一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工業(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(jī)酸或有機(jī)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(duì)含鎳廢水進(jìn)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(duì)絡(luò)合態(tài)鎳離子無(wú)能無(wú)力。且含鎳廢水中的其它有機(jī)污染物常堵塞離子交換膜或離子交換樹(shù)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?yàn)榻j(luò)合態(tài)鎳離子中配體的強(qiáng)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(chǎng)作用下根本無(wú)法到達(dá)陰極，更不必說(shuō)要被還原了。此外，陰極上還經(jīng)常沉積有機(jī)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型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4，其包括:陽(yáng)極室和置于其內(nèi)的陽(yáng)極401，該陽(yáng)極室具有含鎳廢水的進(jìn)口和出口 ；陰極室和置于其內(nèi)的陰極402，該陰極室具有陰極電解液的進(jìn)口和出口 ；將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)的陽(yáng)離子交換膜403 ;
[0007]直流電源404，其正極與所述陽(yáng)極電連接，其負(fù)極與所述陰極電連接；
[0008]陰極電解液循環(huán)水箱5，其出水口與所述陰極室的陰極電解液的進(jìn)口連通，其回水口與所述陰極室的陰極電解液的出口連通。
[0009]在本實(shí)用新型所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)中，所述陽(yáng)極是形穩(wěn)陽(yáng)極，該形穩(wěn)陽(yáng)極在電解條件下自身穩(wěn)定，沒(méi)有重量損失。例如，所述形穩(wěn)陽(yáng)極可以是在T1、Zr、Ta、Nb等金屬基體上沉積一層微米或亞微米級(jí)的選自Sn02、IrO2> RuO2> PbO2*的一種或多種金屬氧化物薄膜而制備成的穩(wěn)定電極。優(yōu)選地，所述形穩(wěn)陽(yáng)極是鈦基氧化釕銥電極。
[0010]在本實(shí)用新型所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)中，還包括電解進(jìn)水箱2，該電解進(jìn)水箱2的出水口與所述陽(yáng)極室的進(jìn)口連通，所述陽(yáng)極室的出口分為兩路，一路與所述電解進(jìn)水箱的回水口連通，另一路作為處理后的廢水的排放管路。
[0011]各管路上均可設(shè)有閥門(mén)。
[0012]本實(shí)用新型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，該方法使用本實(shí)用新型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:
[0013]使所述含鎳廢水流入所述隔膜電解反應(yīng)器的陽(yáng)極室，其中絡(luò)合態(tài)鎳離子在所述形穩(wěn)陽(yáng)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(chǎng)作用下穿過(guò)所述陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室，并在陰極處發(fā)生電沉積作用，生成單質(zhì)鎳；陽(yáng)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(yáng)極室經(jīng)過(guò)循環(huán)處理后作為處理后的廢水排放。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，為了減少陽(yáng)極室的體積，經(jīng)常需要將陽(yáng)極室出水再循環(huán)回陽(yáng)極室，經(jīng)歷一段時(shí)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。
[0014]在本實(shí)用新型的第二方面的優(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(dòng)時(shí)被加入到所述陰極電解液循環(huán)水箱中，啟動(dòng)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(dòng)時(shí)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(lái)自含鎳廢水的游離鎳離子在電場(chǎng)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。
[0015]在本實(shí)用新型的第二方面中，所述絡(luò)合態(tài)鎳離子包括配體為有機(jī)酸或有機(jī)酸根、CN' SCN'氨或胺類配體的絡(luò)合態(tài)鎳離子。
[0016]本實(shí)用新型的電化學(xué)處理系統(tǒng)工作過(guò)程如下:
[0017]含鎳廢水進(jìn)入所述隔膜電解反應(yīng)器的陽(yáng)極室后，由于形穩(wěn)陽(yáng)極本身作為陽(yáng)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(qiáng)氧化作用，因此，能夠?qū)⒔j(luò)合態(tài)鎳離子中的配體進(jìn)行氧化分解，從而釋放出游離鎳離子，這個(gè)過(guò)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(chǎng)作用下，穿過(guò)陽(yáng)離子交換膜，到達(dá)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(yáng)離子交換膜只允許游離態(tài)鎳離子和氫離子通過(guò)，而不允許絡(luò)合態(tài)镲離子通過(guò)，也不允許其它有機(jī)污染物通過(guò)，例如含镲廢水中常見(jiàn)的光亮劑、洗滌劑等有機(jī)添加劑及其降解產(chǎn)物等，均被該陽(yáng)離子交換膜阻擋而保留在陽(yáng)極室，在陽(yáng)極本身及新生態(tài)氧的氧化作用下，被分解為更小的無(wú)害物質(zhì)。由于這些有機(jī)污染物不進(jìn)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。
[0018]本實(shí)用新型中對(duì)陽(yáng)離子交換膜的材質(zhì)沒(méi)有特殊要求，一般的工業(yè)用陽(yáng)離子交換膜均可使用，且這些陽(yáng)離子交換膜都對(duì)廢水中的有機(jī)污染物有足夠的阻擋作用。
