CN115710035A - 一种废水中金属离子回收装置及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废水中金属离子回收装置及回收方法，属于环保技术领域，所述装置包括金属离子富集组件，金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部连接废水缓冲箱，顶部连接金属离子浓缩箱和产水箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别连接金属离子浓缩箱。本发明避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种废水中金属离子回收装置及回收方法。
背景技术
重金属电镀废水以及PCB废水含有以铜为主的各类重金属污染物，处理水质复杂，成分不易控制，含有氰化物、酸、碱、六价铬、铜、锌、镉、镍、金、银等多种重金属污染物，毒性大，有的属剧毒物质，具有致癌、致畸、致突变作用，对人体有很大危害。
常见的重金属电镀废水以及PCB废水处理方法有：化学沉淀法、氧化还原法、吸附法、膜分离技术、离子交换处理法、生物处理技术等等，各种处理方法都有其优缺点。
（1）化学法
化学法中包括中和沉淀法、硫化物沉淀法和电化学法。
中和沉淀法是对废水进行酸碱度调节，使镍离子形成氢氧化镍沉淀，然后再经固液分离装置去除沉淀物。常用的中和药剂有石灰和氢氧化钠。
硫化物沉淀法处理重金属废水具有很大的优势，可以解决一些弱络合态重金属不达标的问题，且反应的pH值范围较宽，但由于硫化物沉淀细小，不易沉降，限制了它的应用研究，另外氰根离子的存在影响硫化物的沉淀，会溶解部分硫化物沉淀。
铁氧体沉淀法是在硫酸亚铁法的基础上发展起来的一种方法，FeSO4可使各种重金属离子形成铁氧体晶体而沉淀析出，铁氧体通式为FeO·Fe2O3。采用铁氧体法处理电镀废水一般有三个过程，即还原反应、共沉淀和生成铁氧体。铁氧体法能一次脱除多种重金属离子，净化效果好，设备简单，操作方便。但不能单独回收重金属，耗能多，处理时间长。
（2）离子交换法
离子交换法是重金属离子与离子交换树脂发生离子交换的过程，树脂性能对重金属去除有较大影响。常用的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂和腐植酸树脂等。阳离子交换树脂由聚合体阴离子和可供交换的阳离子组成。离子交换法在处理含镍废水中有较多应用实例。离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法。具有处理量大，出水水质好，可回收水和重金属资源的优点。缺点是树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，操作费用高。
（3）电解法
电解法基本原理是当电流通过电解质溶液时，溶液中的阳离子产生离子迁移和电极反应，即废水中的阳离子向阴极迁移，并在阴极上产生还原反应，使金属沉积。
（4）膜分离法
膜法处理工业废水一般选用反渗透、超滤及二者的结合技术，膜法处理工业废水的关键是根据分离条件选择合适的膜。
传统处理方法不能满足日益提的环保要求(如电镀表三镍含量要求0.1mg/l以下)。并且铜元素的回收工艺加药量大、运行操作难度大，成本高，易造成二次污染。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种废水中金属离子回收装置及回收方法，针对特定重金属离子的特点，利用螯合树脂的特种功能基团与重金属离子形成络合物的特性，实现重金属离子的回收利用及深度去除，并且避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率，浓液中金属离子浓度可达56g/L以上。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种废水中金属离子回收装置，包括金属离子富集组件，所述金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，所述阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；所述阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，所述阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；所述金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部通过管道连接废水缓冲箱，顶部通过管道连接金属离子浓缩箱和产水箱；所述阳极隔室通过循环管道连接阳极循环箱，所述阴极隔室通过循环管道连接阴极循环箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别通过管道连接金属离子浓缩箱；所述产水箱与金属离子浓缩箱之间通过管道连接，所述产水箱与废水缓冲箱通过管道连接。
