一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)和電化學(xué)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)廢水處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)上產(chǎn)生大量的含鎳廢水，其中鎳主要以鎳離子形式存在，主要分游離態(tài)鎳離子和絡(luò)合態(tài)鎳離子兩種，其中絡(luò)合態(tài)鎳離子主要是Ni2+與各種有機酸或有機酸根、CN _、SCN_、EDTA類物質(zhì)、氨或胺類物質(zhì)形成的絡(luò)合物。鑒于鎳離子的毒性，需要對含鎳廢水進行處理后才能排放。
[0003]現(xiàn)有的含鎳廢水處理方法有沉淀法、離子交換法、電沉積法等等。其中沉淀法是加入堿或碳酸鹽將鎳離子沉淀為氫氧化鎳或碳酸鎳，產(chǎn)生大量淤泥沉淀，且要想從沉淀產(chǎn)物回收金屬鎳，還需要繁瑣的后續(xù)流程。離子交換法則只能處理游離態(tài)鎳離子，對絡(luò)合態(tài)鎳離子無能無力。且含鎳廢水中的其它有機污染物常堵塞離子交換膜或離子交換樹脂，不得不經(jīng)常停工清理。電沉積法也難以處理絡(luò)合態(tài)鎳離子，因為絡(luò)合態(tài)鎳離子中配體的強絡(luò)合作用，鎳離子本身難以接受電子被還原，更何況有些絡(luò)合態(tài)鎳離子，例如Ni (CN)4_或者Ni (SCN)4_，已經(jīng)變成了陰離子，在電場作用下根本無法到達陰極，更不必說要被還原了。此外，陰極上還經(jīng)常沉積有機污染物淤泥，致使陰極電流效率下降。
[0004]因此，本領(lǐng)域迫切需要一種能處理含有絡(luò)合態(tài)鎳離子的含鎳廢水的處理系統(tǒng)和處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一方面提供了一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括:
[0006]隔膜電解反應(yīng)器，其包括:陽極室和置于其內(nèi)的陽極，其中所述陽極是形穩(wěn)陽極；陰極室和置于其內(nèi)的陰極；將陽極室和陰極室隔開的陽離子交換膜；
[0007]陰極電解液循環(huán)水箱，其與所述陰極室的入口和出口循環(huán)連通。
[0008]在本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實施方案中，所述形穩(wěn)陽極是鈦基氧化釕銥電極。
[0009]本發(fā)明的第二方面提供了一種處理含鎳廢水的電化學(xué)方法。其中所述含鎳廢水含有游離態(tài)鎳離子和絡(luò)合態(tài)鎳離子，該方法使用本發(fā)明的第一方面所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)，且該方法包括以下步驟:
[0010]使所述含鎳廢水流入所述隔膜電解反應(yīng)器的陽極室，其中絡(luò)合態(tài)鎳離子在所述形穩(wěn)陽極的氧化作用下發(fā)生解絡(luò)合，釋放出游離態(tài)鎳離子，并與原有的游離態(tài)鎳離子一起在電場作用下穿過所述陽離子交換膜進入陰極室，并在陰極處發(fā)生電沉積作用，生成單質(zhì)鎳；陽極室的出水直接作為處理后的廢水排放或者再循環(huán)回陽極室經(jīng)過循環(huán)處理后作為處理后的廢水排放。對于工業(yè)應(yīng)用來說，為了減少陽極室的體積，經(jīng)常需要將陽極室出水再循環(huán)回陽極室，經(jīng)歷一段時間待廢水中的鎳離子濃度下降到排放標(biāo)準(zhǔn)后，才予以排放。
[0011]在本發(fā)明的第二方面的優(yōu)選方案中，所述陰極電解液為硫酸鎳或氯化鎳溶液，其僅在所述方法剛啟動時被加入到所述陰極電解液循環(huán)水箱中，啟動后則停止加入。優(yōu)選地，所述硫酸鎳或氯化鎳的初始濃度較高，這樣做可以在啟動時維持陰極室內(nèi)的陰極電解液的較高的鎳離子濃度，有利于提高陰極的電流效率，待來自含鎳廢水的游離鎳離子在電場作用下源源不斷地迀移入陰極室后，則可切斷陰極室與陰極電解液循環(huán)水箱之間的循環(huán)，僅靠上述迀入的游離態(tài)鎳離子即可維持正常的陰極電流效率。
