CN114247290A - 一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及重金属电渗析回收技术领域，公开了一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，包括与重金属废水连通的进水组件，用于排出浓缩重金属废水的排水组件，设置在所述进水组件、排水组件之间的安装机架，与排水组件连通的复合电渗析装置；复合电渗析装置包括多根并排设置在安装机架上的电渗析管道；所述电渗析管道包括上端连通进水组件、下端连通排水组件的外部圆管，活动设置在所述外部圆管内部的转动组件，设置在所述外部圆管外与转动组件连接的动力组件；本装置不仅能够大大提高电渗析浓缩装置处理重金属废液的处理效率，还能够有效减小处理过程的能源损耗。

Description

一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置
技术领域
本发明涉及重金属电渗析回收技术领域，具体是涉及一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置。
背景技术
电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性，即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的；
现有技术提供的电渗析浓缩装置，通常为在处理腔内插入多组并排平行设置的模组，此种并排设置的方式水流速度慢，离子运动迁移的速度完全依靠通入电流、电压的大小；使得离子在运动迁移过程中往往要从处理腔的一端经过多个模组到达另一端，完成电渗析处理；存在的技术缺陷是离子运动路径大，运动速度慢，不仅造成电能损耗大的问题，还导致处理效率受到限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有技术从重金属废液中回收重金属的电渗析浓缩装置浓缩处理效率低，能耗高。
本发明的技术方案是：一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，包括与重金属废水连通的进水组件，用于排出浓缩重金属废水的排水组件，设置在所述进水组件、排水组件之间的安装机架，设置在所述安装机架上一端与进水组件连通、另一端与排水组件连通的复合电渗析装置；
所述复合电渗析装置包括多根并排设置在安装机架上的电渗析管道；
所述电渗析管道包括上端连通进水组件、下端连通排水组件的外部圆管，活动设置在所述外部圆管内部的转动组件，设置在所述外部圆管外与转动组件连接的动力组件；
所述转动组件包括设置在所述外部圆管中心且上下端分别贯穿进水组件、排水组件的中心电极，两个设置在所述中心电极上且位于外部圆管上下端的旋转支架，多个上下端均与所述旋转支架连接且以外部圆管内壁均匀分布的侧边电极，设置在所述侧边电极旋转范围内且以中心电极为中心的筒膜组件；
所述筒膜组件包括设置在两个旋转支架之间筒状挂载骨架，设置在所述筒状挂载骨架内侧靠近中心电极的第一筒状滤膜，以及设置在所述筒状挂载骨架外侧靠近侧边电极的第二筒状滤膜；
所述筒状挂载骨架包括多个以中心电极为中心轴线均匀环绕的支撑网板，设置在所述支撑网板上的连接环，以及填充设置在所述支撑网板、连接环上的离子交换树脂；
所述动力组件包括向所述中心电极提供旋转动力的动力电机，以及与所述中心电极、侧边电极电性连接的电渗析电源。
进一步地，所述中心电极上均匀设置有离心涡扇。
通过离心涡扇的设置能够进一步驱动重金属废液转动，产生更强的离心力，从而促进重金属离子周向的快速运动，提高对重金属废液的处理效率。
进一步地，所述侧边电极为板状的负电极，中心电极为圆柱状的正电极；
所述第一筒状滤膜为阴离子交换膜；第二筒状滤膜为阳离子交换膜。
将阳离子交换膜环绕设置在外圈，能够大幅度增大阳离子交换膜的有效过滤面积；另外一方面能够在一定程度上减小能源损耗，对中心电极连接的直流电进行较高效率的利用。
进一步地，所述外部圆管与排水组件连接处设置有分液器；
所述分液器包括设置在所述安装机架上与外部圆管连通的壳体，设置在所述壳体内的分液锥环；
所述壳体内侧面与分液锥环外侧面形成重金属废液浓缩腔；所述分液锥环内侧面形成废液腔；
所述废液腔上设有第一排液管；所述重金属废液浓缩腔上设有与排水组件连通的第二排液管。通过分液器的设置能够对重金属浓缩液进行有效分离，便于进一步收集。
