CN105271481A - 一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽。其特征是电解槽为长方体槽状结构，电解槽内的左端头、右端头分别设置有一个阳极，电解槽内的中间位置设置有一个阴极；电解槽内从左端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置有由阳离子交换膜1、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2、双极膜、阴离子交换膜2和阳离子交换膜3依次排列组成的左处理单元以及从右端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置右处理单元。左处理单元和右处理单元内隔膜的排列是对称的。本发明在去除盐分，生成相应的酸、碱的同时将酸碱回收利用，从而降低处理成本。左右两个处理单元共用一个阴极，形成一个电解槽，提高处理能力。

Description

一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽

技术领域

本发明涉及一种工业废水的处理技术领域，具体涉及一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽。

背景技术

随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，其中很大一部分是含盐工业废水。该类废水往往含有较高浓度的可溶性无机盐，如Cl^-，SO₄ ^2-，Na⁺，Ca²⁺等，其产生量正呈急剧增长的趋势，如不加处理直接排放，会对生态环境造成诸多危害。高盐工业废水主要有2个来源：1)海水直接用于工业生产和生活后排放的废水,如在工业上，海水已被用作锅炉冷却水。而在城市生活中，海水可以替代淡水作为冲厕水，此类废水的含盐量一般为2.5×10⁴~3.5×10⁴mg/L(质量浓度，下同)；2)某些工业行业生产过程中排放的废水，如皂素废水、石油开采废水以及印染、造纸、制药、化工、奶制品加工和农药行业排放的废水、含盐量一般在15%~25%左右。

含盐工业废水常具有较高盐度，对微生物有毒害和抑制作用，还会造成活性污泥易于上浮流失，使生化处理***难以正常运行，所以此类废水很难直接用生物法来处理。目前，工业上，含盐工业废水处理的主要方法有：1）利用高效耐盐菌进行处理;2)加水稀释排放;3)焚烧炉焚烧处理。高效耐盐菌环境适应性有一定限度，培养困难，操作条件复杂，一般企业难以做到，而且无法去除盐分。大部分企业采用加水稀释排放，这既浪费了大量水资源（将清水变成废水），增加废水的排放量，又不能从总量上控制排入环境中的盐量，显然是不符合环保的要求。采用焚烧炉进行焚烧处理，焚烧温度高达1100℃左右，焚烧炉尾气须进行处理，盐分容易集结在炉壁，需进行冲洗，冲洗下来的废水盐分极高，仍然不能直接排放，还需处理。整个处理过程复杂，投资大，能耗极大，对设备耐腐蚀性能要求高。因此，含盐工业废水的处理已成为国内环保行业急需解决的难题。

膜处理技术已在电镀、印染、食品、造纸、制革等污水的处理中得到广泛的应用。双极膜（BPM）是一种新型离子交换复合膜，通常由阴离子交换层、阳离子交换层复合而成。也可以在阴膜层、阳膜层之间加入第三层物质促进水的解离，形成阴离子交换层、阳离子交换层、中间反应层构成的三层结构。在直流电场的作用下，双极膜可以将水解离，在阳膜层、阴膜层两侧分别产生H⁺和OH^-。自20世纪80年代开发成功以来发展迅速,国外已有多个双极膜制备方面的专利。因双极膜具有操作简单、效率高、污染排放少等诸多优点，已在资源回收、污染控制与化学工程等诸多领域得到广泛应用。

本专利采用双极膜结合阴、阳离子交换膜技术处理含盐工业废水，在去除盐分的同时，将废水中的盐分转化为相应的酸、碱，加以回收利用，实现废水盐分的资源化利用。

发明内容

本发明的目的在于设计一种能够处理含盐工业废水的电解槽，该电解槽利用双极膜技术，在去除工业废水中盐分的同时，将盐分转化为相应的酸、碱予以回收，实现废水盐分的资源化利用。