[0012]在本發(fā)明的第二方面中，所述絡(luò)合態(tài)鎳離子包括配體為有機酸或有機酸根、CN_、SCN'氨或胺類配體的絡(luò)合態(tài)鎳離子。
[0013]本發(fā)明的電化學(xué)處理系統(tǒng)工作過程如下:
[0014]含鎳廢水進入所述隔膜電解反應(yīng)器的陽極室后，由于形穩(wěn)陽極本身作為陽極就有較高的析氧電位，能夠在電極表面發(fā)生氧化作用，以及其表面電解析出的新生態(tài)氧也具有強氧化作用，因此，能夠?qū)⒔j(luò)合態(tài)鎳離子中的配體進行氧化分解，從而釋放出游離鎳離子，這個過程可被稱為解絡(luò)合。釋放出的游離鎳離子，與廢水中原有的鎳離子一起，以及可能存在的一部分氫離子，在電場作用下，穿過陽離子交換膜，到達陰極室，并在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，形成單質(zhì)態(tài)鎳，完成鎳的回收。該陽離子交換膜只允許游離態(tài)鎳離子和氫離子通過，而不允許絡(luò)合態(tài)镲離子通過，也不允許其它有機污染物通過，例如含镲廢水中常見的光亮劑、洗滌劑等有機添加劑及其降解產(chǎn)物等，均被該陽離子交換膜阻擋而保留在陽極室，在陽極本身及新生態(tài)氧的氧化作用下，被分解為更小的無害物質(zhì)。由于這些有機污染物不進入陰極室，因此避免了它們沉積在陰極表面形成淤泥，保證了陰極的清潔和陰極電沉積效率不下降。
[0015]本發(fā)明中對陽離子交換膜的材質(zhì)沒有特殊要求，一般的工業(yè)用陽離子交換膜均可使用，且這些陽離子交換膜都對廢水中的有機污染物有足夠的阻擋作用。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0017]1.形穩(wěn)陽極能夠?qū)j(luò)合態(tài)鎳離子進行解絡(luò)合作用，因此，能夠有效處理絡(luò)合態(tài)鎳離子，而無需加入額外地破絡(luò)合劑，使得含鎳廢水的鎳回收率大大提高。工藝流程更簡單、高效、節(jié)能和環(huán)保。
[0018]2.形穩(wěn)陽極還能氧化降解含鎳廢水中的其它有機污染物。
[0019]3.陽離子交換膜的存在，阻止了有機污染物進入陰極室，有利于陰極表面保持清潔，維持較高的電流效率。
[0020]4.由于陰極室的鎳離子被電沉積成單質(zhì)鎳而不斷減少，陰陽極之間鎳離子存在濃度差，陽離子交換膜的存在也加大了這種濃度差，因此除了在正常的電場驅(qū)動力下，還增大了陽極室的鎳離子向陰極室迀移的驅(qū)動力，從而省去傳統(tǒng)的電滲析或膜分離對含鎳廢水進行預(yù)濃縮的步驟。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的電化學(xué)處理系統(tǒng)的示意圖。
[0022]圖2是隔膜電解反應(yīng)器的示意圖。
[0023]圖中附圖標(biāo)記含義如下:
[0024]1-含鎳廢水進口 ；2_電解進水箱(同時為陽極電解液循環(huán)水箱)；3_陽極循環(huán)水泵；4_隔膜電解反應(yīng)器；401_形穩(wěn)陽極；402_陰極；403_陽離子交換膜；5_陰極電解液循環(huán)水箱；6_陰極循環(huán)水泵；7_陽極出水箱；8_回流水閥；9_排水閥；10_陰極電解液進口
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明，實施例僅限于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。
[0026]實施例1:
