CN110342618A - 利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置及方法 - Google Patents
利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置及方法，该装置包括阳极区、阴极区以及设置在所述的阳极区和阴极区之间的质子交换膜，所述的阳极区内设有阳极电极，所述的阳极电极与所述电源正极连接，所述的阴极区内设有阴极电极，所述的阴极电极与所述电源负极连接。一种利用电极电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的方法，包括：在阳极区中加入酸洗废液，在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，打开电源，启动装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，达到以废治废的目的，符合可持续发展的理念。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置及方法。
背景技术
电渗析技术(ED)由德国科学家Morse和Pierce在1903发现，Pauli在1924年对其装置进行改进，在1950年Juda开发出选择性能良好的膜，使电渗析技术进入实用阶段。电渗析主要利用溶液中的带电离子在直流电场的作用下发生定向迁移，离子有选择性的通过离子交换膜，从而实现离子的分离或富集。该技术由于操作简便和无污染等特点，广泛运用于脱盐和工业废水的处理。对于工业废水的处理主要集中在含盐、金属和放射性物质等废水的处理，对于危险废物处理方面的研究却很少。
电极的改性技术是提高电解效率的有效途径，因为它改变了电极的理化性质，为电子转移提供了更好的途径。
电镀污泥和酸洗废液由于其本身的特性被列入国家危险废物名录，现今对于危险废物的处置方法还是委托有资质的单位进行无害化处理，现有处理技术均存在处理效率低、资源和能源浪费等问题，这就使得许多危废处置企业迫切需要危险废物处置的新技术，并且在处理过程中能够回收有价值的物质和能量。
现今对于电镀污泥与酸洗废液的协同处理，大部分都是直接进行混合，通过控制混合比例并添加部分助剂，以达到回收铁氧体的目的，虽然该方法在一定程度上达到了以废治废的目的，但是对于其他重金属的去除或利用效率不高，而且对于污泥的种类要求较高。
发明内容
本发明提供了一种利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置及方法。
本发明采用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥，可以减少电渗析设备的能量投入。在电渗析过程中也可以通过调节电压来控制一些重金属单质的析出以达到回收的目的；在直流电场的作用下，离子的迁移速率更快，可有效地分离酸洗废液中的阴阳离子，酸洗废液中的氢离子可以有效增加电镀污泥中的重金属的溶出，从而使酸洗废液的pH值升高，达到以废治废的目的，符合可持续发展的理念。
一种利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，包括阳极区、阴极区以及设置在所述的阳极区和阴极区之间的质子交换膜，所述的阳极区内设有阳极电极，所述的阳极电极与所述电源正极连接，所述的阴极区内设有阴极电极，所述的阴极电极与所述电源负极连接。
所述的阳极电极采用石墨毡，具体为5mm厚的石墨毡，所述的阴极电极采用石墨毡，具体为5mm厚的石墨毡。
所述的阳极电极通过钛丝与所述电源正极连接，所述的阴极电极通过钛丝与所述电源负极连接。
所述的阳极区内设置有阴极区磁力搅拌子，所述的阳极区内设置有阳极区磁力搅拌子。
一种利用电极电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的方法，采用利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，包括以下步骤：
在阳极区中加入酸洗废液，在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，打开电源启动装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出。
作为优选，所述的阳极电极在使用前需要进行预处理：在420～480摄氏度高温处理15～45min后用丙酮的擦拭，进一步优选，在440～460摄氏度高温处理25～35min后用丙酮的擦拭，进一步优选，在450摄氏度高温处理30min后用丙酮的擦拭。本发明中电极经过450摄氏度高温和丙酮的擦拭，以达到增加电极表面的活性面积、电导率和官能团的目的。
所述的阴极电极在使用前需要进行预处理：在420～480摄氏度高温处理15～45min后用丙酮的擦拭，进一步优选，在440～460摄氏度高温处理25～35min后用丙酮的擦拭，进一步优选，在450摄氏度高温处理30min后用丙酮的擦拭。
在优选技术方案中，在电镀污泥里加入螯合剂可以更好地去除重金属，机理是螯合剂能和重金属生成稳定性更高的可溶性螯合物，把污泥中的一些非稳定形态的重金属转化溶出。
在酸洗废液中加入氯盐有利于提高溶液的导电性，增加装置的电解效率，提高处理能力。
在阳极区中加入酸洗废液后，在阳极区中还加入CaCl2水溶液，所述的CaCl2水溶液为1～3mol/L，进一步优选为1.5～2.5mol/L，最优选为2mol/L。所述的酸洗废液与CaCl2水溶液的体积比为8～12：1，进一步优选为9～11：1，最优选为10：1。本发明中酸洗废液中加入CaCl2水溶液增加了溶液的电导率，在电解质周围生成了水化层，增加了装置的电解效率。
