CN211733945U

CN211733945U - 一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置

Info

Publication number: CN211733945U
Application number: CN201922075081.2U
Authority: CN
Inventors: 陈兵; 赵进川; 梅运军; 王聪敏; 吕剑; 胡文云; 胡纯; 郭良德; 曾永华
Original assignee: Wuhan Changxing Electrical Appliance Development Co ltd
Current assignee: Wuhan Changxing Electrical Appliance Development Co ltd
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2029-11-26

Abstract

本实用新型提供了一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板之间依次设置有第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜，所述第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜之间依次形成三个隔室，所述第一双极膜和阴膜之间为酸室，所述阴膜和阳膜之间为盐室，所述阳膜和第二双极膜之间为碱室；所述第一双极膜和第二双极膜对称设置且均包括依次连接的阳离子交互层、中间层和阴离子交互层；所述中间层包含水性聚氨酯层和分散于该水性聚氨酯层中的纳米金属颗粒，所述阳离子交换层或所述阴离子交换层背离所述中间界面层的一面负载有氧化石墨烯层。所述双极膜电渗析装置解决了酸洗废水的处理方法存在成本较高、且资源回收率低的问题。

Description

一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置

技术领域

本实用新型属于酸洗废水处理技术领域，更为具体地涉及一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置。

背景技术

酸洗废水指的是为了清除金属表面氧化物，采用硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸及磷酸等酸进行酸洗法处理时而产生的废水。现有的处理酸洗废水处理方法包括中和法、蒸发法、焙烧法、结晶法、离子交换法、点解法、化学转化法以及电渗析法等。但是所述方法均存在相应的缺点和不足，例如，中和法的缺点为碱性药剂，如氢氧化钠、石灰等的消耗量大，而且会产生大量氯化钙及石灰渣等固体废弃物，造成二次污染，最重要的是，中和处理会使得酸洗废水中的可资源化物质(如酸、金属)被直接处理掉，造成资源的浪费。蒸发法存在这残液中的结晶体易堵塞设备管道以及运行条件高和设备易腐蚀等缺点。焙烧法缺点为只能处理含挥发性酸的酸洗废水，副产品氧化铁的品质低，此外该方法对设备的耐腐蚀性和严密性要求高，对工序之间的衔接和配合要求紧密，使其运行条件复杂和投资成本高。离子交换法存在的缺点为离子交换法只能处理金属离子含量低的废水，高浓度的废水会污染树脂，降低吸附力，树脂需洗脱，成本提高，所以离子交换法只能应用于浓度较低或稀释过的钢材酸洗废液的处理。电解法在酸洗废液不经任何处理的条件下阴极很难析出正电位的离子，所以一些学者通过向废液中加入一种或几种阳离子表面活性剂、金属离子捕捉剂或采用隔膜电解的方法来提高去除效果和降低能耗。化学转化法可回收酸洗废水中的铁离子，减少资源的浪费，但回收法或操作工艺复杂，或需要大量氧化剂，成本普遍较高，难以广泛工业化推广。电渗析法是在扩散渗析的膜两端加直流电场，使水中带电离子快速迁移并与水溶液分离，以实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种资源化方法。但电渗析技术处理酸性废水仍然存在膜处理效率受限、膜选择透过性问题、电渗析过程中容易发生膜两侧浓差极化以及酸回收率等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种处理酸洗废水的双极膜电渗析膜组件装置，

为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供了一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板之间依次设置有第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜，所述第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜之间依次形成三个隔室，所述第一双极膜和阴膜之间为酸室；

所述第一双极膜和第二双极膜对称设置且均包括依次连接的阳离子交互层、中间层和阴离子交互层；

所述中间层包含水性聚氨酯层和分散于该水性聚氨酯层中的纳米金属颗粒，所述阳离子交换层或所述阴离子交换层背离所述中间界面层的一面负载有氧化石墨烯层。

进一步地，所述的纳米金属颗粒为二元金属颗粒，所述二元金属颗粒可以为一种金属单质和一种金属氧化物或者两种不同的金属氧化物掺杂在一起的纳米颗粒。

进一步地，所述的二元金属颗粒中的金属元素为铁、铬、银、钛、锡、锆、钯、钌、铟、铋、钼、铈及镍中的两种。

进一步地，还包括酸室罐、盐室罐和极水罐，所述酸室罐与所述酸室之间通过管道连通，所述酸室罐内装有酸液；所述盐室罐与所述盐室和碱室之间通过管道连通，所述盐室罐内装有脱盐液；所述极水罐与所述阳极和所述第一双极膜之间的隔室及阴极和第二双极膜之间的隔室连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：针对酸洗废水排放大、含酸量及亚铁离子高的特点，本实用新型提供了一种双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸，有效避免了二次污染，提高了酸洗废水中的酸的回收率，且降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型提供的双极膜电渗析装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的双极膜的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一双极膜、2-阴膜、3-阳膜、4-第二双极膜、6-酸室罐、7-盐室罐、8-阳离子交互层、9-中间层、10-阴离子交互层、11-极水罐。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了解决现有的酸洗废水处理方法存在的资源回收率低及成本较高的问题，本实用新型的实施例提供了一种双极膜电渗析装置。具体可以参见图1和图2。