为实现本专利的目的而采用的技术方案是：电解槽为长方体槽状结构，电解槽内的左端头、右端头分别设置有一个阳极，阳极所处的空间为阳极室；电解槽内的中间位置设置有一个阴极，阴极所处的空间为阴极室；直流稳压电源正极与两个阳极相连，负极与一个阴极相连；电解槽内从左端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置有由阳离子交换膜1、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2、双极膜、阴离子交换膜2和阳离子交换膜3依次排列组成的左处理单元以及从右端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置有由阳离子交换膜3、阴离子交换膜2、双极膜、阳离子交换膜2、阴离子交换膜1和阳离子交换膜1依次排列组成的右处理单元；左处理单元和右处理单元共用了电解槽内中间位置设置的阴极，自然阴极室也就成为左处理单元和右处理单元共有的阴极室。

所述的左处理单元，其中的阳离子交换膜1和阴离子交换膜1之间为酸室1、阴离子交换膜1和阳离子交换膜2之间为盐室1；阳离子交换膜2和双极膜之间为碱室1；双极膜和阴离子交换膜2之间为酸室2；阴离子交换膜2和阳离子交换膜3之间为盐室2。

所述的右处理单元，其中的阳离子交换膜3和阴离子交换膜2之间为盐室2;阴离子交换膜2和双极膜之间为酸室2;双极膜和阳离子交换膜2之间为碱室1；阳离子交换膜2和阴离子交换膜1之间为盐室1；阴离子交换膜1和阳离子交换膜1之间为酸室1。

阴极室也称为碱室2。

所述的双极膜，阴膜层朝向碱室，阳膜层朝向酸室。

所述的阳极和阴极为钛电极、钛合金电极或石墨电极，其构型为平板状、柱状或多孔状。

根据本发明所述的结构，可用于含盐废水的处理，去除的盐分转为酸和碱，并加以回收，经处理后的含盐废水，其盐浓度可达排放标准。

具体处理含盐废水，回收酸和碱过程如下：

1、将含盐废水泵入电解槽左右处理单元的盐室1和盐室2中。

2、左右处理单元的各个酸室和碱室中分别通入一定浓度的稀酸和稀碱，用以降低体系的溶液阻抗。通入的稀酸和稀碱为废水盐分相应的酸和碱，其浓度为0.1～1.5mol/L。同时左右两个阳极室须通入一定浓度的硫酸钠溶液，其浓度为0.1～3mol/L。

3、在直流电场的作用下，盐室中含盐废水的阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜进入酸室和碱室中，与其中的双极膜解离水产生的（或电极反应产生并迁移来的）氢离子和氢氧根离子结合，生成相应的酸、碱。从而去除含盐废水中的盐分，生成的酸、碱可加以回收利用，实现废水盐分资源化利用的目的。

本发明具有如下有益效果：

1、去除盐分，生成相应的酸、碱，并加以回收利用，达到废物资源化利用的目的，从而降低处理成本。

2、左右两个处理单元共用一个阴极，形成一个电解槽，提高处理能力。

附图说明

图1是本发明所述的一种双单元共阴极处理含盐废水回收酸碱的电解槽结构示意图。

图2是本发明所述的一种双单元共阴极处理含盐废水回收酸碱的电解槽的左处理单元内部各种膜排列方式示意图。

具体实施方式

为了对本发明更好的理解，现结合附图对本发明做进一步的说明。

图1中，1、5是阳极；2是左处理单元；3是阴极；4是右处理单元。阳极（1）和阳极（5）与电解槽的外加直流稳压电源的正极相连接；阴极（3）与电解槽的外加直流稳压电源的负极相连接；6是直流稳压电源。

图2中，1是阳极；6是直流稳压电源；7是阳离子交换膜1；8是阴离子交换膜1；9是阳离子交换膜2；10是双极膜；11是阴离子交换膜2；12是阳离子交换膜3；3是阴极。