进一步地，所述废水缓冲箱的出水管道上设置有废水提升泵和电镀废水进水阀。
进一步地，所述阳极循环箱的出水管道上设置有阳极循环泵，所述阴极循环箱的出水管道上设置有阴极循环泵。
进一步地，所述产水箱与金属离子浓缩箱的连接管道上分别设置有产水箱进水阀和金属离子浓缩进水阀。
进一步地，所述产水箱与所述废水缓冲箱的连接管道上设置有浓缩再生进水阀和产水提升泵。
进一步地，所述金属浓缩箱与所述重复单元的连接管道上设置有金属离子浓缩提升泵。
用上述的废水中金属离子回收装置进行废水中金属离子回收的方法，该方法包括金属离子吸附过程和金属离子脱附富集过程，具体地：
金属离子吸附过程：开废水进水阀，关浓缩再生进水阀，储存在废水缓冲箱中的废水经废水提升泵提升自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，废水与填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂接触，废水中的金属离子被树脂交换吸附，经脱除金属离子的废水经管道汇集后从金属离子富集组件顶部流出，当金属离子浓缩箱液位低于设定值时，开金属离子浓缩箱进水自动阀，关产水箱进水阀，废水进入金属离子浓缩箱，储存用于金属离子浓缩所需的水，当金属离子浓缩箱液位高于设定值时，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，脱除金属离子的废水进入产水箱，作为合格产水进入下一级处理装置；
镍离子脱附富集过程：当填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂吸附金属离子饱和后，关废水进水阀，开浓缩再生进水阀，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，储存在金属离子浓缩箱水经金属离子浓缩箱提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子富集隔室，并回流至金属离子浓缩箱，产水经产水提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，并回流至产水箱；同时启动阴极循环泵提升储存在阴极循环箱中的阴极液、启动阳极循环泵提升储存在阳极循环箱的阳极液分别自金属离子富集组件底部进入阴极隔室和阳极隔室，出水分别回流至阴极循环箱、阳极循环箱，同时在金属离子富集组件阴阳极电极板之间施加直流电压，金属离子选择性树脂吸附的金属离子在电场作用下向阴极方向移动，由于阳离子膜具有选择透过性，金属离子则能够顺利通过阳离子膜，进入金属离子富集隔室，而由于阴离子膜的阻挡，进入金属离子富集隔室的金属离子无法进一步往前迁移，被阻挡在金属离子富集隔室内，形成富集，使浓水中金属离子浓度达到56g/L以上；金属离子迁移产生的树脂阳离子空位则由进入金属离子吸附隔室的产水中的钠离子、氢离子替代，实现树脂的金属离子脱附和再生；金属离子吸附隔室中的阴离子则在电场作用下透过阴离子膜进入金属离子富集隔室，实现阴阳离子的平衡。系统脱附完成后，转入金属离子吸附阶段运行。
进一步地，所述阴极循环箱中的阴极液采用质量百分浓度为3%的氯化钠溶液。
进一步地，所述阳极循环箱的阳极液采用质量百分浓度为3%的硫酸钠溶液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过将金属离子选择性吸附离子交换树脂与离子膜相结合，实现电镀废水镍离子或者铜离子或者PCB废水铜离子等废水中金离子的分离、浓缩，能够为从电镀废水中提取并回收大量镍、铜等金属资源创造有利条件，减少电镀废水排放对环境带来的重金属污染。
2.金属离子的富集回收，最大限度降低了废水处理过程的药剂消耗，同时最大限度降低了废水处理过程产生的重金属污泥量，降低了废水处理成本。
3.离子交换吸附技术和电驱动离子膜脱附技术相结合，提高了离子交换树脂脱附再生效率，避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率，浓液中金属离子浓度可达56g/L以上。
4. 脱附过程中金属离子吸附隔室进水为系统产水，不引入额外水源，更加环保。
附图说明
图1是本发明的回收装置系统图；