在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，在阴极区还加入EDTA(乙二胺四乙酸)、乳酸、柠檬酸和草酸，所述的EDTA(乙二胺四乙酸)、乳酸、柠檬酸和草酸均以水溶液的形式加入，浓度均为1～3mol/L，进一步优选为1.5～2.5mol/L，最优选为2mol/L。所述的电镀污泥水与EDTA水溶液、乳酸水溶液、柠檬酸水溶液、草酸水溶液的体积比为10：0.7～1.3：0.7～1.3：0.7～1.3：0.7～1.3，进一步优选为10：0.9～1.1：0.9～1.1：0.9～1.1：0.9～1.1，进一步优选为10：1：1：1：1。本发明中电镀污泥用EDTA，乳酸，柠檬酸和草酸的混合螯合剂处理以强化污泥中各重金属的捕集和去除过程。
所述的电镀污泥和水的体积比为1：7～11，进一步优选为1：8～10，再进一步优选为1：9。
EDTA，乳酸，柠檬酸和草酸的混合螯合剂可以强化污泥中各重金属的捕集和去除过程。
所述的直流电的电压为0.5～2.1V，进一步优选为1.2V～2.1V，最优选为2.1V。
本发明中，启动装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，同时使酸洗废液的pH值有所升高。
在电流和浓度差的作用下，酸洗废液中的H+定向迁移至阴极区，从而与碱性的电镀污泥进行反应。当装置运行一段时间后，电镀污泥中的重金属离子从污泥中析出，其中铜离子转化为单质铜，电镀污泥和酸洗废液中的重金属含量都有所下降，可以同步实现污泥中重金属的去除和酸洗废液中铁的回收。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明采用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥，可以减少电渗析设备的能量投入。在电渗析过程中也可以通过调节电压来控制一些重金属单质的析出以达到回收的目的；在直流电场的作用下，离子的迁移速率更快，可有效地分离酸洗废液中的阴阳离子，酸洗废液中的氢离子可以有效增加电镀污泥中的重金属的溶出，从而使酸洗废液的pH值升高，达到以废治废的目的，符合可持续发展的理念。
本发明利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥，电镀污泥中加入的EDTA，乳酸，柠檬酸和草酸作为螯合剂促进了重金属的去除。酸洗废液中加入氯盐增加了溶液电导率。电极的简单改性处理增加了电极的表面积、电导率和官能团。利用电场的作用，可以使分置在电渗析装置中阳极室中的酸洗废液与阴极室中电镀污泥发生离子迁移；由于氢离子的迁移，酸洗废液的pH大大升高，有利于酸洗废液中铁的去除；氢离子迁移至阴极区后，与碱性的电镀污泥进行反应，从而使电镀污泥中重金属的形态发生变化并溶出去除；在利用电渗析的过程中可以通过控制不同的电压来实现重金属溶出的快慢，有利于实际的运用。
附图说明
图1为本发明利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置作进一步的说明。实施例中电镀污泥采用杭州云会五金电镀有限公司的电镀污泥，酸洗废液采用浙江亚磊型钢冷拔有限公司的盐酸酸洗废液。
如图1所示，为本发明利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，包括阳极区3、阴极区2以及设置在阳极区3和阴极区2之间的质子交换膜4，阳极区3内设有阳极电极8，阳极电极8通过钛丝与电源1正极连接，阴极区2内设有阴极电极5，阴极电极5通过钛丝与电源1负极连接。阳极电极8采用5mm厚的石墨毡，阴极电极5采用5mm厚的石墨毡。阳极区2内设置有阴极区磁力搅拌子7，阳极区3内设置有阳极区磁力搅拌子。
一种利用电极电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的方法，采用利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，包括以下步骤：
在阳极区中加入酸洗废液，在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，打开电源启动装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出。
预处理：
阳极电极8和阴极电极5：石墨毡电极放在真空的马弗炉中用450摄氏度加热30分钟，在冷却后用丙酮清洗。
电镀污泥和水的体积比为1：9。
实施例1
步骤一.装置安装；
根据装置示意图进行电渗析装置的组装，组装完成后，在阳极区加入处理后酸洗废液，阴极区加入泥水体积比为1:9的处理后泥水混合液，安装电极，并利用钛丝进行连接，外电路与一直流电源进行连接。
步骤二.在0.5V下装置运行；
按步骤一启动电渗析装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，同时使酸洗废液的pH值由0.12升高至1.3。
步骤三.金属去除和回收
当装置运行24h后，由于在电流和浓度差的作用下，酸洗废液中的H+定向迁移至阴极区，从而与碱性的电镀污泥进行反应，电镀污泥中的重金属离子从污泥中析出，其中铜离子转化为单质铜，电镀污泥中Ni、Zn、Cu和Cr的去除率分别为38％、34％、46％和29％，酸洗废液中由于铁离子氧化产生沉淀，使铁离子回收率达到59％。
实施例2
步骤一.装置安装；
根据装置示意图进行电渗析装置的组装，组装完成后，在阳极区加入处理后酸洗废液，阴极区加入泥水体积比为1:9的处理后泥水混合液(即电镀污泥和水)，安装电极，并利用钛丝进行连接，外电路与一直流电源进行连接。
步骤二.在1.2V下装置运行；
按步骤一启动电渗析装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，同时使酸洗废液的pH值由0.12升高至1.54。
步骤三.金属去除和回收