阳极（1）所处的空间是阳极室Ⅰ；阳离子交换膜1（7）与阴离子交换膜1（8）之间是酸室Ⅱ；阴离子交换膜1（8）与阳离子交换膜2（9）之间是盐室Ⅲ；阳离子交换膜2（9）与双极膜（10）之间是碱室Ⅳ；双极膜（10）与阴离子交换膜2（11）之间是酸室Ⅴ；阴离子交换膜2（11）与阳离子交换膜3（12）之间是盐室Ⅵ；阴极（3）所处的空间是阴极室Ⅶ，阴极室Ⅶ也称碱室Ⅶ。

实施例1

本实施例使用的电解槽为长方体槽状结构，电解槽内的左端头、右端头分别设置有一个阳极（1）和阳极（5），阳极（1）和阳极（5）所处的空间为阳极室（Ⅰ）；电解槽内的中间位置设置有一个阴极（3），阴极所处的空间为阴极室（Ⅶ）；直流稳压电源（6）正极与阳极（1）和阳极（5）相连，负极与阴极（3）相连；电解槽内从左端头的阳极（1）开始到中间位置设置的阴极（3）之间设置有由阳离子交换膜1（7）、阴离子交换膜1（8）、阳离子交换膜2（9）、双极膜（10）、阴离子交换膜2（11）和阳离子交换膜3（12）依次排列组成的左处理单元（2）以及从右端头的阳极（5）开始到中间位置设置的阴极（3）之间设置有由阳离子交换膜3、阴离子交换膜2、双极膜、阳离子交换膜2、阴离子交换膜1和阳离子交换膜1依次排列组成的右处理单元（4）；左处理单元（2）和右处理单元（4）之间共用了电解槽内中间位置设置的阴极(3)，自然，阴极室（Ⅶ）也就成为左处理单元（2）和右处理单元（4）共有的阴极室。

电解槽的左右端头设置的阳极（1）和阳极（5）为柱状钛电极；电解槽内的中间位置设置的阴极（3）为柱状钛电极。

电解槽中阳离子交换膜1（7）、阳离子交换膜2（9）、阳离子交换膜3（12）均采用nafion阳离子交换膜；阴离子交换膜1（8）、阴离子交换膜2（11）均采用壳聚糖阴离子交换膜；双极膜（10）采用BP-1型双极膜。

阳极（1）和阳极（5）通过导线与直流稳压电源（13）的正极相连形成电流通路；阴极（3）通过导线与直流稳压电源（6）的负极相连形成电流通路。

本实施例，所述直流稳压电源(6)采用的电压为16.5V。

上述结构如图1、图2所示。

将高盐工业废水（含硫酸钠：100g/L，COD：10000mg/L）引入电解槽左右处理单元的盐室Ⅲ和盐室Ⅵ。左右处理单元的两个阳极室加入硫酸钠溶液，浓度为2mol/L。左右处理单元的酸室Ⅱ和酸室Ⅴ均加入0.8mol/L硫酸溶液，碱室Ⅳ和碱室Ⅶ（即阴室Ⅶ）均加入0.8mol/L氢氧化钠溶液。接通直流稳压电源(9)，处理5小时后，废水中硫酸钠浓度降为0.75g/L。

本实施例使用的高盐工业废水为模拟工业废水。

实施例2

本实施例使用的电解槽为长方体槽状结构，与实施例1相同。

电解槽的左右端头设置的阳极（1）和阳极（5）为柱状钛电极；电解槽内的中间位置设置的阴极（3）为网状钛电极。

电解槽中阳离子交换膜1（7）、阳离子交换膜2（9）、阳离子交换膜3（12）均采用nafion阳离子交换膜；阴离子交换膜1（8）、阴离子交换膜2（11）均采用壳聚糖阴离子交换膜；双极膜（10）采用BP-1型双极膜。

