用光伏电源电解含硫酸废水工艺。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明根据水电解氢气的原理，纯水不具有导电性，相反的需要加入稀硫酸或其他物质，以增强水的导电性，实现水电解氢气的目的。含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅等其他物质，是良好的导电溶液，因此利用现有的太阳能转化为电能技术，将生产过程产生的废水电解氢气，一方面减轻企业治污成本，提高企业经济效益，另一方面可以完全规避环境污染的发生，保持生态环境平衡，关键是电解出的氢气又是一种可再生的清洁能源，其热值高，燃烧产物为H2O，不会对环境产生任何污染，可以为高消耗能源的企业提供燃料，如铅冶炼企业等，具体方法如下：

(1)引流废水：

将含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅等其他物质的先废水流入各自自建的废水蓄水池中，然后通过管道(管道壁使用玻璃镶嵌，以防腐蚀)统一流入废水收集池；

(2)排入电解槽：

废水收集池留有若干排(出)水口，分别流向电解槽，电解槽的数量可以根据废水产生的量而设定；出水口设置距废水收集池底部约30公分，且装有控制闸阀，闸阀的控制是由电解槽内废水的水位来控制，闸阀与电解槽上下错位，有效利用水位落差，实现不需能源消耗就可以向电解槽中不断注入废水；

电解槽是由上下两部分组成，上部是双层圆柱形，外口径为1.2米，内口径为1米，高度为2.5米，在距上部1米处留有进水孔，进水孔和废水收集池的排水口贯通，电解槽内的水位控制在距上部30mm处，超过这个水位时关闭废水池的排水口，低于这个水位30mm时，开启出水口(废水收集池)自动注水，内外两层是贯通的，使用加固棍将内外层连接固定；下层是圆锥形，高度为0.8米，材质均使用玻璃；

上部内层底部向上串联装有若干电级棒，电级棒连接电源负极；夹层装有连接正极的电级棒；

下层和上层之间可以是一个整体，也可以分离，中间装有一个可以封闭或开启的闸门，下部分负责收集电解氢气过程产生的铅等重金属物质以及沉淀的废物，电解氢气时闸门打开，重金属物质沉淀在锥形槽内，待收集到一定量时，关闭闸门，使上下两层槽体分离，将下层锥形槽体移出，清理掉含铅污泥(含铅污泥转移到铅冶炼企业重新提取)，然后复原，打开闸门继续工作；

(3)利用光伏电源：

利用太阳能转化电能(直流电)技术，将电源连接到电解槽中的正负极，本发明电级棒所使用的材质为铜，因为按照金属离子活动性顺序(K+＞Ca²⁺＞Na⁺＞Mg²⁺＞Al³⁺＞Zn²⁺＞Fe²⁺＞Sn²⁺＞Pb²⁺＞H⁺＞Cu²⁺＞Hg²⁺＞Ag⁺)电解时活动性靠前的离子会先于活动性靠后的离子电解出来，所选电极为铜质材料；

(4)制备氢气：

当通入直流电后，连接负极的内层电解槽中就有气泡发生，所溢出的气体就是氢气；

(5)制作集气筒：

集气桶筒体是圆柱形，容积为7.85立方米，口径比电解槽内口径大约1.05米，口朝下，顶部留有出气口，且有闸阀控制，出气口连接到储气罐；

下部距离筒口10mm一周留有若干出气孔，出气孔的孔径为20mm；50mm处的某一点(根据生产环境的需要设置)设置一个出气孔，出气孔的孔径为10mm出气孔由软管连接，连接到电喷火装置，这是检验氢气是否集满；65mm处设置自动开启阀门；

(6)排气收集氢气：

将制作的集气筒口朝下，与电解槽的内层密封，但是不能超过出气孔，由于氢气的密度较小，氢气的质量只有空气的1/14，当有氢气产生时，氢气就会自动朝集气筒的上方游走，空气不断的通过出气孔向外边溢出；当氢气集满时，第一时间通过软管流向电喷火装置，电喷火装置喷火口就会点燃，此时即可关闭电喷火，同时启动开启阀门，关闭集气筒(保证氢气的纯度)，然后开启顶部的闸阀，将筒内的氢气输送到储气罐中，完成后再打开阀门，继续收集氢气，连续进行。

附图说明

图1为本发明装置结构图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种利用光伏电源电解含硫酸废水工艺，具体方法如下：

(1)引流废水：

将含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅等其他物质的先废水流入各自自建的废水蓄水池中，然后通过管道(管道壁使用玻璃镶嵌，以防腐蚀)统一流入废水收集池；

(2)排入电解槽：

废水收集池留有若干排(出)水口，分别流向电解槽，电解槽的数量可以根据废水产生的量而设定；出水口设置距废水收集池底部约30公分，且装有控制闸阀，闸阀的控制是由电解槽内废水的水位来控制，闸阀与电解槽上下错位，有效利用水位落差，实现不需能源消耗就可以向电解槽中不断注入废水；

