公布日：2023.02.24
申请日：2022.11.09
分类号：C02F1/28(2023.01)I;C02F1/42(2023.01)I;B01J49/00(2017.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F103/16(2006.01)N
摘要
本发明提供一种废水中金属离子回收装置及回收方法，属于环保技术领域，所述装置包括金属离子富集组件，金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部连接废水缓冲箱，顶部连接金属离子浓缩箱和产水箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别连接金属离子浓缩箱。本发明避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率。
权利要求书
1.一种废水中金属离子回收装置，其特征在于，包括金属离子富集组件，所述金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，所述阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；所述阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，所述阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；所述金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部通过管道连接废水缓冲箱，顶部通过管道连接金属离子浓缩箱和产水箱；所述阳极隔室通过循环管道连接阳极循环箱，所述阴极隔室通过循环管道连接阴极循环箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别通过管道连接金属离子浓缩箱；所述产水箱与金属离子浓缩箱之间通过管道连接，所述产水箱与废水缓冲箱通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述废水缓冲箱的出水管道上设置有废水提升泵和电镀废水进水阀。
3.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述阳极循环箱的出水管道上设置有阳极循环泵。
4.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述阴极循环箱的出水管道上设置有阴极循环泵。
5.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述产水箱与金属离子浓缩箱的连接管道上分别设置有产水箱进水阀和金属离子浓缩进水阀。
6.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述产水箱与所述废水缓冲箱的连接管道上设置有浓缩再生进水阀和产水提升泵。
7.根据权利要求1所述的废水中金属离子回收装置，其特征在于，所述金属浓缩箱与所述重复单元的连接管道上设置有金属离子浓缩提升泵。
8.一种用权利要求1-7之一所述的废水中金属离子回收装置进行废水中金属离子回收的方法，其特征在于，该方法包括金属离子吸附过程和金属离子脱附富集过程，具体地：金属离子吸附过程：开废水进水阀，关浓缩再生进水阀，储存在废水缓冲箱中的废水经废水提升泵提升自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，废水与填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂接触，废水中的金属离子被树脂交换吸附，经脱除金属离子的废水经管道汇集后从金属离子富集组件顶部流出，当金属离子浓缩箱液位低于设定值时，开金属离子浓缩箱进水自动阀，关产水箱进水阀，废水进入金属离子浓缩箱，储存用于金属离子浓缩所需的水，当金属离子浓缩箱液位高于设定值时，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，脱除金属离子的废水进入产水箱，作为合格产水进入下一级处理装置；镍离子脱附富集过程：当填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂吸附金属离子饱和后，关废水进水阀，开浓缩再生进水阀，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，储存在金属离子浓缩箱水经金属离子浓缩箱提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子富集隔室，并回流至金属离子浓缩箱，产水经产水提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，并回流至产水箱；同时启动阴极循环泵提升储存在阴极循环箱中的阴极液、启动阳极循环泵提升储存在阳极循环箱的阳极液分别自金属离子富集组件底部进入阴极隔室和阳极隔室，出水分别回流至阴极循环箱、阳极循环箱，同时在金属离子富集组件阴阳极电极板之间施加直流电压，金属离子选择性树脂吸附的金属离子在电场作用下向阴极方向移动，由于阳离子膜具有选择透过性，金属离子则能够顺利通过阳离子膜，进入金属离子富集隔室，而由于阴离子膜的阻挡，进入金属离子富集隔室的金属离子无法进一步往前迁移，被阻挡在金属离子富集隔室内，形成富集，使浓水中金属离子浓度达到56g/L以上；金属离子迁移产生的树脂阳离子空位则由进入金属离子吸附隔室的产水中的钠离子、氢离子替代，实现树脂的金属离子脱附和再生；金属离子吸附隔室中的阴离子则在电场作用下透过阴离子膜进入金属离子富集隔室，实现阴阳离子的平衡，系统脱附完成后，转入金属离子吸附阶段运行。
