CN205328830U - 电场淋滤重金属装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电场淋滤重金属装置；包括上下两组电极，分别作为淋滤电场的阳极板和阴极板，两板之间组成淋洗与脱水用电场腔体；阳极为中空平板电极，阴极为金属网状电极，两者间绝缘布置，且分别与直流电源的正负极相连接。将含水率40％以上的污泥加压注入淋洗与脱水的电场腔体中，污泥在电场中由进口匀速向出口移动，同时打开电场供电电源，并让酸液经阳极的注液孔加压注入，在电场产酸和氧化作用以及注入酸液的共同作用下，对污泥中的重金属的有害物质进行淋洗，使得难溶重金属充分溶解到溶液中，并在电场作用下从阴极侧随脱水液分离出来，净化后的污泥经出口排出。实现了重金属淋洗与脱出的同时作用。可同时去除多种重金属，适用范围广。

Description

电场淋滤重金属装置

技术领域

本实用新型属于污泥酸淋洗与重金属分离装置，特别涉及一种电场淋滤装置。

背景技术

污泥为污水处理厂的副产物，市政污泥含有丰富的氮、磷、有机质等营养物质，污泥的土地利用越来越受到重视，然而重金属是限制其后续利用的主要原因之一。污泥中的重金属主要包括Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等，具有隐蔽性、长期性、不可逆转性等特点，易于通过食物链富集，如处理不当会对人体和动植物造成巨大伤害。

目前重金属的治理方法主要分为稳定化和去除两大类。稳定化技术是通过改变重金属的存在形态降低其活性和可利用性，然而此法中重金属仍然存在于污泥之中，随着时间的推移和环境的变化，重金属活性可能将发生改变，仍然有可能造成二次污染。去除法主要有化学法、微生物法、植物修复法、电动修复法等。化学方法主要是向污泥中投加化学药剂如无机酸或有机酸等，降低污泥的pH值或提高氧化还原电位，将污泥中的重金属由不溶态向可溶态或络合态转化，经淋洗后分离。微生物法是通过生物氧化作用将难溶的重金属从固相转移到液相，从而去除。植物修复法是利用植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用来净化转移重金属，具有绿色环保等优点，成为近年来研究的热点，但植物生长周期长，修复缓慢，通常一种植物只能吸收一到两种重金属，且植物对土壤有一定的要求。电动修复技术于20世纪80年代开始利用在土壤修复中，去除重金属的效果好，能同时去除多种金属。主要原理是将电极插入污染物并通以电流，污染物发生化学反应，并通过电迁移、电渗透、电泳等作用向阴极迁移，从而达到去除污染物的目的。这种方法适用于土壤原位修复，用于污泥的重金属去除研究较少。

发明内容

本实用新型的目的是充分利用电渗透脱水中阳极的酸性和氧化特性，与阳极注酸相结合提高重金属的淋洗效果，并利用电渗透的快速、高效脱水能力，最大限度将溶解重金属分离，进而提高重金属的去除效果。该装置及方法可实现重金属酸淋洗和脱除同时进行，具有脱除速度快、效率高等特点，可用于重金属污染污泥的无害化处理处置。

电渗透脱水(简称电脱水)是污泥深度脱水方法的一种，利用电渗析原理，在电场作用下可以将污泥含水率降低至60％以下，具有脱水率高、深度快、操作简单等优点，同时兼有重金属分离和污泥稳定化等作用。在电脱水过程中，因电场阳极附近在电化学作用下具有较强酸性和强氧化特性，对污泥中的重金属具有淋洗作用。通过阳极不断注入酸液，不仅可以强化这种淋洗作用，在电渗透作用下，酸液还可以不断从阳极向阴极移动，扩大淋洗范围和效果，使得更多的重金属融入溶液中，并在电场作用下最大限度实现了污泥中水分的脱出，进而提高了融溶重金属的脱除效果。

电脱水技术是现有的物料脱水技术，在常规电脱水过程中，因阳极产酸和强氧化条件，可以对污泥中的重金属等物质具有溶解作用，溶解后的重金属随水溶液被电场脱出，具有一定的重金属分离效果，但因电流衰减较快使得产酸较少，溶解与分离的效果十分有限，重金属脱除率仅能达到10％左右。本实用新型是在此基础上进行创新，不仅强化了对污泥的酸淋洗过程，更充分利用电脱水的高效脱水特性实现重金属等污染物的快速、高效分离。具体如下：(1)外加酸性溶液强化污泥的酸淋洗效果，促进更多重金属等物质溶解到污泥内部的水分中；(2)变成溶解状态的重金属等物质在电场作用下快速、高效的实现与污泥颗粒的分离，充分利用电脱水高效深度脱水优势实现重金属的高效去除；(3)阳极形式与常规电脱水显著不同，常规电脱水的阳极仅作为电场电极使用，功能较为简单，本实用新型的阳极不仅作为电场电极，还具有注入酸性溶液的功能，注入的酸性溶液不仅具有强化淋洗污泥作用，尚对缓解因阳极电阻急剧增大而引起的电流快速衰减具有重要作用；(4)常规电脱水主要用于物料的深度脱水，而本实用新型主要目的是对污泥中的重金属等污染物进行分离。