电解槽是由上下两部分组成，上部是双层圆柱形，外口径为1.2米，内口径为1米，高度为2.5米，在距上部1米处留有进水孔，进水孔和废水收集池的排水口贯通，电解槽内的水位控制在距上部30mm处，超过这个水位时关闭废水池的排水口，低于这个水位30mm时，开启排水口(废水收集池)自动注水，内外两层是贯通的，使用加固棍将内外层连接固定；下层是圆锥形，高度为0.8米，材质均使用玻璃；

上部内层底部向上串联装有若干电级棒，电级棒连接电源负极；夹层装有连接正极的电级棒；

下层和上层之间可以是一个整体，也可以分离，中间装有一个可以封闭或开启的闸门，下部分负责收集电解氢气过程产生的铅等重金属物质以及沉淀的废物，电解氢气时闸门打开，重金属物质沉淀在锥形槽内，待收集到一定量时，关闭闸门，使上下两层槽体分离，将下层锥形槽体移出，清理掉含铅污泥(含铅污泥转移到铅冶炼企业重新提取)，然后复原，打开闸门继续工作；

(3)利用光伏电源：

利用太阳能转化电能(直流电)技术，将电源连接到电解槽中的正负极，本发明电级棒所使用的材质为铜，因为按照金属离子活动性顺序(K⁺＞Ca²⁺＞Na⁺＞Mg²⁺＞Al³⁺＞Zn²⁺＞Fe²⁺＞Sn²⁺＞Pb²⁺＞H⁺＞Cu²⁺＞Hg²⁺＞Ag⁺)电解时活动性靠前的离子会先于活动性靠后的离子电解出来，所选电极为铜质材料；

(4)制备氢气：

当通入直流电后，连接负极的内层电解槽中就有气泡发生，所溢出的气体就是氢气；

(5)制作集气筒：

集气桶筒体是圆柱形，容积为7.85立方米，口径和电解槽内口径略大约1.05米，口朝下，顶部留有出气口，且有闸阀控制，出气口连接到储气罐；

下部距离筒口10mm一周留有若干出气孔，出气孔的孔径为20mm；50mm处的某一点(根据生产环境的需要设置)设置一个出气孔，出气孔的孔径为10mm出气孔由软管连接，连接到电喷火装置，这是检验氢气是否集满；65mm处设置自动开启阀门；

(6)排气收集氢气：

将制作的集气筒口朝下，与电解槽的内层密封，但是不能超过出气孔，由于氢气的密度较小，氢气的质量只有空气的1/14，当有氢气产生时，氢气就会自动朝集气筒的上方游走，空气不断的通过出气孔向外边溢出；当氢气集满时，第一时间通过软管流向电喷火装置，电喷火装置喷火口就会点燃，此时即可关闭电喷火，同时启动开启阀门，关闭集气筒(保证氢气的纯度)，然后开启顶部的阀门，将筒内的氢气输送到储气罐中，完成后再打开阀门，继续收集氢气，连续进行。

本发明根据水电解氢气的原理，纯水不具有导电性，相反的需要加入稀硫酸或其他物质，以增强水的导电性，实现水电解氢气的目的。含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅等其他物质，是良好的导电溶液，因此利用现有的太阳能转化为电能技术，将生产过程产生的废水电解氢气，一方面减轻企业治污成本，提高企业经济效益，另一方面可以完全规避环境污染的发生，保持生态环境平衡，关键是电解出的氢气又是一种可再生的清洁能源，其热值高，燃烧产物为H₂O，不会对环境产生任何污染，可以为高消耗能源的企业提供燃料，如铅冶炼企业等。

如图1所述，一种利用光伏电源电解含硫酸废水的装置，包括：废水收集池1、电解槽2、集气筒3、电喷火器4、储气罐5、电源控制柜6和光伏电源7；

废水收集池1留有若干排(出)水口8和废水进口9，所述电解槽2是由上下两部分组成，上部201是双层圆柱形，外口径为1.2米，内口径为1米，高度为2.5米，在距上部201一米处留有进水孔203，进水孔203和废水收集池1的排水口8贯通，所述电解槽2内的水位控制在距上部30mm处，超过这个水位时关闭废水池的排水口8，低于这个水位30mm时，开启排水口8(废水收集池)自动注水，内外两层是贯通的，使用加固棍10将内外层连接固定；下部202是圆锥形，高度为0.8米，材质均使用玻璃；

所述电解槽2的上部201内层204底部向上串联装有若干阴极棒205，阴极棒205通过电源控制柜6连接光伏电源7负极，在内层204和外层206之间的夹层装有阳极棒207，阳极棒207通过电源控制柜6连接光伏电源7的正极；

