CN210974014U - 一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，包括冲洗电极液承装室、电镀废水承装室、浓缩缓冲液承装室和与冲洗电极液承装室、电镀废水承装室和浓缩缓冲液承装室相连接的电渗析装置，电渗析装置由阳极、第一阴离子交换膜、阳离子交换膜、第二阴离子交换膜和阴极分隔为四个分室，分别为阳极室、稀释室、浓缩室和阴极室；碳毡为疏水性大分子多孔介质结构，其上涂覆有用于感知重金属浓度的有机氟改性纳米TiO₂形成的微流控芯片。碳毡起到了防止第二阴离子交换膜中毒和降解的作用的同时，也起到了重金属离子还原和回收的作用，提供了一种快速简便的设备，可应用于回收大量工业生产所需的重金属离子工业原料。

Description

一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置

技术领域

本实用新型属于电镀废水处理领域，具体涉及一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置。

背景技术

电镀是利用电化学或化学的方法对金属或非金属的表面进行装饰、防护及获取某种新性能的一种工艺过程。它具有通用性强、使用面广的特点，在航天、航海、机器制造、家用电器、交通运输、日用五金、轻工业纺织等行业都有广泛的应用，是一项重要的基础工业。但随着电镀工业的广泛发展，电镀产生的废水污染、沉泥污染等问题也日趋严重。

目前，我国运营的电镀厂约有一万五千多家，年生产能力达到3亿多平方米的电镀面积，每年排放40余亿立方米废水、产生约5万吨电镀污泥，每年用于电镀废水及电镀污泥治理的费用高达40多亿元。近十余年来，中小民营电镀企业得到迅速发展，但大多数中小民营企业技术较落后，设备较陈旧，生产过程中会产生大量的电镀废水以及电镀污泥。电镀废水和电镀污泥中含有大量重金属离子、无机化合物及有机化合物等有毒有害的物质，如果不加处理任意堆放或处置不当，一旦使其进入环境，必定会对人类及生态环境造成广泛而严重的危害。电镀废弃物对附近地下水的污染非常突出，全国有35个城市的地下水都存在重金属超标，超标率从3％到80％不等，上千口水井因重金属超标而无法作为饮水使用，并且我国每年从以含铜、镍、锌等主要组分的混合电镀污泥中流失的金属达几千吨以上。因此，为保护环境、充分利用资源，必须对电镀废水和沉泥进行科学、安全的处置，实现资源的回收与可持续利用。

实用新型内容

本实用新型针对上述缺陷，提供一种能够防止离子交换膜中毒的同时聚集回收重金属离子的电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置。

本实用新型提供如下技术方案：一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，包括冲洗电极液承装室、电镀废水承装室和浓缩缓冲液承装室，还包括与所述冲洗电极液承装室、电镀废水承装室和浓缩缓冲液承装室相连接的电渗析装置，所述电渗析装置由阳极、第一阴离子交换膜、阳离子交换膜、第二阴离子交换膜和阴极分隔为四个分室，分别为阳极室、稀释室、浓缩室和阴极室；所述阳极和所述第一阴离子交换膜形成所述阳极室，所述第一阴离子交换膜与所述阳离子交换膜形成所述稀释室，所述阳离子交换膜与所述第二阴离子交换膜形成所述浓缩室，所述第二阴离子交换膜和所述阴极形成所述阴极室；所述第二阴离子交换膜在所述阳极侧附着有碳毡。

进一步地，所述碳毡为疏水性大分子多孔介质结构，其在所述阳极侧涂覆有用于感知重金属浓度的有机氟改性纳米TiO₂形成的微流控芯片。

进一步地，所述阳极与所述阴极连接外部直流供电电源。

进一步地，所述冲洗电极液承装室通过第一蠕动泵与所述阳极室和所述阴极室相连通，所述电镀废水承装室通过第二蠕动泵与所述稀释室相连通，所述浓缩缓冲液承装室通过第三蠕动泵与所述浓缩室相连通。

进一步地，所述装置可用于电镀废水中的Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Ni²⁺、 Mg²⁺、Co³⁺、Cr⁶⁺的脱盐和回收。

