CN201777952U - 一种用于处理含重金属废水的一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种用于处理含重金属废水的一体化装置，从左往右依次分为：电化学反应室、曝气絮凝室、污泥沉淀室三大部分，每个室底部均设置泥斗，室与室之间通过溢流孔有机的连接为一体；电化学反应室至上而下分别是固定安装的电解区和微电解区；曝气絮凝室左端设置纵向折流板和药剂投加管，并在该室下端设置曝气装置；污泥沉淀室左端设置纵向折流板，并在该室右端设置斜板(或斜管等)沉淀装置；本实用新型一体化装置将电解技术与微电解技术有机结合于一体，并辅助以曝气絮凝与沉淀作用，大大提高了装置处理、回收废水中重金属的能力，降低处理成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及环保领域，是一种用于含重金属废水尤其是高浓度、低pH的含重金属废水处理的一体化装置。该装置在处理废水的同时能回收废水中重金属，达到资源的有效利用。其应用领域广泛，包括冶炼废水、矿山酸性废水、电镀废水和制药废水等。
背景技术
伴随着我国有色金属、电镀、制药等行业的快速发展，企业的生产能力不断提高，生产过程中产生大量含重金属离子的废水，且废水水量越来越大，若该废水直接排放环境，不但会对水体或者其它环境因素造成严重的污染，而且也会造成资源的极大浪费。因此，如何高效净化、回收废水中重金属已成为环保领域迫切需要解决的重大技术问题。
目前对含重金属废水的处理方法有中和沉淀法、硫化沉淀法、电化学法、离子交换法及膜处理法等，其中电化学法以其独特的优势越来越受到环保工作者的青睐，电化学处理方法主要有两种：微电解法和电解法。
微电解法是利用微电解颗粒之间存在着电位差形成无数个细微原电池，并以废水为电解质溶液，发生电化学反应来处理回收废水中重金属的一种方法。但是，由于该法仅利用其自身的原电池作用，只能在微电解颗粒表面形成微弱的电流，而该电流的催化反应能力有限，这必然带来水力停留时间过长等问题。电解法是利用废水中不同金属组分的电位差在外加电场的作用下，发生电化学反应，将自由态或是结合态的重金属在阴极析出，从而处理回收废水中重金属的一种方法。电解法在外加电流的作用下能大大促进重金属离子的定向迁移及反应沉积，但对废水水质条件要求较严格特别是pH，在较低的pH条件下容易在阴极发生析氢反应，从而降低电流利用效率。并且经过电化学处理的废水仍残留有溶解性Fe离子和难以电化学去除的其它杂质离子如As、F等，这必然使得出水直接排放受到一定的限制。
因此，迫切需要优化设计废水处理装置，提高装置处理能力，而将微电解技术与电解技术联合应用，先经过微电解反应区，回收部分重金属离子并同时显著提高废水的pH值，再经过电解反应区去除残余重金属离子，最后通过曝气、絮凝、沉淀作用达到泥水分离的目的，使得出水达标，从而高效处理回收废水中的重金属，降低处理成本。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种用于处理含重金属废水的一体化装置。
本实用新型用于处理含重金属废水的一体化装置包括：电化学反应室(1)、曝气絮凝室(11)、污泥沉淀室(13)三大部分，每个室底部均设置泥斗(6)连接排泥管(7)，室与室之间通过溢流孔(9)有机的连接为一体，电化学反应室至上而下分别是固定安装的电解区(3)和微电解区(4)，微电解区下端设有进水管(5)，电解区(3)上端设有溢流孔，曝气絮凝室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板(10)和药剂投加管(8)，该室右端设有溢流孔，曝气絮凝室下端设置曝气装置(18)连接进气管(12)，污泥沉淀室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板，并在该室右端设置斜板(或斜管等)沉淀装置(17)，沉淀装置上端设有溢流堰(14)配有集水槽(15)并连接排水管(16)。
废水先经过微电解区反应后再流入电解区，其反应室至上而下也可为微电解区和电解区，此时进水管则在该室上端，出水口在该室下端，同时也可以将微电解区和电解区分为独立两室，依次连接。
微电解区下端也可设置曝气装置。
电解区(3)的电极极板形状采用板式或筒式等，阴极采用铸铁等金属材料或其它复合电极材料等；阳极采用铁、铝等金属材料或碳素材料。
微电解区的填料是：由碳粒、铁粒、铜粒或铝粒组成的二种或二种以上的微电解填料，即铁-碳、铁-铜、铝-碳、铁-铝-碳或铁-铜-碳微电解填料。
电极或微电解填料的铁质材料可采用纯铁、铸铁、钢等；碳质材料可采用活性炭、焦炭、石墨、碳纤维等；铝质材料可采用纯铝、铝合金等；铜质材料可采用纯铜、粗铜等。
