一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置。


背景技术：

2.工业生产排放的大量含氟“三废”是人为造成环境氟污染最主要的方面，涉及行业有铝电解、钢铁、电力、水泥、磷肥、陶瓷、玻璃、光伏、半导体、制药等，均会产生大量含氟废水、烟气、粉尘，造成不同程度的氟污染，我国《生活饮用水卫生标准》gb5749-2006规定生活饮用水中氟化物限值为1.0mg/l，在生产中长期接触过量的无机氟化物，氟化物可通过呼吸道、消化道和皮肤被人体吸收，引起以骨骼改变为主要症状的全身性慢性疾病，即工业性氟病。此外，氟也对人的皮肤和粘膜有一定的刺激和腐蚀作用，接触后会导致不同程度的灼伤。同时工业废水中还含有重金属及砷，由于重金属及砷具有毒性大、不可生物降解且易在生物体内富集、代谢缓慢等特点，即使低浓度的重金属及砷也会对人类健康和动植物的生存带来严重威胁。
3.目前，工业废水中除氟及重金属、砷的主流技术主要是采用化学沉淀法，分别添加的主要化学药剂为石灰、铁盐及硫酸铝等与废水中的重金属、砷及氟发生化学反应形成沉淀物进行去除，也有采用电化学或电絮凝装置去除废水中的重金属及砷，再通过投加除氟药剂比如硫酸铝等去除废水中的氟，另外，还有些过滤吸附、膜处理法等。然而这些工艺存在再生液或浓液需要再次处理，除氟过程中不能同时去除重金属和砷。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型提出了一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，从而达到废水高效、深度、稳定除重金属和砷，同时协同去除废水中的氟，降低常规处理工艺的运行成本，减少污泥的产生量。
5.第一方面，本实用新型提供一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，包括脉冲电源组件以及与所述脉冲电源组件连接的电解槽主体，所述电解槽主体的相对两端设有进水管与出水管，所述进水管至所述出水管的方向为水流方向，所述电解槽主体内沿所述水流方向设置有多个相互连接的除重金属电极组，所述除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，所述除氟电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除氟电极组的阳极为铝极板；所述除重金属和砷电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除重金属和砷电极组的阳极为铁极板。
6.进一步地，所述多个除重金属电极组和除氟电极组的组成方式为间隔排列或组合排列。
7.进一步地，所述多个除重金属电极组呈阶梯状排列。
8.进一步地，所述除氟电极组的阴极为铝极板、铁极板、钛极板、铂极板中的一种。
9.进一步地，相邻两个所述除重金属电极组之间设置折流板，所述折流板围设于所述除重金属电极组周围。
10.进一步地，所述折流板上设有电极刮板，所述电极刮板包括阳极板、阴极板，以及连接所述阳极板和所述阴极板的刮板连接杆，所述刮板连接杆的一端与所述阳极板、所述阴极板中的其中一个铰接，所述刮板连接杆的另一端通过压缩弹簧与所述阳极板、所述阴极板中的另外一个连接。
11.进一步地，所述除重金属电极组下方设有电极承托板，所述除重金属电极组放置在所述电极承托板上。
12.进一步地，所述电化学装置还包括设于所述电解槽主体下方的排污主体，所述排污主体包括多个相互连接的污泥槽主体，所述污泥槽主体内设有和外界连通的排泥口。
13.第二方面，本实用新型提供一种工业废水除重金属协同深度除氟方法，采用如上中任一项所述的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置。
14.进一步地，打开脉冲电源组件，废水流入至电解槽主体内部，并沿所述水流方向依次流经相互连接的除重金属电极组，电解过程中产生的污泥进入污泥槽主体，并由排泥口排出。
15.进一步地，所述电解槽主体的电流密度为50-1000a/m2，电流密度根据废水中重金属或氟的含量进行调节。
16.与现有技术相比，本实用新型的优势如下：
17.本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，除重金属电极组分为除重金属和砷电极组及除氟电极组，组成方式为间隔排列或组合排列，在废水中可以连续不间断同时电解出铁离子和铝离子出来，电解过程中产生的含重金属电极泥由电极刮板刮入污泥槽，可以回收有价重金属。
18.电极室之间由折流板隔开，水的水力性能有创新，增加电极室水的流道反应时间，根据不同的废水中氟、重金属、砷的含量，可以调节电化学的电流密度，能高效、深度除氟协同除重金属和砷。
附图说明
19.图1为本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置的结构示意图；
20.图2为图1所示工业废水除重金属协同除氟的电化学装置的a处的局部放大图；
21.图中：脉冲电源组件1、电源连接线2、进水管3、进水槽4、电极室5、除重金属电极组6、折流板7、出水槽8、出水管9、污泥槽主体10、支撑板11、污泥槽12、电解槽主体13、排泥口14、阳极板15、阴极板16、电极刮板17、刮板连接杆18。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.请参阅图1-图2，本实用新型提供一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，包括脉冲电源组件1以及与所述脉冲电源组件连接的电解槽主体13，所述电解槽主体的一端设有进水管3，所述电解槽主体的另一端设有出水管9，所述进水管至所述出水管的方向