进一步地，所述碳毡的面积为30cm×30cm～50cm×50cm。

进一步地，所述碳毡的有效疏水交换面积为4.00dm²～5.00dm²。

进一步地，所述分室的宽度为3.00cm～3.5cm，深度为1.50cm～ 2.00cm。

进一步地，所述装置运行的电压为30kV～50kV，运行的电流为 20mA～40mA。

进一步地，所述装置运行的电压为40kV，运行的电流为30mA。

本实用新型的有益效果为：1)碳毡插入阳离子交换膜和第二阴离子交换膜之间，并附着于第二阴离子交换膜之上形成微流控其表面的金属离子还原平台，使电镀废水中的重金属离子在被阴极吸引的过程中，逐步聚集到碳毡形成的还原平台表面，并被碳毡上的多孔孔隙吸附后还原，聚集在碳毡表面，起到了防止第二阴离子交换膜中毒和降解的作用的同时，也起到了重金属离子还原和回收的作用，待电渗析过程结束后用热法或电解法分离金属镀层，将碳毡表面收集到的金属镀层再统一收集循环利用。这种由离子交换材料组成的微流控装置为电镀废水中的重金属回收提供了一种快速简便的装置，可应用于回收大量工业生产所需的重金属离子工业原料。

2)通过调节电渗析装置运行的电压与电流，以及碳毡的有效交流面积，可以优化金属离子的转移速率，增加电镀废水中的重金属离子的析出效率。

3)通过碳毡上涂覆的改性TiO₂可以有效的感知并显示碳毡上聚集的重金属离子的多少，进而有效地防止碳毡的过饱和状态，在需要进行回收时将第二阴离子薄膜上的碳毡表面聚集的重金属离子进行回收后，清理碳毡，在清理后继续运行此装置可以保证电镀废水中的重金属离子有效地附着聚集在碳毡上脱盐回收。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1为本实用新型提供的电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置整体示意图；

图2为本实用新型提供的电渗析装置分室示意图；

图3为本实用新型提供的涂覆有TiO₂微流控芯片的碳毡侧视图；

图4为本实用新型提供的电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请所要保护的电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置可用于 Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Co³⁺、Cr⁶⁺的脱盐和回收。

实施例1

如图1-2所示，为本实施例提供的电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，包括电渗析装置1、冲洗电极液承装室2、电镀废水承装室3和浓缩缓冲液承装室4，其中电渗析装置1与冲洗电极液承装室2、电镀废水承装室3和浓缩缓冲液承装室4相连接；

电渗析装置1具有由阳极11和第一阴离子交换膜12形成的阳极室5，第一阴离子交换膜12与阳离子交换膜13形成的稀释室6，阳离子交换膜 13与第二阴离子交换膜14形成的浓缩室7，第二阴离子交换膜14和阴极 15形成阴极室8；第二阴离子交换膜14在靠近阳极11侧附着有碳毡16，碳毡16为疏水性大分子多孔介质结构，碳毡的附着第二阴离子交换膜14侧的面积为40×40cm²，有效疏水交换面积为4.50dm²，如图3所示，在阳极11侧涂覆有用于感知重金属浓度的有机氟改性纳米TiO₂形成的微流控芯片161；阳极室5、稀释室6、浓缩室7和阴极室8的宽度均为3.2mm，深度均为1.75mm。

阳极11与阴极15连接外部直流供电电源17，装置运行的电压为40kV，运行的电流为30mA。

其中，冲洗电极液承装室2通过第一蠕动泵91与阳极室5和阴极室 8相连通，电镀废水承装室3通过第二蠕动泵92与稀释室6相连通，浓缩缓冲液承装室4均通过第三蠕动泵93与浓缩室7相连通。