本实用新型一种用于处理含重金属废水的一体化装置，包括壳体，壳体从左往右依次分为：电化学反应室、曝气絮凝室、污泥沉淀室三大部分，室与室之间通过溢流孔有机的连接为一体。电化学反应室至上而下分别是固定安装的电解区(由板式或筒式等极板组成)和微电解区(由微电解填料铁-碳、铝-碳等组成)，微电解区下端设有进水管(可设置布水器)，电解区上端设有溢流孔，电化学反应室底部设置泥斗并连接排泥管；曝气絮凝室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板强制废水折流，并在左端溢流孔下端设置药剂投加管，该室右端设有溢流孔，曝气絮凝室下端设置曝气装置连接进气管，并在该室底部设置泥斗连接排泥管；污泥沉淀室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板强制废水折流，该室右端设置斜板(或斜管等)沉淀装置，其上端设有溢流堰配有集水槽并连接排水管，污泥沉淀室底部设置泥斗连接排泥管。
当含重金属废水流经该装置的电化学反应区时，首先在微电解区发生反应，重金属离子在惰性电极颗粒表面还原析出，同时活性电极颗粒在低pH条件下溶解析出氢气，废水中的H+还原成为H2，使得废水的pH显著提高。其反应如下：
Mz++ze-→M (1)
Fe+2H+→Fe2++H2 (2)
废水流经电解区时，由于pH的上升，阴极表面的析氢反应受到限制，重金属离子在阴极表面析出，从而达到回收重金属的目的。其反应如下：
金属阳离子自由态的电沉积：
Mz++ze-→M (3)
金属阳离子结合态的电沉积：
MY(n-z)++ne-→M+YZ- (4)
在该电化学反应室内，活性金属电极则在合适的电势条件下溶解，生成金属离子。其反应如下：
W-ne-→Wn+ (5)
曝气絮凝室内由于强制通氧曝气，废水的氧化还原电位明显提高，低价态金属离子被氧化成高价态金属离子，主要是Fe2+氧化成Fe3+，并在较高的pH条件下形成具有极强絮凝作用的Fe(OH)3，该絮体能絮凝沉淀去除难于电沉积的元素如As、F等，使沉淀出水达标排放。
本实用新型一体化装置将电解技术与微电解技术有机结合于一体，并辅助以曝气絮凝与沉淀作用，大大提高了装置处理、回收废水中重金属的能力，降低处理成本。并具有以下优点：
(1)微电解区反应不仅能回收部分重金属，而且能显著提高废水的pH值，使得电解时副反应(析氢反应)受到抑制，主反应(析金属反应)占据主导，大幅度提高电流利用效率，减低处理成本。
(2)废水在曝气絮凝室内先经过pH调节，在较高的pH条件下金属离子氧化所需的氧化还原电位相对较低，可降低曝气强度，进而减低处理成本。
(3)曝气絮凝室强制曝气能将Fe2+氧化成Fe3+，形成具有极强絮凝作用的Fe(OH)3絮体，进一步去除As、F等离子，使得出水达标。
(4)该一体化装置可大亦可小，也可做成车载式的移动装置，操作简单、自动化程度高，并且该装置出水无需后处理。
附图说明
图1为装置结构示意图。图1中：1为电化学反应室，2为壳体，3为电解区，4为微电解区，5为进水管，6为泥斗，7为排泥管，8为药剂投加管，9为溢流孔，10为折流板，11为曝气絮凝室，12为进气管，13为污泥沉淀室，14为溢流堰，15为集水槽，16为排水管，17为斜板沉淀装置，18为曝气装置。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型，并使本实用新型的上述特征和优点能够更加清晰、易懂，下面结合附图以实例进一步洗明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
本实用新型的结构如图1所示：装置从左往右依次分为：电化学反应室(1)、曝气絮凝室(11)、污泥沉淀室(13)三大部分，并在室与室之间开溢流孔(9)使废水从左往右依次流过该装置。电化学反应室至上而下分别是固定安装的电解区(3)和微电解区(4)，微电解区下端设有进水管(5)，电解区上端设有溢流孔，电化学反应室底部设置泥斗(6)并连接排泥管(7)；曝气絮凝室(11)内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板(10)强制废水折流，并在左端溢流孔(9)下端设置药剂投加管(8)，该室右端设有溢流孔(9)，曝气絮凝室(11)下端设置曝气装置(18)连接进气管(12)，并在该室底部设置泥斗(6)连接排泥管(7)；污泥沉淀室(13)内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板(10)强制废水折流，该室右端设置斜板沉淀装置(17)，其上端设有溢流堰(14)配有集水槽(15)并连接排水管(16)，污泥沉淀室(13)底部设置泥斗(6)连接排泥管(7)。