为水流方向，所述电解槽主体内沿所述水流方向设置有多个相互连接的除重金属电极组6，所述除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，所述除氟电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除氟电极组的阳极为铝极板；所述除重金属和砷电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除重金属和砷电极组的阳极为铁极板。
24.进一步地，所述多个除重金属电极组和除氟电极组的组成方式为间隔排列或组合排列。
25.进一步地，所述多个除重金属电极组呈阶梯状排列。
26.进一步地，所述除氟电极组的阴极为铝极板、铁极板、钛极板、铂极板中的一种。
27.进一步地，相邻两个所述除重金属电极组之间设置折流板7，所述折流板围设于所述除重金属电极组周围。
28.进一步地，所述折流板上设有电极刮板17，所述电极刮板包括阳极板15、阴极板16，以及连接所述阳极板和所述阴极板的刮板连接杆18，所述刮板连接杆的一端与所述阳极板、所述阴极板中的其中一个铰接，所述刮板连接杆的另一端通过压缩弹簧与所述阳极板、所述阴极板中的另外一个连接。
29.进一步地，所述除重金属电极组下方设有电极承托板，所述除重金属电极组放置在所述电极承托板上。
30.进一步地，所述工业废水除重金属协同除氟的电化学装置还包括设于所述电解槽主体下方的排污主体，所述排污主体包括多个相互连接的污泥槽主体10，所述污泥槽主体内设有和外界连通的排泥口14。
31.第二方面，本实用新型提供一种工业废水除重金属协同深度除氟方法，采用如上中任一项所述的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置。
32.进一步地，所述工业废水除重金属协同深度除氟方法为打开脉冲电源组件，废水流入至电解槽主体内部，并沿所述水流方向依次流经相互连接的除重金属电极组，电解过程中产生的污泥进入污泥槽主体，并由排泥口排出。
33.进一步地，所述电解槽主体的电流密度为50-1000a/m2，电流密度根据废水中重金属或氟的含量进行调节。废水通过所述污泥槽的反应时间为1-30min，处理后氟离子浓度小于1ppm，重金属或砷的浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a排放标准。
34.具体的，所述脉冲电源组件通过所述电源连接线2与所述电解槽主体连接。所述除重金属电极组的设置数量可以为2-8个，所述除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组以及其他除重金属电极组。除氟电极为铝电极、铁电极、钛电极、铂电极中的一种或两种。除重金属电极为铝电极、铁电极、钛电极、铂电极中的一种或两种。其中一个所述除重金属电极组与设有所述进水管的壳壁之间形成有进水槽4，另外一个所述除重金属电极组与设有所述出水管的壳壁之间形成有出水槽8，所述折流板和所述电极组之间的腔室为电极室5。此外，多个所述污泥槽主体的设置位置分别和多个所述电极室的设置位置相对应，每一个所述污泥槽主体由支撑板11围合而成，所述污泥槽主体的内腔为与所述电极室连通的污泥槽12，所述污泥槽内设有排泥口14。
35.本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，组成方式为间隔排列或组合排列，在废水中同时电解
出铁离子和铝离子出来，根据不同的废水中氟、重金属、砷的含量，可以调节电化学的电流密度，能达到高效除氟协同除重金属和砷的目的，而且处理效果优于常规处理工艺，废水处理后液中氟、重金属和砷含量可以到达并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002一级a排放标准。同时可以减少常规废水除氟工艺中添加硫酸铝等的投加药剂费用及避免添加硫酸铝等药剂导致产生的大量污泥。
36.本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，所述进水管3、进水槽4位于装置一侧，相邻两个所述电极组通过折流板隔开，通过折流板7依次进入不同的电极室5，处理后的水由出水槽8、出水管9排出，电解过程中产生的污泥进入污泥槽主体10、污泥槽12，并由排泥口14排出。
37.本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，利用可溶性阳极(通常为铁阳极或铝阳极)产生的阳离子在溶液中水解、聚合生成一系列多核羟基络合物和氢氧化物。在阳极、阴极之间通入直流电，以阳极材料为铁，发生的电极反应如式(1)～(4)：
38.阳极为铁：fe-2e
→
fe
2+
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
39.在碱性条件下：fe
2+
+2oh-＝fe(oh)2ꢀꢀꢀꢀ
(2)
40.在酸性条件下：4fe
2+
+o2+2h2o＝4fe
3+