冲洗电极液承装室2内装有0.1mol/L的Na₂SO₄溶液，电镀废水承装室3内装有待处理的含Zn²⁺、Cr⁶⁺电镀废水，浓缩缓冲液承装室4内装有 0.5mol/L的Na₂SO₄溶液，当装置运行时，冲洗电极液承装室2内的低浓度Na₂SO₄溶液通过第一蠕动泵91泵入阳极室5、阴极室8，电镀废水承装室3内的含Zn²⁺、Cr⁶⁺电镀废水通过第二蠕动泵92泵入稀释室6内，浓缩缓冲液承装室4内的高浓度Na₂SO₄溶液通过第三蠕动泵93泵入浓缩室7内，如图4所示，由于阴极对阳离子的吸引，阳极对阴离子的吸引；稀释室6内的阴离子

通过第一阴离子交换膜12向阳极室5运动，稀释室6内电镀废水的重金属离子Zn²⁺和Cr⁶⁺向浓缩室7内运动，在浓缩室 7内被碳毡16吸附，并还原为零价重金属元素；阴极室8内的

通过第二阴离子交换膜14向浓缩室7内运动，在浓缩室7内富集形成高浓度的Na₂SO₄溶液。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，电镀废水承装室3内承装的为富含有Cu²⁺、Mg²⁺和Ni²⁺的电镀废水，碳毡16表面富集了零价的Cu、Mg 和Ni元素，装置运行的电压为30kV，运行的电流为20mA。

碳毡16的面积为30×50cm²，有效疏水交换面积为3.25dm²

阳极室5、稀释室6、浓缩室7和阴极室8的宽度均为3.0mm，深度均为1.52mm。

实施例3

本实施例与实施例1和实施例2的区别仅在于，电镀废水承装室3 内承装的为富含有Ag⁺和Cr⁶⁺的电镀废水，碳毡16表面富集了零价的Ag 和Cr元素，装置运行的电压为48kV，运行的电流为39mA。

碳毡16的面积为50×45cm²，有效疏水交换面积为4.89dm²

阳极室5、稀释室6、浓缩室7和阴极室8的宽度均为3.5mm，深度均为2.00mm。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，包括冲洗电极液承装室(2)、电镀废水承装室(3)和浓缩缓冲液承装室(4)，其特征在于，还包括与所述冲洗电极液承装室(2)、电镀废水承装室(3)和浓缩缓冲液承装室(4)相连接的电渗析装置(1)，所述电渗析装置(1)由阳极(11)、第一阴离子交换膜(12)、阳离子交换膜(13)、第二阴离子交换膜(14)和阴极(15)分隔为四个分室，分别为阳极室(5)、稀释室(6)、浓缩室(7)和阴极室(8)；所述阳极(11)和所述第一阴离子交换膜(12)形成所述阳极室(5)，所述第一阴离子交换膜(12)与所述阳离子交换膜(13)形成所述稀释室(6)，所述阳离子交换膜(13)与所述第二阴离子交换膜(14)形成所述浓缩室(7)，所述第二阴离子交换膜(14)和所述阴极(15)形成所述阴极室(8)；所述第二阴离子交换膜(14)在所述阳极(11)侧附着有碳毡(16)。

2.根据权利要求1所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述碳毡(16)为疏水性大分子多孔介质结构，其在所述阳极(11)侧涂覆有用于感知重金属浓度的有机氟改性纳米TiO₂形成的微流控芯片(161)。

3.根据权利要求1所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述阳极(11)与所述阴极(15)连接外部直流供电电源(17)。

4.根据权利要求1所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述冲洗电极液承装室(2)通过第一蠕动泵(91)与所述阳极室(5)和所述阴极室(8)相连通，所述电镀废水承装室(3)通过第二蠕动泵(92)与所述稀释室(6)相连通，所述浓缩缓冲液承装室(4)通过第三蠕动泵(93)与所述浓缩室(7)相连通。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述装置可用于电镀废水中的Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Co³⁺、Cr⁶⁺的脱盐和回收。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述碳毡(16)的面积为30cm×30cm～50cm×50cm。

7.根据权利要求6所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述碳毡(16)的有效疏水交换面积为4.00dm²～5.00dm²。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种电镀废水金属离子脱盐回收电渗析装置，其特征在于，所述分室的宽度为3.00cm～3.5cm，深度为1.50cm～2.00cm。

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