本实用新型的技术方案如下：

一种电场淋滤重金属装置，包括上下两组电极，分别作为淋滤电场的阳极板和阴极板，两板之间组成淋洗与脱水用电场腔体；阳极为中空平板电极，阴极为金属网状电极，两者间绝缘布置，且分别与直流电源的正负极相连接。

所述阳极板中在物料接触侧设置有注液孔，可向电场中的污泥注入酸液；阳极板另一侧设置有淋洗液进口。

所述阳极与阴极的电场间距为5mm～50mm。

本实用新型进行电场淋滤重金属的方法，将含水率40％以上的污泥加压注入淋洗与脱水的电场腔体中，污泥在电场中由进口匀速向出口移动，同时打开电场供电电源，并让酸液经阳极的注液孔加压注入，在电场产酸和氧化作用以及注入酸液的共同作用下，对污泥中的重金属的有害物质进行淋洗，使得难溶重金属充分溶解到溶液中，并在电场作用下从阴极侧随脱水液分离出来，净化后的污泥经出口排出。进而实现了重金属淋洗与脱出的同时作用。

所述的电源为直流电源或脉冲式电源，电压范围为20V～100V。

所述的供电方式为连续方式或间歇方式。

所述的阳极板由导电材料制成，导电能力强，耐酸腐蚀并耐氧化；阴极板为网状或多孔板电极，具有导电和耐酸碱特性。

供电装置为直流电源或脉冲式电源，供电方式为连续方式或间歇方式。连续供电方式由直流电源持续供电实现，间歇方式可由直流电间隔通断的方式来实现，即在某一时间段通电，某一时间段断电的方式。脉冲供电方式可以以最简单的商业电源作电源，脉冲波形无特别要求，占空比可依具体情况调节。

本实用新型采用的淋洗液为有机酸、无机酸或强氧化剂溶液等。对于有机酸，通过前人实验比较，去除效果最好的为柠檬酸，柠檬酸可络合多种重金属离子，不具有选择性；是一种小分子有机酸，在环境中易降解；价格低廉处理成本小。无机酸主要选用盐酸、硝酸等，无机酸酸性较强，对重金属的溶出效果较好，但会对污泥和土壤的物理性质、化学性质产生一定影响，需控制好用量。强氧化剂可有效去除污泥中有机态的重金属，所以将氧化剂与无机酸混用可提高重金属去除率，所用的强氧化剂通常为双氧水，同样需要控制好用量。所用的有机酸一般易生物降解，二次污染很小；无机酸和强氧化剂溶液等对环境具有二次污染风险，主要危害是具有一定的腐蚀性，使用前需要进行小试实验后确定最佳投放量，以减少二次污染。

本实用新型具有以下特点及优点：(1)本实用新型采用电场加酸淋滤重金属，可同时去除多种重金属，适用范围广；(2)在酸的作用下，污泥中的重金属向可溶解态转化，在电场的作用下，水分从阳极向阴极移动，实现了固液分离，即能同时实现去除重金属与脱水；(3)在阳极板处，由于强氧化作用，对污泥中的污染物如POPs有一定的去除作用；(4)本装置的阳极板和阴极板位置固定，有效避免短路和电场击穿；阴阳极间距一定，实现电压均匀分布，使得淋洗与脱水均匀；(5)由于阳极有酸液的进入，可有效避免电脱水过程中阳极迅速变干，脱水效果下降的情况，从而可以持续提高淋洗效果。

附图说明

图1为本实用新型的电场淋滤重金属装置的整体结构图；

图2为电场淋滤重金属装置主体俯视图；

其中1为阳极板，2为阴极板，3为电源，4为进泥口，5为淋洗液进口，6为污泥，7为淋洗液，8为出泥口，9为淋滤脱水液。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：

如图1、2所示：一种电场淋滤重金属装置，包括上下两组电极，分别作为淋滤电场的阳极板1和阴极板2，两板之间组成淋洗与脱水用电场腔体；阳极为中空平板电极，阴极为金属网状电极，两者间绝缘布置，且分别与直流电源3的正负极相连接。所述阳极板中在物料接触侧设置有注液孔，可向电场中的污泥注入酸液；阳极板另一侧设置有淋洗液进口5。