如图1所示，一种双极膜电渗析装置，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板之间电连接有整流器，所述整流器的作用在于将交流电转换为直流电，整流器的可以是现有的插件桥式整流器，型号例如可以为GBJ25005-GBJ2510的整流桥。通过所述直流电场的作用将所述双极膜中间层的水电离成为H⁺和OH^-，H⁺穿过阳离子交换层，OH^-穿过阴离子交换层，从而在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。所述阳极板阳极选自钛/铂、碳、镍、钌/钛或铱/钛的金属材料制成，阳极具体尺寸为保证如图1中安装要求而定，还可在其表面涂敷有纳米级的混合金属氧化物(MMO)例如RuO₂、IrO₂、TiO₂和Ta₂O₅的钛板或网。阴极选自铁、镍、铂、钛/铂、碳或不锈钢中的一种。电极结构可为任何已知结构。通用结构的实例包括平板状结构、网状结构和晶格状结构。

所述阳极板和阴极板之间依次设置有第一双极膜1、阴膜2、阳膜3和第二双极膜4，所述第一双极膜1、阴膜2、阳膜3和第二双极膜4之间依次形成三个隔室，所述第一双极膜1和阴膜2之间为酸室，所述阴膜2和阳膜3之间为盐室，所述阳膜2和第二双极膜3之间为碱室；所述第一双极膜1和第二双极膜4对称设置。

所述电渗析装置还包括酸室罐6、盐室罐7和极水罐11，所述酸室罐6与所述酸室之间通过管道连通，所述盐室罐7与所述盐室和碱室通过管道连通，所述盐室罐7内装有脱盐液，所述极水罐11与所述阳极和所述第一双极膜1之间的隔室及阴极和第二双极膜4之间的隔室连通。所述极水罐11用于收集溶解或吸收有电极反应产物的水。

如图2所示，所述第一双极膜1和第二双极膜4均包括依次连接的阳离子交互层8、中间层9和阴离子交互层10；所述中间层9为亲水层，所述亲水层包含水性聚氨酯层和分散于该水性聚氨酯层中的纳米金属颗粒。所述亲水层9在直流电场的作用下能够将水电离成为H⁺和OH^-，H⁺穿过阳离子交换层，OH^-穿过阴离子交换层10，所述阳离子交换层9或所述阴离子交换层10背离所述中间层的一面负载有氧化石墨烯层。

所述双极膜电渗析装置的工作原理为：将所述双极膜电渗析装置放置在酸洗废水中，酸洗废水填充在所述三个隔室，在膜的选择性透过作用下，所述第一双极膜1和第二双极膜双极膜4通过中间层9的亲水作用能够将水吸附并将水进行电离成H⁺和OH^-，其中的H⁺穿过阳离子交换层8进入酸室，OH^-穿过阴离子交换层10进入碱室；盐室中的酸洗废水中的Cl^-通过阴膜2进入酸室与电离的H⁺结合形成盐酸，所述盐酸通过泵的作用进入酸室罐6进行收集得到酸液，盐室中的Fe³⁺通过阳极膜进入碱室中与电离的OH^-结合形成Fe(OH)₃，Fe(OH)₃在酸洗废水中的强酸的作用下反应生成盐。整个过程不需要引入新的组分，且提高了酸洗废水中酸的回收率。

其中，为了提高所述中间层9的亲水性，所述的纳米金属颗粒为二元金属颗粒，所述二元金属颗粒可以为一种金属单质和一种金属氧化物或者两种不同的金属氧化物掺杂在一起的纳米颗粒。

作为优选地，所述的二元金属颗粒中的金属元素为铁、铬、银、钛、锡、锆、钯、钌、铟、铋、钼、铈及镍中的两种。

所述中间层9的两侧通过粘接剂与位于所述中间层两侧的阳离子交换层及阴离子交换层粘结，所述粘结剂为水性聚氨酯、环氧树脂、氨基树脂、有机氟聚合物粘结剂或有机聚硅氧烷粘结剂。

本实用新型提供的双极膜电渗析装置能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸，提高了酸洗废水中的酸的回收率，且降低了成本。

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，包括阳极板和阴极板，其特征在于，所述阳极板和阴极板之间依次设置有第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜，所述第一双极膜、阴膜、阳膜和第二双极膜之间依次形成三个隔室，所述第一双极膜和阴膜之间为酸室；

所述第一双极膜和第二双极膜均包括依次连接的阳离子交互层、中间层和阴离子交互层；

所述中间层包含水性聚氨酯层和分散于该水性聚氨酯层中的纳米金属颗粒，所述阳离子交互层或所述阴离子交互层背离所述中间层的一面负载有氧化石墨烯层。

2.根据权利要求1所述的处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述的纳米金属颗粒为二元金属颗粒，所述二元金属颗粒可以为一种金属单质和一种金属氧化物或者两种不同的金属氧化物掺杂在一起的纳米颗粒。

3.根据权利要求2所述的处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述的二元金属颗粒中的金属元素为铁、铬、银、钛、锡、锆、钯、钌、铟、铋、钼、铈及镍中的两种。

4.根据权利要求1所述的处理酸洗废水的双极膜电渗析装置，其特征在于，还包括酸室罐、盐室罐和极水罐，所述阴膜和阳膜之间为盐室，所述阳膜和第二双极膜之间为碱室，所述酸室罐与所述酸室之间通过管道连通，所述盐室罐与所述盐室和碱室通过管道连通，所述盐室罐内装有脱盐液，所述极水罐与所述阳极和所述第一双极膜之间的隔室及阴极和第二双极膜之间的隔室连通。