进一步地，在第二排液管、排水组件之间还设置有对重金属废液进行二次浓缩的复合电渗析装置。通过二次浓缩能够对重金属废液的浓度进行再次提升，得到高浓度的重金属废液具有较大的利用价值，有利于提高经济效益。
进一步地，所述进水组件进水端连接有预处理设备；
所述预处理设备包括原液水箱，设置在所述原液水箱内部的水质检测装置，通过水泵与所述原液水箱连通的过滤组件，以及设置在所述过滤组件、进水组件之间的杀菌装置。
通过水质检测装置能够对原液中重金属浓度进行检测，便于调节电渗析电源的电流以及筒膜组件的转速，有利于进行高效的浓缩处理。
进一步地，所述过滤组件由多介质过滤器、袋式过滤器依次连接构成。通过过滤能够去除重金属废液中的泥砂、悬浮物、胶体等杂质和藻类等生物，降低对筒状滤膜的机械损伤及污染。
进一步地，在所述侧边电极旋转范围内且以中心电极为中心轴线均匀间隔套设有3～5个筒膜组件。通过多个筒膜组件的设置能够提高单个电渗析管道对废液的处理量，便于适应处理量较大的重金属废液工程问题。
进一步地，设置在所述支撑网板上的连接环由多个间隔均匀的圆弧环围设构成；
所述水平设置的圆弧环与垂直设置的支撑网板组成填充离子交换树脂的填充腔；所述填充腔上下端均滑动设置在所述旋转支架上。通过填充腔的滑动设置能够在旋转支架上改变相邻筒膜组件之间的距离，便于根据实际处理情况进行多模式的处理，大大提高实用性。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，本装置通过动力组件驱动旋转支架在外部圆管内转动，使得内部重金属废液产生离心力，加快废液以及重金属离子周向运动的速度；通过在中心设置正电极、侧边设置均匀分布的负电极能够使的重金属离子周向运动，相对于传统单方向的移动，能够在一定程度上缩减重金属离子运动迁移的路径，使其快速经过阳离子交换膜，最终大大提高电渗析的处理效率；另外本装置中的阳离子交换膜、阴离子交换膜均为筒状，其工作效率更高，通过夹设填充离子交换树脂能够有效降低阳离子交换膜、阴离子交换膜上的电阻，进一步提高离子交换效率，进而从整体上减小处理重金属废液的能源损耗。
附图说明
图1是本发明实施例1整体的结构示意图；
图2是本发明实施例1外部圆管的结构示意图；
图3是本发明实施例1转动组件的结构示意图；
图4是本发明实施例1转动组件的结构示意图；
图5是本发明实施例1分液器的结构示意图；
图6是本发明实施例2整体的结构示意图；
图7是本发明实施例3筒膜组件的结构示意图；
图8是本发明实施例3筒膜组件的结构示意图；
其中，1-进水组件、2-排水组件、3-安装机架、4-复合电渗析装置、5-电渗析管道、50-外部圆管、51-转动组件、52-动力组件、510-中心电极、511-旋转支架、512-侧边电极、513-筒状挂载骨架、514-第一筒状滤膜、515-第二筒状滤膜、516-支撑网板、517-连接环、5170-圆弧环、518-离心涡扇、519-填充腔、6-分液器、60-壳体、61-分液锥环、62-重金属废液浓缩腔、63-废液腔、64-第二排液管、7-预处理设备、70-原液水箱、71-水质检测装置、72-过滤组件、73-杀菌装置。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，包括与重金属废水连通的进水组件1，用于排出浓缩重金属废水的排水组件2，设置在进水组件1、排水组件2之间的安装机架3，设置在安装机架3上一端与进水组件2连通、另一端与排水组件3连通的复合电渗析装置4；
复合电渗析装置4包括3根并排设置在安装机架3上的电渗析管道5；
如图2所示，电渗析管道5包括上端连通进水组件2、下端连通排水组件3的外部圆管50，活动设置在外部圆管50内部的转动组件51，设置在外部圆管50外与转动组件51连接的动力组件52；
如图3所示，转动组件51包括设置在外部圆管50中心且上下端分别贯穿进水组件2、排水组件3的中心电极510，两个设置在中心电极510上且位于外部圆管50上下端的旋转支架511，3个上下端均与旋转支架511连接且以外部圆管50内壁均匀分布的侧边电极512，设置在侧边电极512旋转范围内且以中心电极510为中心的筒膜组件；
如图3、4所示，筒膜组件包括设置在两个旋转支架511之间筒状挂载骨架513，设置在筒状挂载骨架513内侧靠近中心电极510的第一筒状滤膜514，以及设置在筒状挂载骨架513外侧靠近侧边电极512的第二筒状滤膜515；