图2是图1中所述金属离子富集组件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1-2所示，本发明的废水中金属离子回收装置，主要用于回收PCB废水中的铜离子，电镀废水中的镍离子、铜离子等重金属离子，包括金属离子富集组件3，所述金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板3-1，另一侧设置有阳极电极板3-9，所述阴极电极板3-1和阳极电极板3-9之间设置有若干组阳离子膜3-3、金属离子吸附隔室3-4、阴离子膜3-5、金属离子富集室3-6的重复单元；所述阴极电极板3-1和阳离子膜3-3之间隔成阴极隔室3-2，所述阳极电极板3-9和阴离子膜3-7之间隔成阳极隔室3-8；所述金属离子吸附隔室3-4中填充有金属离子选择性树脂3-10；每个重复单元中的金属离子吸附隔室3-4底部通过管道连接废水缓冲箱1，顶部通过管道连接金属离子浓缩箱5和产水箱4；所述阳极隔室3-9通过循环管道连接阳极循环箱9，所述阴极隔室3-1通过循环管道连接阴极循环箱7；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别通过管道连接金属离子浓缩箱5；所述产水箱4与金属离子浓缩箱5之间通过管道连接，所述产水箱4与废水缓冲箱1通过管道连接。所述废水缓冲箱1的出水管道上设置有废水提升泵2和电镀废水进水阀13。所述阳极循环箱9的出水管道上设置有阳极循环泵10，所述阴极循环箱7的出水管道上设置有阴极循环泵8。所述产水箱4与金属离子浓缩箱5的连接管道上分别设置有产水箱进水阀11和金属离子浓缩进水阀12。所述产水箱4与所述废水缓冲箱1的连接管道上设置有浓缩再生进水阀14和产水提升泵15。所述金属离子浓缩箱5与所述重复单元的连接管道上设置有金属离子浓缩提升泵6。
用上述的废水中金属离子回收装置进行废水中金属离子回收的方法，该方法包括如下步骤：
金属离子吸附过程：开废水进水阀13，关浓缩再生进水阀14，储存在废水缓冲箱中的废水1经废水提升泵2提升自金属离子富集组件3底部进入金属离子吸附隔室3-4，废水与填充在金属离子吸附隔室3-4中的金属离子选择性树脂3-10接触，废水中的金属离子被树脂交换吸附，树脂等物质量释放出钠、氢离子等进入废水，经脱除金属离子的废水经管道汇集后从金属离子富集组件3顶部流出，当金属离子浓缩箱5液位低于设定值时，开金属离子浓缩箱进水自动阀11，关产水箱进水阀12，废水进入金属离子浓缩箱5，储存用于金属离子浓缩所需的水，当金属离子浓缩箱5液位高于设定值时，关金属离子浓缩箱进水阀11，开产水箱进水阀12，脱除金属离子的废水进入产水箱4，作为合格产水进入下一级处理装置。
金属离子脱附富集过程：当填充在金属离子吸附隔室3-4中的金属离子选择性树脂3-10吸附金属离子饱和后，关废水进水阀13，开浓缩再生进水阀14，关金属离子浓缩箱进水阀11，开产水箱进水阀12，储存在金属离子浓缩箱5水经金属离子浓缩箱提升泵6提升后自金属离子富集组件3底部进入金属离子富集隔室3-6，并回流至金属离子浓缩箱5，产水经产水提升泵15提升后自金属离子富集组件3底部进入金属离子吸附隔室3-4，并回流至产水箱4；同时启动阴极循环泵8提升储存在阴极循环箱7中的阴极液（3%氯化钠溶液）、启动阳极循环泵10提升储存在阳极循环箱9的阳极液（3%硫酸钠溶液）分别自金属离子富集组件3底部进入阴极隔室3-2和阳极隔室3-8，出水分别回流至阴极循环箱7、阳极循环箱9，同时在金属离子富集组件3阴阳极电极板之间施加直流电压，金属离子选择性树脂3-10吸附的金属离子在电场作用下向阴极方向移动，由于阳离子膜3-3具有选择透过性，金属离子则能够顺利通过阳离子膜3-3，进入金属离子富集隔室3-6，而由于阴离子膜3-5的阻挡，进入金属离子富集隔室3-6的金属离子无法进一步往前迁移，被阻挡在金属离子富集隔室3-6内，形成富集，使浓水中金属离子浓度达到56g/L以上。金属离子迁移产生的树脂阳离子空位则由进入金属离子吸附隔室3-4的产水中的钠离子、氢离子替代，实现树脂的金属离子脱附和再生。金属离子吸附隔室3-4中的阴离子则在电场作用下透过阴离子膜3-5进入金属离子富集隔室3-6，实现阴阳离子的平衡。系统脱附完成后，转入金属离子吸附阶段运行。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种废水中金属离子回收装置，其特征在于，包括金属离子富集组件，所述金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，所述阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；所述阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，所述阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；所述金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部通过管道连接废水缓冲箱，顶部通过管道连接金属离子浓缩箱和产水箱；所述阳极隔室通过循环管道连接阳极循环箱，所述阴极隔室通过循环管道连接阴极循环箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别通过管道连接金属离子浓缩箱；所述产水箱与金属离子浓缩箱之间通过管道连接，所述产水箱与废水缓冲箱通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述废水缓冲箱的出水管道上设置有废水提升泵和电镀废水进水阀。