当装置运行24h后，电镀污泥中的重金属离子从污泥中析出，其中铜离子转化为单质铜，发现电镀污泥中的泥量减少了51％，污泥中Ni、Zn、Cu和Cr的去除率分别为58％、49％、68％和36％，酸洗废液中由于铁离子产生沉淀，使铁离子回收率达到72％。
实施例3
步骤一.装置安装；
根据装置示意图进行电渗析装置的组装，组装完成后，在阳极区加入处理后酸洗废液，阴极区加入泥水体积比为1:9的处理后泥水混合液(即电镀污泥和水)，安装电极，并利用钛丝进行连接，外电路与一直流电源进行连接。
步骤二.在2.1V下装置运行；
按步骤一启动电渗析装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，同时使酸洗废液的pH值由0.12升高至1.91。
步骤三.金属去除和回收；
当装置运行24h后，电镀污泥中的重金属离子从污泥中析出，其中铜离子转化为单质铜，发现电镀污泥中的泥量减少了68％，污泥中Ni、Zn、Cu和Cr的去除率分别为69％、66％、79％和45％，酸洗废液中由于铁离子产生沉淀，使铁离子回收率达到78％。
实施例4
步骤一.装置安装；
根据装置示意图进行电渗析装置的组装，组装完成后，在阳极区加入处理后酸洗废液，在阳极区中还加入CaCl2水溶液，CaCl2水溶液为2mol/L，酸洗废液与CaCl2水溶液的体积比为10：1，阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，在阴极区还加入EDTA(乙二胺四乙酸)、乳酸、柠檬酸和草酸，EDTA(乙二胺四乙酸)、乳酸、柠檬酸和草酸均以水溶液的形式加入，浓度均为2mol/L，电镀污泥水与EDTA水溶液、乳酸水溶液、柠檬酸水溶液、草酸水溶液的体积比为10：1：1：1：1。安装电极，并利用钛丝进行连接，外电路与一直流电源进行连接。
步骤二.在2.1V下装置运行；
按步骤一启动电渗析装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出，同时使酸洗废液的pH值由0.12升高至2.23。
步骤三.金属去除和回收；
当装置运行24h后，电镀污泥中的重金属离子从污泥中析出，其中铜离子转化为单质铜，发现电镀污泥中的泥量减少了78％，污泥中Ni、Zn、Cu和Cr的去除率分别为80％、71％、88％和65％，酸洗废液中由于铁离子产生沉淀，使铁离子回收率达到89％。
Claims (10)
1.一种利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，其特征在于，包括阳极区、阴极区以及设置在所述的阳极区和阴极区之间的质子交换膜，所述的阳极区内设有阳极电极，所述的阳极电极与所述电源正极连接，所述的阴极区内设有阴极电极，所述的阴极电极与所述电源负极连接。
2.根据权利要求1所述的利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，其特征在于，所述的阳极电极采用石墨毡，所述的阴极电极采用石墨毡。
3.根据权利要求1所述的利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，其特征在于，所述的阳极电极通过钛丝与所述电源正极连接，所述的阴极电极通过钛丝与所述电源负极连接。
4.根据权利要求1所述的利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，其特征在于，所述的阳极区内设置有阴极区磁力搅拌子，所述的阳极区内设置有阳极区磁力搅拌子。
5.一种利用电极电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的方法，其特征在于，采用权利哦要求1～4任一项所述的利用电渗析技术协同处理酸洗废液和电镀污泥的装置，包括以下步骤：
在阳极区中加入酸洗废液，在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，打开电源启动装置，在直流电的作用下，阳极区酸洗废液中的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，与电镀污泥反应，促使电镀污泥中的重金属溶出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的阳极电极在使用前需要进行预处理：在420～480摄氏度高温处理15～45min后用丙酮的擦拭；
所述的阴极电极在使用前需要进行预处理：在420～480摄氏度高温处理15～45min后用丙酮的擦拭。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在阳极区中加入酸洗废液后，在阳极区中还加入CaCl2水溶液，所述的CaCl2水溶液为1～3mol/L，所述的酸洗废液与CaCl2水溶液的体积比为8～12：1。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在阴极区加入电镀污泥和水，形成电镀污泥水，在阴极区还加入乙二胺四乙酸、乳酸、柠檬酸和草酸，所述的乙二胺四乙酸、乳酸、柠檬酸和草酸均以水溶液的形式加入，浓度均为1～3mol/L，所述的电镀污泥水与EDTA水溶液、乳酸水溶液、柠檬酸水溶液、草酸水溶液的体积比为10：0.7～1.3：0.7～1.3：0.7～1.3：0.7～1.3。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的电镀污泥和水的体积比为1：7～11。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的直流电的电压为0.5～2.1V。
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