筒状挂载骨架513包括6个以中心电极510为中心轴线均匀环绕的支撑网板516，设置在支撑网板516上的连接环517，以及填充设置在支撑网板516、连接环517上的离子交换树脂；
动力组件52包括向中心电极510提供旋转动力的动力电机，以及与中心电极510、侧边电极512电性连接的电渗析电源。
中心电极510上均匀设置有离心涡扇518。
侧边电极512为板状的负电极，中心电极510为圆柱状的正电极；
第一筒状滤膜514为阴离子交换膜；第二筒状滤膜515为阳离子交换膜。
如图5所示，外部圆管50与排水组件3连接处设置有分液器6；
分液器6包括设置在安装机架3上与外部圆管50连通的壳体60，设置在壳体60内的分液锥环61；
壳体60内侧面与分液锥环61外侧面形成重金属废液浓缩腔62；分液锥环61内侧面形成废液腔63；
废液腔63上设有第一排液管；重金属废液浓缩腔62上设有与排水组件3连通的第二排液管64。
如图1所示，进水组件1进水端连接有预处理设备7；
预处理设备7包括原液水箱70，设置在原液水箱70内部的水质检测装置71，通过水泵与原液水箱70连通的过滤组件72，以及设置在过滤组件72、进水组件1之间的杀菌装置73。
过滤组件72由多介质过滤器、袋式过滤器依次连接构成。
其中，多介质过滤器、袋式过滤器、杀菌装置73、水质检测装置71、阴离子交换膜、阳离子交换膜、电渗析电源均采用市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
本装置的使用方法：
首先重金属废水从原液水箱70依次贯穿过滤组件72、杀菌组件73进行过滤和杀菌，然后通入进水组件1内，通过过滤和杀菌可防止重金属废水对复合电渗析装置4内的筒膜组件造成损伤；动力组件52驱动转动组件51进行高速转动，重金属废水在筒膜组件的转动下也进行转动，产生离心力；在中心电极510、侧边电极512的作用下，由于离心力的存在导致重金属离子加快向边缘侧边电极512的运动；另外由于侧边电极512呈环形分布，可以使得重金属离子从中心向四周扩散，大大提高重金属离子贯穿阳离子交换膜的速度；然后分液，对重金属浓缩液收集。
实施例2：
如图1所示的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，包括与重金属废水连通的进水组件1，用于排出浓缩重金属废水的排水组件2，设置在进水组件1、排水组件2之间的安装机架3，设置在安装机架3上一端与进水组件2连通、另一端与排水组件3连通的复合电渗析装置4；
复合电渗析装置4包括4根并排设置在安装机架3上的电渗析管道5；
如图2所示，电渗析管道5包括上端连通进水组件2、下端连通排水组件3的外部圆管50，活动设置在外部圆管50内部的转动组件51，设置在外部圆管50外与转动组件51连接的动力组件52；
如图3所示，转动组件51包括设置在外部圆管50中心且上下端分别贯穿进水组件2、排水组件3的中心电极510，两个设置在中心电极510上且位于外部圆管50上下端的旋转支架511，3个上下端均与旋转支架511连接且以外部圆管50内壁均匀分布的侧边电极512，设置在侧边电极512旋转范围内且以中心电极510为中心的筒膜组件；
如图3、4所示，筒膜组件包括设置在两个旋转支架511之间筒状挂载骨架513，设置在筒状挂载骨架513内侧靠近中心电极510的第一筒状滤膜514，以及设置在筒状挂载骨架513外侧靠近侧边电极512的第二筒状滤膜515；
筒状挂载骨架513包括6个以中心电极510为中心轴线均匀环绕的支撑网板516，设置在支撑网板516上的连接环517，以及填充设置在支撑网板516、连接环517上的离子交换树脂；
动力组件52包括向中心电极510提供旋转动力的动力电机，以及与中心电极510、侧边电极512电性连接的电渗析电源。
中心电极510上均匀设置有离心涡扇518。
侧边电极512为板状的负电极，中心电极510为圆柱状的正电极；
第一筒状滤膜514为阴离子交换膜；第二筒状滤膜515为阳离子交换膜。
如图5所示，外部圆管50与排水组件3连接处设置有分液器6；
分液器6包括设置在安装机架3上与外部圆管50连通的壳体60，设置在壳体60内的分液锥环61；
壳体60内侧面与分液锥环61外侧面形成重金属废液浓缩腔62；分液锥环61内侧面形成废液腔63；
废液腔63上设有第一排液管；重金属废液浓缩腔62上设有与排水组件3连通的第二排液管64。
如图1所示，进水组件1进水端连接有预处理设备7；
预处理设备7包括原液水箱70，设置在原液水箱70内部的水质检测装置71，通过水泵与原液水箱70连通的过滤组件72，以及设置在过滤组件72、进水组件1之间的杀菌装置73。
