申请日2016.09.30
公开(公告)日2016.12.14
IPC分类号C02F11/00; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置。该装置包括电源、工业用电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜;所述工业用电化学反应器由外箱体、搅拌机、阴极室、内部支撑支架和外部悬吊支架组成;阴极室位于反应器上层，搅拌机位于下层;阴极室和阳极板均匀对称放置于内部支撑支架上，搅拌机位于内部支撑支架下部;所述的阴极室顶部开口，每个阴极室含有两个垂直交叉且相互绝缘的矩形板状阴极电极，阴极电极与阳极板之间的阴极室侧面为离子交换膜;阴极室内为阴极区，阴极室以外区域均为阳极区，上下两层互通;电化学反应器阴极室资源回收管位于方形开口阴极室底板上;阳极区污泥进料管与出料管对称位于外方体外侧，分别设有阀门并与加压泵相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。本发明具有经济性好，操作简单，灵活性好，单次处理量大、处理效率高，可将重金属与废弃物分离并资源化回收等优点。
权利要求书
1.工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、工业用电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜;
其特征在于：所述工业用电化学反应器整体分为上下两层，由外箱体、搅拌机、阴极室、内部支撑支架和外部悬吊支架组成;其中内部支撑支架将反应器分为上下两层，阴极室和阳极板均匀对称放置于内部支撑支架上，搅拌机位于内部支撑支架下部，顶部悬空吊置于外部悬吊支架上;
所述的阴极室顶部开口，每个阴极室含有两个垂直交叉且相互绝缘的矩形板状阴极电极，阴极电极与阳极板之间的阴极室侧面为离子交换膜;每个阳极板对应前后两个阴极室的各一块阴极板，四个阳极板和八块阴极电极与电源连接组成八组独立的电解回路;阴极室内为阴极区，阴极室以外区域为阳极区，内部支撑支架上下部分互通;
电化学反应器阴极室资源回收管位于方形开口阴极室底板上;阳极区污泥进料管与出料管对称设置于外箱体外侧，分别设有阀门并与加压泵相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：所述电源为稳压稳流直流电源。
3.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：所述的矩形板状阴极电极为不锈钢电极。
4.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：长方体阳极电极为石墨电极。
5.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：外箱体内部壁面和内部支撑支架全部采用绝缘处理。
6.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：阴极室底面和两个侧面由加厚PC板制成，离子交换膜通过PC板框架固定组成另外两侧面，PC板底面、侧面和离子交换膜壁面共同组成顶部开口式阴极室。
7.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：一块阳极板同时充当两个电解回路的阳极。
8.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：每个阴极室的两个阴极电极垂直交叉放置于阴极室中间位置，且两者相互绝缘。
9.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：装置使用过程中，此类阴、阳极的组合模式包括但不限于组成8个独立电解回路，且电极材质可根据具体处理物质进行改变。
10.根据权利要求1所述的工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于：装置使用过程中，内部支撑支架、外部悬吊支架、阴极室和搅拌机均可直接拆卸组装，且反应器阳极区上下互通。
说明书
工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置
技术领域
本发明涉及废弃物处理及资源化技术领域，尤其涉及一种工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置。
背景技术