[0019]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0020]1.形穩(wěn)陽(yáng)極能夠?qū)j(luò)合態(tài)鎳離子進(jìn)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(wú)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(jiǎn)單、高效、節(jié)能和環(huán)保。
[0021]2.形穩(wěn)陽(yáng)極還能氧化降解含鎳廢水中的其它有機(jī)污染物。
[0022]3.陽(yáng)離子交換膜的存在，阻止了有機(jī)污染物進(jìn)入陰極室，有利于陰極表面保持清潔，維持較高的電流效率。
[0023]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(yáng)極之間鎳離子存在濃度差，陽(yáng)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(chǎng)驅(qū)動(dòng)力下，還增大了陽(yáng)極室的鎳離子向陰極室迀移的驅(qū)動(dòng)力，從而省去傳統(tǒng)的電滲析或膜分離對(duì)含鎳廢水進(jìn)行預(yù)濃縮的步驟。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型的電化學(xué)處理系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖2是隔膜電解反應(yīng)器的示意圖。
[0026]圖中附圖標(biāo)記含義如下:
[0027]1-含鎳廢水進(jìn)口 ；2_電解進(jìn)水箱(同時(shí)為陽(yáng)極電解液循環(huán)水箱);3_陽(yáng)極循環(huán)水泵；4_隔膜電解反應(yīng)器；401_形穩(wěn)陽(yáng)極；402_陰極；403_陽(yáng)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(yáng)極出水箱；8_回流水閥；9_排水閥；10_陰極電解液進(jìn)口
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例僅限于說(shuō)明本實(shí)用新型，而非對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]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(jìn)水箱2，同時(shí)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(kāi)回流水閥8，隔膜電解反應(yīng)器4的形穩(wěn)陽(yáng)極采用鈦基氧化釕銥電極，陽(yáng)極面積為15cm*15cm，陽(yáng)離子交換膜采用日本ASTOM公司的CMB陽(yáng)膜，陰極為不銹鋼電極，面積為15cm*15cm，開(kāi)啟陰陽(yáng)極循環(huán)水泵3、6，打開(kāi)直流電源404開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電壓為5.0V,電解20h后，陽(yáng)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(méi)發(fā)現(xiàn)任何有機(jī)污染物淤泥。
[0031]對(duì)比例
[0032]廢水和工藝條件與實(shí)施例1基本相同，但采用石墨電極作為陽(yáng)極，該石墨電極不是形穩(wěn)陽(yáng)極，則出水的游離鎳離子濃度為0.43mg/L，總鎳濃度為15mg/L，說(shuō)明還有相當(dāng)多的絡(luò)合態(tài)鎳沒(méi)有被處理掉。出水的COD為48mg/L，說(shuō)明有機(jī)污染物仍大量殘留。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種處理含鎳廢水的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 隔膜電解反應(yīng)器(4)，其包括:陽(yáng)極室和置于其內(nèi)的陽(yáng)極(401)，該陽(yáng)極室具有含鎳廢水的進(jìn)口和出口 ；陰極室和置于其內(nèi)的陰極(402)，該陰極室具有陰極電解液的進(jìn)口和出口 ；將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)的陽(yáng)離子交換膜(403); 直流電源(404)，其正極與所述陽(yáng)極電連接，其負(fù)極與所述陰極電連接； 陰極電解液循環(huán)水箱(5)，其出水口與所述陰極室的陰極電解液的進(jìn)口連通，其回水口與所述陰極室的陰極電解液的出口連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陽(yáng)極是形穩(wěn)陽(yáng)極，該形穩(wěn)陽(yáng)極在電解條件下自身穩(wěn)定，沒(méi)有重量損失。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)處理系統(tǒng)，其特征在于，其還包括電解進(jìn)水箱(2)，該電解進(jìn)水箱(2)的出水口與所述陽(yáng)極室的進(jìn)口連通，所述陽(yáng)極室的出口分為兩路，一路與所述電解進(jìn)水箱的回水口連通，另一路作為處理后的廢水的排放管路。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了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(4)，包括：陽(yáng)極室和置于其內(nèi)的陽(yáng)極(401)；陰極室和置于其內(nèi)的陰極(402)；將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)的陽(yáng)離子交換膜(403)；直流電源(404)，其正極與所述陽(yáng)極電連接，其負(fù)極與所述陰極電連接；陰極電解液循環(huán)水箱(5)，其出水口與所述陰極室的進(jìn)口連通，其回水口與所述陰極室的出口連通。本實(shí)用新型的電化學(xué)處理系統(tǒng)能處理絡(luò)合態(tài)鎳離子，并對(duì)含鎳廢水中的有機(jī)污染物也有一定的去除作用，工藝簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能、環(huán)保。
【IPC分類】C02F1/467, C25C7/00, C02F1/62, C02F1/461, C25C1/08
【公開(kāi)號(hào)】CN204702546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520166361
【發(fā)明人】張忠國(guó), 李海濤, 張健, 宮晨皓, 孫宇維, 趙可卉
【申請(qǐng)人】輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日