3.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述阳极循环箱的出水管道上设置有阳极循环泵。
4.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述阴极循环箱的出水管道上设置有阴极循环泵。
5.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述产水箱与金属离子浓缩箱的连接管道上分别设置有产水箱进水阀和金属离子浓缩进水阀。
6.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述产水箱与所述废水缓冲箱的连接管道上设置有浓缩再生进水阀和产水提升泵。
7.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述金属浓缩箱与所述重复单元的连接管道上设置有金属离子浓缩提升泵。
8.一种用权利要求1-7之一所述的废水中金属离子回收装置进行废水中金属离子回收的方法，其特征在于，该方法包括金属离子吸附过程和金属离子脱附富集过程，具体地：
金属离子吸附过程：开废水进水阀，关浓缩再生进水阀，储存在废水缓冲箱中的废水经废水提升泵提升自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，废水与填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂接触，废水中的金属离子被树脂交换吸附，经脱除金属离子的废水经管道汇集后从金属离子富集组件顶部流出，当金属离子浓缩箱液位低于设定值时，开金属离子浓缩箱进水自动阀，关产水箱进水阀，废水进入金属离子浓缩箱，储存用于金属离子浓缩所需的水，当金属离子浓缩箱液位高于设定值时，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，脱除金属离子的废水进入产水箱，作为合格产水进入下一级处理装置；
镍离子脱附富集过程：当填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂吸附金属离子饱和后，关废水进水阀，开浓缩再生进水阀，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，储存在金属离子浓缩箱水经金属离子浓缩箱提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子富集隔室，并回流至金属离子浓缩箱，产水经产水提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，并回流至产水箱；同时启动阴极循环泵提升储存在阴极循环箱中的阴极液、启动阳极循环泵提升储存在阳极循环箱的阳极液分别自金属离子富集组件底部进入阴极隔室和阳极隔室，出水分别回流至阴极循环箱、阳极循环箱，同时在金属离子富集组件阴阳极电极板之间施加直流电压，金属离子选择性树脂吸附的金属离子在电场作用下向阴极方向移动，由于阳离子膜具有选择透过性，金属离子则能够顺利通过阳离子膜，进入金属离子富集隔室，而由于阴离子膜的阻挡，进入金属离子富集隔室的金属离子无法进一步往前迁移，被阻挡在金属离子富集隔室内，形成富集，使浓水中金属离子浓度达到56g/L以上；金属离子迁移产生的树脂阳离子空位则由进入金属离子吸附隔室的产水中的钠离子、氢离子替代，实现树脂的金属离子脱附和再生；金属离子吸附隔室中的阴离子则在电场作用下透过阴离子膜进入金属离子富集隔室，实现阴阳离子的平衡，系统脱附完成后，转入金属离子吸附阶段运行。
9.根据权利要求8所述的废水中金属离子回收的方法，其特征在于，所述阴极循环箱中的阴极液采用质量百分浓度为3%的氯化钠溶液。
10.根据权利要求8所述的废水中金属离子回收的方法，其特征在于，所述阳极循环箱的阳极液采用质量百分浓度为3%的硫酸钠溶液。
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