城市污泥是城市污水处理厂经过各级处理净化污水所产生的沉淀物质。随着污水处理设备的普及和污水处理率的提高，污泥的产量也急剧增加。统计数据显示，目前世界上产生的污泥已达1亿吨/年，我国每年城市污水处理厂脱水污泥产生量达3000万吨以上，而污泥的处理费用高达污水厂总运行费用的40%-60%。同时，因城市污水处理中工业废水的汇入，以及金属离子的生物化学沉淀效应，导致了较多重金属富集于污泥之中。资料表明，我国城市污泥中Zn的含量可达7八3.4-3096.3mg/kg(干重)，Cu可达131.2-394.5mg/kg(干重)，此外还有其它重金属，如Cd、Cr、Hg、Ni、Pb等，这些重金属的存在不仅严重影响污泥的后续安全处置和利用，还会造成金属资源的极大浪费。以Zn为例，2010年中国城镇污泥产量为3000万吨(八0%含水率)，Zn含量按1500mg/kg(干重)计，则其中的Zn含量就达9000吨，按上海期货交易所Zn近期报价15000元/吨计，其蕴含的潜在经济价值就达1.35亿元。
目前，有关污泥中重金属的去除方法主要有化学法、生物沥滤浸出法及电化学法等。化学法主要通过添加药剂，改变污泥酸碱性对金属进行溶出，然后与重金属发生沉淀、络合等化学反应实现重金属的分离，化学法成本高，工艺繁琐，所得沉淀分离困难，且较易产生二次污染。生物沥滤是在利用微生物产酸作用将污泥中的重金属转移到液相中，然后固液分离得到清洁的污泥，是目前效果较好的处理方式，但是耗时很长，一般需要八-10天，且工艺条件要求严格，重金属的存在也会对沥滤微生物产生毒害作用。电化学处理法也称为电动修复，早先主要用于土壤重金属污染修复，通过外加电压使可溶性金属离子迁移富集，然后通过电沉积或离子交换等手段得到去除。电化学法在处理土壤等低渗水性物质中重金属方面具有去除率高、处理时间短、能同时去除多种重金属等优点，因此近年来逐渐受到重视。但传统的电化学处理装置要么将废弃物放置于阴阳级之间，在阴极室与阳极室内均加入电解液，无法充分利用电流效率;要么将废弃物放置于阳极，但电极与污泥接触不充分，导致电解效率低下，且运行成本较高。因此改进处理装置尤其是研发工业用处理装置是电化学法去除并回收废弃物中重金属的关键。
发明内容
一种工业用电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、工业用电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜;
其特征在于：所述工业用电化学反应器整体分为上下两层，由外箱体、搅拌机、阴极室、内部支撑支架和外部悬吊支架组成;内部支撑支架、外部悬吊支架、阴极室和搅拌机均可拆卸组装，其中内部支撑支架将反应器分为上下两层，阴极室位于反应器上层，搅拌机位于下层;外箱体内部壁面和内部支撑支架全部采用绝缘处理，阴极室和阳极板均匀对称放置于内部支撑支架上，搅拌机位于内部支撑支架下部，顶部悬空吊置于外部悬吊支架上;所述的阴极室顶部开口，每个阴极室含有两个垂直交叉且相互绝缘的矩形板状阴极电极，阴极电极与阳极板之间的阴极室侧面为离子交换膜;每个阳极板对应前后两个阴极室的各一块阴极板，四个阳极板和八块阴极电极与电源连接组成八组独立的电解回路;阴极室内为阴极区，阴极室以外区域为阳极区，内部支撑支架上下部分互通;电化学反应器阴极室资源回收管位于方形开口阴极室底板上;阳极区污泥进料管与出料管对称设置于外方体外侧，分别设有阀门并与加压泵相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。
所述电源为稳压稳流直流电源。
所述的矩形板状阴极电极为不锈钢电极。
长方体阳极电极为石墨电极。
外箱体内部壁面和内部支撑支架全部采用绝缘处理。
阴极室底面和两个侧面由加厚PC板制成，离子交换膜通过PC板框架固定组成另外两侧面，PC板底面、侧面和离子交换膜壁面共同组成顶部开口式阴极室。
一块阳极板同时充当两个电解回路的阳极，
每个阴极室的两个阴极电极垂直交叉放置于阴极室中间位置，且两者相互绝缘。
装置使用过程中，此类阴、阳极的组合模式包括但不限于组成8个独立电解回路，且电极材质可根据具体处理物质进行改变。
装置使用过程中，内部支撑支架、外部悬吊支架、阴极室和搅拌机均可直接拆卸组装，且反应器阳极区上下互通。
有益效果：一块阳极板同时在两个电解回路中充当阳极的设计增加了污泥与电极的有效接触面积，提高了阳极板的利用效率;一个阴极室包含两个相互垂直的阴极板的设计使得一个阴极室同时充当两个电解回路的阴极区，提升了电解效率和空间利用率;八组独立电解回路的设计，使得装置运行过程中可以根据电解的实际情况选择全部或部分地打开电解回路，以满足工业上个性化、多用途需求，更加灵活机动;八组独立电解回路的设计使得整个电解过程始终有八个稳定的外加电源提供电能，反应器上下层的互通保证了电解过程中污泥电解的均一性，有效利用了阴、阳极电化学反应的作用，增加了污泥与电解液之间的膜交换面积，减少了离子迁移距离，重金属去除率高，电能利用率高，运行成本较低，同时改善了重金属回收的问题，可以达到降低污染和资源回收的双重目的，兼具环境、生态及经济效益。