阳极（1）和阳极（5）通过导线与直流稳压电源（6）的正极相连形成电流通路；阴极（3）通过导线与直流稳压电源（6）的负极相连形成电流通路。

本实施例，所述直流稳压电源(6)采用的电压为14V。

上述结构如图1、图2所示。

将高盐工业废水（含硫酸钠：100g/L，COD：10000mg/L）引入电解槽左右处理单元的盐室Ⅲ和盐室Ⅵ。左右处理单元的两个阳极室加入硫酸钠溶液，浓度为2mol/L。左右处理单元的酸室Ⅱ和酸室Ⅴ均加入1mol/L硫酸溶液，碱室Ⅳ和碱室Ⅶ（即阴室Ⅶ）均加入1mol/L氢氧化钠溶液。接通直流稳压电源(9)，处理5.5小时后，废水中硫酸钠浓度降为0.68g/L。

本实施例使用的高盐工业废水为模拟工业废水。

实施例3

本实施例使用的电解槽为长方体槽状结构，与实施例1相同。

电解槽的左右端头设置的阳极（1）和阳极（5）为柱状钛电极；电解槽内的中间位置设置的阴极（3）为柱状石墨电极。

电解槽中阳离子交换膜1（7）、阳离子交换膜2（9）、阳离子交换膜3（12）均采用nafion阳离子交换膜；阴离子交换膜1（8）、阴离子交换膜2（11）均采用壳聚糖阴离子交换膜；双极膜（10）采用BP-1型双极膜。

阳极（1）和阳极（5）通过导线与直流稳压电源（6）的正极相连形成电流通路；阴极（3）通过导线与直流稳压电源（6）的负极相连形成电流通路。

本实施例，所述直流稳压电源(6)采用的电压为17.5V。

上述结构如图1、图2所示。

将高盐工业废水（含硫酸钠：100g/L，COD：10000mg/L）引入电解槽左右处理单元的盐室Ⅲ和盐室Ⅵ。左右处理单元的两个阳极室加入硫酸钠溶液，浓度为2mol/L。左右处理单元的酸室Ⅱ和酸室Ⅴ均加入0.5mol/L硫酸溶液，碱室Ⅳ和碱室Ⅶ（即阴室Ⅶ）均加入0.5mol/L氢氧化钠溶液。接通直流稳压电源(6)，处理5小时后，废水中硫酸钠浓度降为0.82g/L。

本实施例使用的高盐工业废水为模拟工业废水。

Claims (5)

1.一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽，其特征是电解槽为长方体槽状结构，电解槽内的左端头、右端头分别设置有一个阳极，阳极所处的空间为阳极室；电解槽内的中间位置设置有一个阴极，阴极所处的空间为阴极室；直流稳压电源正极与两个阳极相连，负极与一个阴极相连；电解槽内从左端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置有由阳离子交换膜1、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2、双极膜、阴离子交换膜2和阳离子交换膜3依次排列组成的左处理单元以及从右端头的阳极开始到中间位置设置的阴极之间设置有由阳离子交换膜3、阴离子交换膜2、双极膜、阳离子交换膜2、阴离子交换膜1和阳离子交换膜1依次排列组成的右处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽，其特征是所述的左处理单元，其中的阳离子交换膜1和阴离子交换膜1之间为酸室1、阴离子交换膜1和阳离子交换膜2之间为盐室1；阳离子交换膜2和双极膜之间为碱室1；双极膜和阴离子交换膜2之间为酸室2；阴离子交换膜2和阳离子交换膜3之间为盐室2。

3.根据权利要求1所述的一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽，其特征是所述的右处理单元，其中的阳离子交换膜3和阴离子交换膜2之间为盐室2;阴离子交换膜2和双极膜之间为酸室2;双极膜和阳离子交换膜2之间为碱室1；阳离子交换膜2和阴离子交换膜1之间为盐室1；阴离子交换膜1和阳离子交换膜1之间为酸室1。

4.根据权利要求1所述的一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽，其特征是所述的双极膜，阴膜层朝向碱室，阳膜层朝向酸室。

5.根据权利要求1所述的一种双单元共阴极处理含盐废水同时回收酸碱的电解槽，其特征是所述的阳极和阴极为钛电极、钛合金电极或石墨电极，其构型为平板状、柱状或多孔状。