[0027]將IL含镲廢水(離子態(tài)镲濃度為100mg/L，總镲濃度為120mg/L，COD值為56mg/L，用硫酸調(diào)節(jié)PH = 4)放入電解進水箱2，同時將IL的濃度為20g/L的硫酸鎳溶液，用硫酸調(diào)節(jié)pH = 4放入陰極電解液循環(huán)水箱，關(guān)閉排水閥9，打開回流水閥8，隔膜電解反應(yīng)器4的形穩(wěn)陽極采用鈦基氧化釕銥電極，陽極面積為15cm*15cm，陽離子交換膜采用日本ASTOM公司的CMB陽膜，陰極為不銹鋼電極，面積為15cm*15cm，開啟陰陽極循環(huán)水泵3、6，打開直流電源404開關(guān)，調(diào)節(jié)電壓為5.0V,電解20h后，陽極區(qū)電解液中游離鎳離子濃度為0.32mg/L，總鎳濃度為0.46mg/L，COD值為22g/L，陰極板上產(chǎn)生一層金屬鎳，經(jīng)分析鎳純度為99.6%，鎳回收率大于99.9%，電流效率大于80%。陰極上幾乎沒發(fā)現(xiàn)任何有機污染物淤泥。
[0028]對比例
[0029]廢水和工藝條件與實施例1基本相同，但采用石墨電極作為陽極，該石墨電極不是形穩(wěn)陽極，則出水的游離鎳離子濃度為0.43mg/L，總鎳濃度為15mg/L，說明還有相當(dāng)多的絡(luò)合態(tài)鎳沒有被處理掉。出水的COD為48mg/L，說明有機污染物仍大量殘留。
【主權(quán)項】
1.一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括: 隔膜電解反應(yīng)器，其包括:陽極室和置于其內(nèi)的陽極，其中所述陽極是形穩(wěn)陽極；陰極室和置于其內(nèi)的陰極；將陽極室和陰極室隔開的陽離子交換膜； 陰極電解液循環(huán)水箱，其與所述陰極室的入口和出口循環(huán)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其中所述形穩(wěn)陽極是指在T1、Zr、Ta、Nb等金屬基體上沉積一層微米或亞微米級的選自Sn02、IrO2> RuO2> PbO2中的一種或多種金屬氧化物薄膜而制備成的穩(wěn)定電極。
3.—種處理含鎳廢水的電化學(xué)方法。其中所述含鎳廢水含有游離態(tài)鎳離子和絡(luò)合態(tài)鎳離子，該方法使用權(quán)利要求1所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)，且該方法包括以下步驟: 使所述含鎳廢水流入所述隔膜電解反應(yīng)器的陽極室，其中絡(luò)合態(tài)鎳離子在所述形穩(wěn)陽極的氧化作用下發(fā)生解絡(luò)合，釋放出游離態(tài)鎳離子，并與原有的游離態(tài)鎳離子一起在電場作用下穿過所述陽離子交換膜進入陰極室，并在陰極處發(fā)生電沉積作用，生成單質(zhì)鎳；陽極室的出水直接作為處理后的廢水排放或者再循環(huán)回陽極室經(jīng)過循環(huán)處理后作為處理后的廢水排放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)方法，其中所述陰極電解液為硫酸鎳或氯化鎳溶液，其僅在所述方法剛啟動時被加入到所述陰極電解液循環(huán)水箱中，啟動后則停止加入。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)方法，其中所述絡(luò)合態(tài)鎳離子包括配體為有機酸或有機酸根、CN_、SCN_、EDTA、氨或胺類物質(zhì)的絡(luò)合態(tài)鎳離子。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)以及電化學(xué)處理方法。其中使用了形穩(wěn)陽極作為陽極，陰陽極室之間使用陽離子交換膜隔開，通過形穩(wěn)陽極的氧化作用促使含鎳廢水中的絡(luò)合態(tài)鎳離子發(fā)生解絡(luò)合而釋放出游離態(tài)鎳離子，并穿過陽離子交換膜進入陰極室而被還原為單質(zhì)鎳。本發(fā)明的電化學(xué)處理系統(tǒng)和方法能處理絡(luò)合態(tài)鎳離子，并對含鎳廢水中的有機污染物也有一定的去除作用，工藝簡單、高效、節(jié)能、環(huán)保。
【IPC分類】C02F1-467, C25C1-08, C02F1-461, C02F1-62, C25C7-00
【公開號】CN104724795
【申請?zhí)枴緾N201510127982
【發(fā)明人】張忠國, 李海濤, 張健, 宮晨皓, 孫宇維, 趙可卉
【申請人】輕工業(yè)環(huán)境保護研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月23日