一種處理含鎳廢水的電化學處理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)廢水處理領域。
【背景技術】
[0002]工業(yè)上產生大量的含鎳廢水，其中鎳主要以鎳離子形式存在，主要分游離態(tài)鎳離子和絡合態(tài)鎳離子兩種，其中絡合態(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、氨或胺類物質形成的絡合物。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，產生大量淤泥沉淀，且要想從沉淀產物回收金屬鎳，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，不得不經常停工清理。電沉積法也難以處理絡合態(tài)鎳離子，因為絡合態(tài)鎳離子中配體的強絡合作用，鎳離子本身難以接受電子被還原，更何況有些絡合態(tài)鎳離子，例如Ni (CN)4_或者Ni (SCN)4_，已經變成了陰離子，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，本領域迫切需要一種能處理含有絡合態(tài)鎳離子的含鎳廢水的處理系統(tǒng)和處理方法。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的第一方面提供了一種處理含鎳廢水的電化學處理系統(tǒng)，其包括:
[0006]隔膜電解反應器4，其包括:陽極室和置于其內的陽極401，該陽極室具有含鎳廢水的進口和出口 ；陰極室和置于其內的陰極402，該陰極室具有陰極電解液的進口和出口 ；將陽極室和陰極室隔開的陽離子交換膜403 ;
[0007]直流電源404，其正極與所述陽極電連接，其負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]在本實用新型所述的電化學處理系統(tǒng)中，所述陽極是形穩(wěn)陽極，該形穩(wěn)陽極在電解條件下自身穩(wěn)定，沒有重量損失。例如，所述形穩(wěn)陽極可以是在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)陽極是鈦基氧化釕銥電極。
[0010]在本實用新型所述的電化學處理系統(tǒng)中，還包括電解進水箱2，該電解進水箱2的出水口與所述陽極室的進口連通，所述陽極室的出口分為兩路，一路與所述電解進水箱的回水口連通，另一路作為處理后的廢水的排放管路。
[0011]各管路上均可設有閥門。
[0012]本實用新型的第二方面提供了一種處理含鎳廢水的電化學方法。其中所述含鎳廢水含有游離態(tài)鎳離子和絡合態(tài)鎳離子，該方法使用本實用新型的第一方面所述的電化學處理系統(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器的陽極室，其中絡合態(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)回陽極室經過循環(huán)處理后作為處理后的廢水排放。對于工業(yè)應用來說，為了減少陽極室的體積，經常需要將陽極室出水再循環(huán)回陽極室，經歷一段時間待廢水中的鎳離子濃度下降到排放標準后，才予以排放。
[0014]在本實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。
[0015]在本實用新型的第二方面中，所述絡合態(tài)鎳離子包括配體為有機酸或有機酸根、CN' SCN'氨或胺類配體的絡合態(tài)鎳離子。
[0016]本實用新型的電化學處理系統(tǒng)工作過程如下:
[0017]含鎳廢水進入所述隔膜電解反應器的陽極室后，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，能夠將絡合態(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，形成單質態(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。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。
[0018]本實用新型中對陽離子交換膜的材質沒有特殊要求，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。
[0019]本實用新型的優(yōu)點如下:
[0020]1.形穩(wěn)陽極能夠對絡合態(tài)鎳離子進行解絡合作用，因此，能夠有效處理絡合態(tài)鎳離子，而無需加入額外地破絡合劑，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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]4.由于陰極室的鎳離子被電沉積成單質鎳而不斷減少，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動力下，還增大了陽極室的鎳離子向陰極室迀移的驅動力，從而省去傳統(tǒng)的電滲析或膜分離對含鎳廢水進行預濃縮的步驟。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的電化學處理系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖2是隔膜電解反應器的示意圖。
[0026]圖中附圖標記含義如下:
[0027]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】
[0028]以下結合實施例和附圖對本實用新型做進一步詳細說明，實施例僅限于說明本實用新型，而非對本實用新型的限定。
[0029]實施例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，用硫酸調節(jié)pH = 4放入陰極電解液循環(huán)水箱，關閉排水閥9，打開回流水閥8，隔膜電解反應器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，調節(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，陰極板上產生一層金屬鎳，經分析鎳純度為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。
[0031]對比例
[0032]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，說明還有相當多的絡合態(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。
【主權項】
1.一種處理含鎳廢水的電化學處理系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 隔膜電解反應器(4)，其包括:陽極室和置于其內的陽極(401)，該陽極室具有含鎳廢水的進口和出口 ；陰極室和置于其內的陰極(402)，該陰極室具有陰極電解液的進口和出口 ；將陽極室和陰極室隔開的陽離子交換膜(403); 直流電源(404)，其正極與所述陽極電連接，其負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)權利要求1所述的電化學處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極是形穩(wěn)陽極，該形穩(wěn)陽極在電解條件下自身穩(wěn)定，沒有重量損失。3.根據(jù)權利要求1所述的電化學處理系統(tǒng)，其特征在于，其還包括電解進水箱(2)，該電解進水箱(2)的出水口與所述陽極室的進口連通，所述陽極室的出口分為兩路，一路與所述電解進水箱的回水口連通，另一路作為處理后的廢水的排放管路。
【專利摘要】本實用新型公開了一種處理含鎳廢水的電化學處理系統(tǒng)，其包括：隔膜電解反應器(4)，包括：陽極室和置于其內的陽極(401)；陰極室和置于其內的陰極(402)；將陽極室和陰極室隔開的陽離子交換膜(403)；直流電源(404)，其正極與所述陽極電連接，其負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口連通，其回水口與所述陰極室的出口連通。本實用新型的電化學處理系統(tǒng)能處理絡合態(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, C25C7/00, C02F1/62, C02F1/461, C25C1/08
【公開號】CN204702546
【申請?zhí)枴緾N201520166361
【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10月14日
【申請日】2015年3月23日