过滤组件72由多介质过滤器、袋式过滤器依次连接构成。
如图6所示，在第二排液管64、排水组件3之间还设置有对重金属废液进行二次浓缩的复合电渗析装置4。
其中，多介质过滤器、袋式过滤器、杀菌装置73、水质检测装置71、阴离子交换膜、阳离子交换膜、电渗析电源均采用市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
本装置相对与实施例1，能够对重金属废液浓缩腔62排出的重金属浓缩液再次进行浓缩，进一步提高进行提纯，可以得到更高浓度的重金属废液。
实施例3：
如图1所示的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，包括与重金属废水连通的进水组件1，用于排出浓缩重金属废水的排水组件2，设置在进水组件1、排水组件2之间的安装机架3，设置在安装机架3上一端与进水组件2连通、另一端与排水组件3连通的复合电渗析装置4；
复合电渗析装置4包括5根并排设置在安装机架3上的电渗析管道5；
如图2所示，电渗析管道5包括上端连通进水组件2、下端连通排水组件3的外部圆管50，活动设置在外部圆管50内部的转动组件51，设置在外部圆管50外与转动组件51连接的动力组件52；
如图3所示，转动组件51包括设置在外部圆管50中心且上下端分别贯穿进水组件2、排水组件3的中心电极510，两个设置在中心电极510上且位于外部圆管50上下端的旋转支架511，3个上下端均与旋转支架511连接且以外部圆管50内壁均匀分布的侧边电极512，设置在侧边电极512旋转范围内且以中心电极510为中心的筒膜组件；
如图3、4所示，筒膜组件包括设置在两个旋转支架511之间筒状挂载骨架513，设置在筒状挂载骨架513内侧靠近中心电极510的第一筒状滤膜514，以及设置在筒状挂载骨架513外侧靠近侧边电极512的第二筒状滤膜515；
筒状挂载骨架513包括6个以中心电极510为中心轴线均匀环绕的支撑网板516，设置在支撑网板516上的连接环517，以及填充设置在支撑网板516、连接环517上的离子交换树脂；
动力组件52包括向中心电极510提供旋转动力的动力电机，以及与中心电极510、侧边电极512电性连接的电渗析电源。
中心电极510上均匀设置有离心涡扇518。
侧边电极512为板状的负电极，中心电极510为圆柱状的正电极；
第一筒状滤膜514为阴离子交换膜；第二筒状滤膜515为阳离子交换膜。
如图5所示，外部圆管50与排水组件3连接处设置有分液器6；
分液器6包括设置在安装机架3上与外部圆管50连通的壳体60，设置在壳体60内的分液锥环61；
壳体60内侧面与分液锥环61外侧面形成重金属废液浓缩腔62；分液锥环61内侧面形成废液腔63；
废液腔63上设有第一排液管；重金属废液浓缩腔62上设有与排水组件3连通的第二排液管64。
如图1所示，进水组件1进水端连接有预处理设备7；
预处理设备7包括原液水箱70，设置在原液水箱70内部的水质检测装置71，通过水泵与原液水箱70连通的过滤组件72，以及设置在过滤组件72、进水组件1之间的杀菌装置73。
过滤组件72由多介质过滤器、袋式过滤器依次连接构成。
如图7所示，在侧边电极512旋转范围内且以中心电极510为中心轴线均匀间隔套设有3个筒膜组件。
如图8所示，设置在支撑网板516上的连接环517由4个间隔均匀的圆弧环5170围设构成；
水平设置的圆弧环5170与垂直设置的支撑网板516组成填充离子交换树脂的填充腔519；填充腔519上下端均滑动设置在旋转支架511上。
其中，多介质过滤器、袋式过滤器、杀菌装置73、水质检测装置71、阴离子交换膜、阳离子交换膜、电渗析电源均采用市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
本装置在电渗析管道5内设置多个筒膜组件，一方面能够提高浓缩效果；另一方面通过填充腔519上下端均滑动设置在旋转支架511上可以调节筒膜组件之间的间距，便于实现多种模式的浓缩处理。

Claims (9)

1.一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，包括与重金属废水连通的进水组件(1)，用于排出浓缩重金属废水的排水组件(2)，设置在所述进水组件(1)、排水组件(2)之间的安装机架(3)，设置在所述安装机架(3)上一端与进水组件(2)连通、另一端与排水组件(3)连通的复合电渗析装置(4)；