实施例1：采用图1所示的实用新型装置处理含重金属废水时，废水先从电化学反应室(1)底部的进水管(5)流入装置，水流在该室自下而上流动，首先经过微电解区(4)，废水中的部分重金属在此被还原，并伴随着析氢过程的进行废水pH显著提高，废水继续向上运动到达电解区(3)，在外加电流作用下废水中的残留重金属在阴极还原析出，完成回收重金属的目的；流出电解区的废水从溢流孔(9)流进曝气絮凝室(11)，废水先经过pH等调整后从折流板(10)底端流向设在该室底端的曝气装置(18)，在强制曝气的作用下，废水中的Fe2+氧化成Fe3+，并形成具有极强絮凝作用的Fe(OH)3絮体，经过吸附、网捕等作用将废水中难以电沉积的其他杂质离子(As、F等)或SS等吸附在絮体表面，减少废水中杂质含量；流出曝气絮凝室(11)的废水经过溢流孔(9)流入污泥沉淀室(13)，经过强制折流后废水从斜板沉淀装置(17)底部流入，在斜板之间完成泥水分离，污泥顺着斜板表面向下滑落进入泥斗(6)从排泥管(7)排除装置，而澄清水则从斜板沉淀装置上端流出经过溢流堰(14)流入集水槽(15)，进而从排水管(16)排出装置，完成废水处理过程。
实施例2：采用图1所示的实用新型装置处理含重金属废水时，废水先从电化学反应室(1)底部的进水管(5)流入装置，水流在该室自上而下流动，首先经过微电解区(4)，废水中的部分重金属在此被还原，并伴随着析氢过程的进行废水pH显著提高，废水继续向下运动到达电解区(3)，在外加电流作用下废水中的残留重金属在阴极还原析出，完成回收重金属的目的；流出电解区的废水从溢流孔(9)流进曝气絮凝室(11)，废水先经过pH等调整后从折流板(10)底端流向设在该室底端的曝气装置(18)，在强制曝气的作用下，废水中的Fe2+氧化成Fe3+，并形成具有极强絮凝作用的Fe(OH)3絮体，经过吸附、网捕等作用将废水中难以电沉积的其他杂质离子(As、F等)或SS等吸附在絮体表面，减少废水中杂质含量；流出曝气絮凝室(11)的废水经过溢流孔(9)流入污泥沉淀室(13)，经过强制折流后废水从斜板沉淀装置(17)底部流入，在斜板之间完成泥水分离，污泥顺着斜板表面向下滑落进入泥斗(6)从排泥管(7)排除装置，而澄清水则从斜板沉淀装置上端流出经过溢流堰(14)流入集水槽(15)，进而从排水管(16)排出装置，完成废水处理过程。
Claims (6)
1.一种用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是该装置包括：电化学反应室(1)、曝气絮凝室(11)、污泥沉淀室(13)三大部分，每个室底部均设置泥斗(6)连接排泥管(7)，室与室之间通过溢流孔(9)有机的连接为一体，电化学反应室至上而下分别是固定安装的电解区(3)和微电解区(4)，微电解区下端设有进水管(5)，电解区(3)上端设有溢流孔，曝气絮凝室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板(10)和药剂投加管(8)，该室右端设有溢流孔，曝气絮凝室下端设置曝气装置(18)连接进气管(12)，污泥沉淀室内距左端溢流孔一定距离处设置纵向折流板，并在该室右端设置斜板或斜管，沉淀装置(17)，沉淀装置上端设有溢流堰(14)配有集水槽(15)并连接排水管(16)。
2.根据权利要求1所述的用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是：废水先经过微电解区反应后再流入电解区，其反应室至上而下也可为微电解区和电解区，此时进水管则在该室上端，出水口在该室下端，同时也可以将微电解区和电解区分为独立两室，依次连接。
3.根据权利要求1所述的用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是：微电解区下端也可设置曝气装置。
4.根据权利要求1所述的用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是：电解区(3)的电极极板形状采用板式或筒式，阴极采用铸铁金属材料或其它复合电极材料；阳极采用铁、铝等金属材料或碳素材料。
5.根据权利要求1所述的用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是：微电解区的填料是：由碳粒、铁粒、铜粒或铝粒组成的二种或二种以上的微电解填料，即铁-碳、铁-铜、铝-碳、铁-铝-碳或铁-铜-碳微电解填料。
6.根据权利要求4或5所述的用于处理含重金属废水的一体化装置，其特征是：电极或微电解填料的铁质材料采用纯铁、铸铁、钢；碳质材料可采用活性炭、焦炭、石墨、碳纤维；铝质材料可采用纯铝、铝合金等；铜质材料可采用纯铜、粗铜。
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