9.根据权利要求8所述的废水中金属离子回收的方法，其特征在于，所述阴极循环箱中的阴极液采用质量百分浓度为3%的氯化钠溶液。
10.根据权利要求8所述的废水中金属离子回收的方法，其特征在于，所述阳极循环箱的阳极液采用质量百分浓度为3%的硫酸钠溶液。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种废水中金属离子回收装置及回收方法，针对特定重金属离子的特点，利用螯合树脂的特种功能基团与重金属离子形成络合物的特性，实现重金属离子的回收利用及深度去除，并且避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率，浓液中金属离子浓度可达56g/L以上。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种废水中金属离子回收装置，包括金属离子富集组件，所述金属离子富集组件的一侧设置有阴极电极板，另一侧设置有阳极电极板，所述阴极电极板和阳极电极板之间设置有若干组阳离子膜、金属离子吸附隔室、阴离子膜、金属离子富集室的重复单元；所述阴极电极板和阳离子膜之间隔成阴极隔室，所述阳极电极板和阴离子膜之间隔成阳极隔室；所述金属离子吸附隔室中填充有金属离子选择性树脂；每个重复单元中的金属离子吸附隔室底部通过管道连接废水缓冲箱，顶部通过管道连接金属离子浓缩箱和产水箱；所述阳极隔室通过循环管道连接阳极循环箱，所述阴极隔室通过循环管道连接阴极循环箱；每个重复单元中的金属离子富集室底部和顶部分别通过管道连接金属离子浓缩箱；所述产水箱与金属离子浓缩箱之间通过管道连接，所述产水箱与废水缓冲箱通过管道连接。
进一步地，所述废水缓冲箱的出水管道上设置有废水提升泵和电镀废水进水阀。
进一步地，所述阳极循环箱的出水管道上设置有阳极循环泵，所述阴极循环箱的出水管道上设置有阴极循环泵。
进一步地，所述产水箱与金属离子浓缩箱的连接管道上分别设置有产水箱进水阀和金属离子浓缩进水阀。
进一步地，所述产水箱与所述废水缓冲箱的连接管道上设置有浓缩再生进水阀和产水提升泵。
进一步地，所述金属浓缩箱与所述重复单元的连接管道上设置有金属离子浓缩提升泵。
用上述的废水中金属离子回收装置进行废水中金属离子回收的方法，该方法包括金属离子吸附过程和金属离子脱附富集过程，具体地：金属离子吸附过程：开废水进水阀，关浓缩再生进水阀，储存在废水缓冲箱中的废水经废水提升泵提升自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，废水与填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂接触，废水中的金属离子被树脂交换吸附，经脱除金属离子的废水经管道汇集后从金属离子富集组件顶部流出，当金属离子浓缩箱液位低于设定值时，开金属离子浓缩箱进水自动阀，关产水箱进水阀，废水进入金属离子浓缩箱，储存用于金属离子浓缩所需的水，当金属离子浓缩箱液位高于设定值时，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，脱除金属离子的废水进入产水箱，作为合格产水进入下一级处理装置；镍离子脱附富集过程：当填充在金属离子吸附隔室中的金属离子选择性树脂吸附金属离子饱和后，关废水进水阀，开浓缩再生进水阀，关金属离子浓缩箱进水自动阀，开产水箱进水阀，储存在金属离子浓缩箱水经金属离子浓缩箱提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子富集隔室，并回流至金属离子浓缩箱，产水经产水提升泵提升后自金属离子富集组件底部进入金属离子吸附隔室，并回流至产水箱；同时启动阴极循环泵提升储存在阴极循环箱中的阴极液、启动阳极循环泵提升储存在阳极循环箱的阳极液分别自金属离子富集组件底部进入阴极隔室和阳极隔室，出水分别回流至阴极循环箱、阳极循环箱，同时在金属离子富集组件阴阳极电极板之间施加直流电压，金属离子选择性树脂吸附的金属离子在电场作用下向阴极方向移动，由于阳离子膜具有选择透过性，金属离子则能够顺利通过阳离子膜，进入金属离子富集隔室，而由于阴离子膜的阻挡，进入金属离子富集隔室的金属离子无法进一步往前迁移，被阻挡在金属离子富集隔室内，形成富集，使浓水中金属离子浓度达到56g/L以上；金属离子迁移产生的树脂阳离子空位则由进入金属离子吸附隔室的产水中的钠离子、氢离子替代，实现树脂的金属离子脱附和再生；金属离子吸附隔室中的阴离子则在电场作用下透过阴离子膜进入金属离子富集隔室，实现阴阳离子的平衡。系统脱附完成后，转入金属离子吸附阶段运行。
进一步地，所述阴极循环箱中的阴极液采用质量百分浓度为3%的氯化钠溶液。
进一步地，所述阳极循环箱的阳极液采用质量百分浓度为3%的硫酸钠溶液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过将金属离子选择性吸附离子交换树脂与离子膜相结合，实现电镀废水镍离子或者铜离子或者PCB废水铜离子等废水中金离子的分离、浓缩，能够为从电镀废水中提取并回收大量镍、铜等金属资源创造有利条件，减少电镀废水排放对环境带来的重金属污染。
2.金属离子的富集回收，最大限度降低了废水处理过程的药剂消耗，同时最大限度降低了废水处理过程产生的重金属污泥量，降低了废水处理成本。
3.离子交换吸附技术和电驱动离子膜脱附技术相结合，提高了离子交换树脂脱附再生效率，避免了脱附过程的大量药剂消耗，同时也提高了金属离子浓缩倍率，浓液中金属离子浓度可达56g/L以上。
4.脱附过程中金属离子吸附隔室进水为系统产水，不引入额外水源，更加环保。
（发明人：赵军;祖坤勇;顾小红;韩毅;王立文;李祥坤;雍嘉雯;朱文婷）