所述复合电渗析装置(4)包括多根并排设置在安装机架(3)上的电渗析管道(5)；
所述电渗析管道(5)包括上端连通进水组件(2)、下端连通排水组件(3)的外部圆管(50)，活动设置在所述外部圆管(50)内部的转动组件(51)，设置在所述外部圆管(50)外与转动组件(51)连接的动力组件(52)；
所述转动组件(51)包括设置在所述外部圆管(50)中心且上下端分别贯穿进水组件(2)、排水组件(3)的中心电极(510)，两个设置在所述中心电极(510)上且位于外部圆管(50)上下端的旋转支架(511)，多个上下端均与所述旋转支架(511)连接且以外部圆管(50)内壁均匀分布的侧边电极(512)，设置在所述侧边电极(512)旋转范围内且以中心电极(510)为中心的筒膜组件；
所述筒膜组件包括设置在两个旋转支架(511)之间筒状挂载骨架(513)，设置在所述筒状挂载骨架(513)内侧靠近中心电极(510)的第一筒状滤膜(514)，以及设置在所述筒状挂载骨架(513)外侧靠近侧边电极(512)的第二筒状滤膜(515)；
所述筒状挂载骨架(513)包括多个以中心电极(510)为中心轴线均匀环绕的支撑网板(516)，设置在所述支撑网板(516)上的连接环(517)，以及填充设置在所述支撑网板(516)、连接环(517)上的离子交换树脂；
所述动力组件(52)包括向所述中心电极(510)提供旋转动力的动力电机，以及与所述中心电极(510)、侧边电极(512)电性连接的电渗析电源。
2.根据权利要求1所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，所述中心电极(510)上均匀设置有离心涡扇(518)。
3.根据权利要求2所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，所述侧边电极(512)为板状的负电极，中心电极(510)为圆柱状的正电极；
所述第一筒状滤膜(514)为阴离子交换膜；第二筒状滤膜(515)为阳离子交换膜。
4.根据权利要求1所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，所述外部圆管(50)与排水组件(3)连接处设置有分液器(6)；
所述分液器(6)包括设置在所述安装机架(3)上与外部圆管(50)连通的壳体(60)，设置在所述壳体(60)内的分液锥环(61)；
所述壳体(60)内侧面与分液锥环(61)外侧面形成重金属废液浓缩腔(62)；所述分液锥环(61)内侧面形成废液腔(63)；
所述废液腔(63)上设有第一排液管；所述重金属废液浓缩腔(62)上设有与排水组件(3)连通的第二排液管(64)。
5.根据权利要求4所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，在第二排液管(64)、排水组件(3)之间还设置有对重金属废液进行二次浓缩的复合电渗析装置(4)。
6.根据权利要求1所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，所述进水组件(1)进水端连接有预处理设备(7)；
所述预处理设备(7)包括原液水箱(70)，设置在所述原液水箱(70)内部的水质检测装置(71)，通过水泵与所述原液水箱(70)连通的过滤组件(72)，以及设置在所述过滤组件(72)、进水组件(1)之间的杀菌装置(73)。
7.根据权利要求6所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，所述过滤组件(72)由多介质过滤器、袋式过滤器依次连接构成。
8.根据权利要求1所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，在所述侧边电极(512)旋转范围内且以中心电极(510)为中心轴线均匀间隔套设有3～5个筒膜组件。
9.根据权利要求8所述的一种从重金属废水中回收重金属的电渗析浓缩装置，其特征在于，设置在所述支撑网板(516)上的连接环(517)由多个间隔均匀的圆弧环(5170)围设构成；
所述水平设置的圆弧环(5170)与垂直设置的支撑网板(516)组成填充离子交换树脂的填充腔(519)；所述填充腔(519)上下端均滑动设置在所述旋转支架(511)上。
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