电解槽1的下上两部分之间可以是一个整体，也可以分离，中间装有一个可以封闭或开启的闸门208，下部202分负责收集电解氢气过程产生的铅等重金属物质以及沉淀的废物，电解氢气时闸门208打开，重金属物质沉淀在锥形槽内，待收集到一定量时，关闭闸门208，使上下两层槽体分离，将下部202锥形槽体移出，清理掉含铅污泥(含铅污泥转移到铅冶炼企业重新提取)，然后复原，打开闸门208继续工作；

所述集气桶3筒体是圆柱形，容积为7.85立方米，口径比电解槽2内口径略大，约1.05米，口朝下，顶部留有出气口11，且有闸阀12控制，出气口11连接到储气罐5；集气筒3下部距离筒口10mm一周留有若干出气孔12，出气孔12的孔径为20mm；在集气筒3距离筒口50mm处的某一点(根据生产环境的需要设置)设置一个检测出气孔13，检测出气孔13的孔径为10mm，由软管连接，连接到电喷火器4的电喷头，这是检验氢气是否集满；在集气筒3距离筒口65mm处设置自动开启阀门14。

电解槽2的数量可以根据废水产生的量而设定，出水口8设置距废水收集池1底部约30公分，且装有控制闸阀15，闸阀15的控制是由电解槽2内废水的水位来控制，闸阀15与电解槽2上下错位，有效利用水位落差，实现不需能源消耗就可以向电解槽2中不断注入废水。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种利用光伏电源电解含硫酸废水工艺，其特征在于具体方法如下：

(1)引流废水：

将含铅废物拆解冶炼行业以及极板蓄电池行业生产产生的废水中富含稀硫酸、重金属铅的废水流入各自自建的废水蓄水池中，然后通过管道统一流入废水收集池；

(2)排入电解槽：

废水收集池留有若干排水口，分别流向电解槽，电解槽的数量可以根据废水产生的量而设定；出水口设置距废水收集池底部30cm，且装有控制闸阀；

电解槽是由上下两部分组成，上部是双层圆柱形，外口径为1.2米，内口径为1米，高度为2.5米，在距上部1米处留有进水孔，进水孔和废水收集池的排水口贯通，电解槽内的水位控制在距上部30mm处，超过这个水位时关闭废水池的排水口，低于这个水位30mm时，开启排水口自动注水，内外两层是贯通的，使用加固棍将内外层连接固定；下部是圆锥形，高度为0.8米；

上部内层底部向上串联装有若干电级棒，电级棒连接电源负极；夹层装有连接正极的电级棒；

下部和上部之间为固定连接或采用可拆卸方式连接，中间装有一个可以封闭或开启的闸门，下部负责收集电解氢气过程产生的铅以及沉淀的废物，电解氢气时闸门打开，铅沉淀在锥形槽内，待收集到一定量时，关闭闸门，使上下两层槽体分离，将下层锥形槽体移出，清理掉含铅污泥，然后复原，打开闸门继续工作；

(3)利用光伏电源：

利用太阳能转化电能技术，将电源连接到电解槽中的正负极，按照金属离子活动性顺序，电解时活动性靠前的离子会先于活动性靠后的离子电解出来；

(4)制备氢气：

当通入直流电后，连接负极的内层电解槽中就有气泡发生，所溢出的气体就是氢气；

(5)制作集气筒：

集气桶筒体是圆柱形，容积为7.85立方米，口径1.05米，口朝下，顶部留有出气口，且有闸阀控制，出气口连接到储气罐；

下部距离筒口10mm一周留有若干出气孔，出气孔的孔径为20mm，在集气筒距离筒口50mm处的某一点设置一个检测出气孔，检测出气孔的孔径为10mm，由软管连接，连接到电喷火器，这是检验氢气是否集满；在集气筒距离筒口65mm处设置自动开启阀门；

(6)排气收集氢气：

将制作的集气筒口朝下，与电解槽的内层密封，但是不能超过出气孔，由于氢气的密度较小，氢气的质量只有空气的1/14，当有氢气产生时，氢气就会自动朝集气筒的上方游走，空气不断的通过出气孔向外边溢出；当氢气集满时，第一时间通过软管流向电喷火装置，电喷火装置喷火口就会点燃，此时即可关闭电喷火，同时启动开启阀门，关闭集气筒，然后开启顶部的闸阀，将筒内的氢气输送到储气罐中，完成后再打开阀门，继续收集氢气，连续进行。

2.根据权利要求1所述的利用光伏电源电解含硫酸废水工艺，其特征在于，所述电级棒所使用的材质为铜。

3.根据权利要求1所述的利用光伏电源电解含硫酸废水工艺，其特征在于，所述步骤(2)中闸阀的控制是由电解槽内废水的水位来控制，闸阀与电解槽上下错位，有效利用水位落差，实现不需能源消耗就可以向电解槽中不断注入废水。

4.根据权利要求1所述的利用光伏电源电解含硫酸废水工艺，其特征在于，所述电解槽的材质使用玻璃。