污泥6由进泥口4加压注入装置中，使污泥6通过阳极板1与阴极板2间的淋滤脱水电场腔体，同时注入淋洗液7开始淋洗。通过淋滤脱水腔体的过程中，污泥6中的重金属在电场产酸、阳极强氧化及注入酸液的共同作用下充分溶解，并在电场作用下随污泥中的水分从阴极脱出。处理后的污泥从出泥口8排出，脱水液9从网状阴极板流出。本电场淋滤重金属装置可实现污泥中重金属的溶出及分离，同时还可降低污泥含水率。

实施例1：

供电方式采取直流电源连续供电，淋洗液为柠檬酸。

阳极板1与阴极板2与直流电源3的正极和负极相连，极板间距为5mm，电源电压为20V。将污泥6从进泥口4挤压注入，同时释放淋洗液7开始淋洗。柠檬酸的浓度为0.6mol/L，流量为0.1L/min。污泥6在通过淋滤脱水电场腔体时，其中的重金属在阳极产酸、强氧化作用，及淋洗液酸化作用下充分溶解，并在电场作用下随污泥6中的水分脱出，脱水液9从网状阴极板流出。处理后的污泥6由出泥口8排出，统一收集便于后续处置。经过处理后污泥的含水率可降至60-65％，不同重金属的去除率各不相同，范围为25-40％。

不同重金属(Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)去除情况：

金属	处理前含量(mg/kg)	处理后含量(mg/kg)	去除率(％)
				Pb	117.85	73.96	37.24
Cd	21.97	15.51	29.42
				Cr	322.74	224.22	30.53
Cu	183.71	124.96	30.98
				Zn	583.97	437.78	25.03

实施例2：

供电方式为直流电源间断供电，淋洗液为硝酸。

阳极板1与阴极板2与直流电源3的正极和负极相连，极板间距为20mm，电源电压为80V。直流电源间断供电的具体操作为：供电1min，间断20s，如此循环。将污泥6从进泥口4挤压注入，同时释放淋洗液7开始淋洗。硝酸的浓度及流量根据需求选取，保持污泥6的pH值为2左右。污泥6在通过淋滤脱水电场腔体时，其中的重金属在阳极产酸、强氧化作用，及淋洗液酸化作用下充分溶解，并在电场作用下随污泥中的水分脱出，脱水液9从网状阴极板流出。处理后的污泥6由出泥口8排出，统一收集便于后续处置。经过处理后污泥的含水率可降至55-65％，不同重金属的去除率各不相同，范围为30-50％。

不同重金属(Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)去除情况：

金属	处理前含量(mg/kg)	处理后含量(mg/kg)	去除率(％)
				Pb	117.85	62.94	46.59
Cd	21.97	14.46	34.18
				Cr	322.74	212.99	34.01
Cu	183.71	115.59	37.08
				Zn	583.97	344.01	41.09

实施例3：

供电方式为脉冲电源供电，淋洗液为盐酸+双氧水。

阳极板1与阴极板2与脉冲式电源3的正极和负极相连，极板间距为50mm，电源电压为100V。脉冲式供电自动控制，每个周期供电时间占80％。将污泥6从进泥口4挤压注入，同时释放淋洗液7开始淋洗。淋洗液为盐酸与双氧水的混合物，双氧水的氧化性可以提高酸淋滤的效果。盐酸与双氧水混合注入，双氧水的浓度为2％左右，运行过程中控制污泥6的pH值为2左右。污泥6在通过淋滤脱水电场腔体时，其中的重金属在阳极产酸、强氧化作用，及淋洗液酸化作用下充分溶解，并在电场作用下随污泥中的水分脱出，脱水液9从网状阴极板流出。处理后的污泥6由出泥口8排出，统一收集便于后续处置。经过处理后污泥的含水率可降至65-70％，不同重金属的去除率各不相同，范围为35-55％。

不同重金属(Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)去除情况：

金属	处理前含量(mg/kg)	处理后含量(mg/kg)	去除率(％)
				Pb	117.85	58.37	50.46
Cd	21.97	12.66	42.36
				Cr	322.74	195.17	39.53
Cu	183.71	110.87	39.65
				Zn	583.97	321.52	44.94

本实用新型公开和提出的电场淋滤重金属装置，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本实用新型的装已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。

Claims (3)

1.一种电场淋滤重金属装置，其特征是包括上下两组电极，分别作为淋滤电场的阳极板和阴极板，两板之间组成淋洗与脱水用电场腔体；阳极为中空平板电极，阴极为金属网状电极，两者间绝缘布置，且分别与直流电源的正负极相连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述阳极板中在物料接触侧设置有注液孔；阳极板另一侧设置有淋洗液进口。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是阳极与阴极的电场间距为5mm～50mm。