+4oh-(3)
41.水在电解过程中，还有氧气放出：2h2o-4e＝o2+4h
+
(4)
42.多核羟基络合物和氢氧化物作为絮凝剂而起絮凝作用，产生的络合离子与氢氧化物有很高的吸附活性,其吸附能力高于一般药剂法水解得到的氢氧化物。它能有效与部分重金属离子结合形成絮凝沉淀，同时另一部分重金属离子在阴极发生氧化还原反应，形成阴极泥，如反应式(5)：
43.在阴极发生反应：2h2o+2e
→
h2↑
+2oh-(5)
44.通过阳极产生的多核羟基络合物和氢氧化物和重金属离子在阴极发生的氧化还原反应协同处理，重金属离子去除率高，同时把重金属絮体进入后续常规混凝沉淀处理工序，电极泥进入污泥槽，既可以减少危废和固废的排放，减少环境的污染，又能回收利用重金属，资源形成循环利用。
45.电化学法对pb、cd、zn、as等重金属去除率高，污染物浓度低于《铅、锌工业污染物排放标准》(gb25466-2010)，甚至可达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅲ类水标准。
[0046][0047][0048]
本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，组成方式为间隔排列或组合排列，在废水中可以连续不间断同时电解出铁离子和铝离子出来，电解过程中产生的含重金属电极泥由电极刮板刮入污泥槽，可以回收有价重金属。
[0049]
电极室之间由折流板隔开，水的水力性能有创新，增加电极室水的流道反应时间，根据不同的废水中氟、重金属、砷的含量，可以调节电化学的电流密度，能高效、深度除氟协同除重金属和砷。
[0050]
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限于本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，其特征在于：包括脉冲电源组件以及与所述脉冲电源组件连接的电解槽主体，所述电解槽主体的相对两端设有进水管与出水管，所述进水管至所述出水管的方向为水流方向，所述电解槽主体内沿所述水流方向设置有多个相互连接的除重金属电极组，所述除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，所述除氟电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除氟电极组的阳极为铝极板；所述除重金属和砷电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除重金属和砷电极组的阳极为铁极板。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个除重金属电极组、除氟电极组的组成方式为间隔排列或组合排列。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述多个除重金属电极组呈阶梯状排列。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述除氟电极组的阴极为铝极板、铁极板、钛极板、铂极板中的一种。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，相邻两个所述除重金属电极组之间设置折流板，所述折流板围设于所述除重金属电极组周围。6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述折流板上设有电极刮板，所述电极刮板包括阳极板、阴极板，以及连接所述阳极板和所述阴极板的刮板连接杆，所述刮板连接杆的一端与所述阳极板、所述阴极板中的其中一个铰接，所述刮板连接杆的另一端通过压缩弹簧与所述阳极板、所述阴极板中的另外一个连接。7.根据权利要求1-6中任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述除重金属电极组下方设有电极承托板，所述除重金属电极组放置在所述电极承托板上。8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括设于所述电解槽主体下方的排污主体，所述排污主体包括多个相互连接的污泥槽主体，所述污泥槽主体内设有和外界连通的排泥口。

技术总结
本实用新型提供一种工业废水除重金属协同除氟的电化学装置。所述电化学装置包括脉冲电源组件以及与所述脉冲电源组件连接的电解槽主体，所述电解槽主体的相对两端设有进水管与出水管，所述进水管至所述出水管的方向为水流方向，所述电解槽主体内沿所述水流方向设置有多个相互连接的除重金属电极组，所述除重金属电极组至少包括除氟电极组、除重金属和砷电极组，所述除氟电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除氟电极组的阳极为铝极板；所述除重金属和砷电极组由相对设置的阳极和阴极组成，所述除重金属和砷电极组的阳极为铁极板。本实用新型的工业废水除重金属协同除氟的电化学装置，能高效、深度除氟协同除重金属和砷。深度除氟协同除重金属和砷。深度除氟协同除重金属和砷。


技术研发人员：饶剑锋 王硕 刘志荣 梅曙明 吴国平 明亮 夏安林 洪庆松 熊学文
受保护的技术使用者：瑞林环境科技有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/7/17