申请日2017.11.01
公开(公告)日2018.03.09
IPC分类号C02F1/461; C02F1/463; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/20; C02F103/16
摘要
本发明公开了一种镀锌废水处理回收装置及方法，包括电化学反应池、直流电源系统、工作电极模块、空气系统、氢氧化铁沉淀物过滤系统，电化学反应池的上表面安装有若干组电极接线柱，电化学反应池的外壁上方设置进水端口，电化学反应池的外壁下方设置出水端口，电化学反应池的外壁下方还设置放空管端口，电化学反应池的底部设置有泥斗，泥斗的底部设置有排泥管;直流电源系统的正、负极接线柱通过电源导线分别与电极接线柱相连接;工作电极模块，包括电极支架、电极组，电极支架安装在电极接线柱上，电极组安装在电极支架的下方，并延伸入电化学反应池内。本发明用于高锌高氨氮废液的处理，经济价值高，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：包括电化学反应池(1)、直流电源系统(2)、工作电极模块(3)、空气系统(4)、氢氧化铁沉淀物过滤系统(5)，
所述电化学反应池(1)的上表面安装有若干组电极接线柱(101)，所述电化学反应池(1)的外壁上方设置进水端口(102)，所述电化学反应池(1)的外壁下方设置出水端口(103)，所述电化学反应池(1)的外壁下方还设置放空管端口(104)，所述电化学反应池(1)的底部设置有泥斗(105)，所述泥斗(105)的底部设置有排泥管(106);
所述直流电源系统(2)的正、负极接线柱通过电源导线分别与电极接线柱(101)相连接;
所述工作电极模块(3)，包括电极支架(301)、电极组(302)，所述电极支架(301)安装在电极接线柱(101)上，所述电极组(302)安装在电极支架(301)的 下方，并延伸入电化学反应池(1)内;
所述空气系统(4)，包括空压机(401)、空气干管(402)、微孔曝气器(403)，所述空气干管(402)水平安装在电化学反应池(1)池内的底部，所述微孔曝气器(403)为多个，等间隔分别在空气干管(402)上，且与空气干管(402)相联通，所述空气干管(402)延伸出电化学反应池(1)且与空压机(401)相连接;
所述氢氧化铁沉淀物过滤系统(5)，包括污泥泵(501)、污泥过滤器(502)，所述污泥泵(501)的一端与泥斗(105)相联通，所述污泥泵(501)的另一端通过污泥过滤器(502)与电化学反应池(1)相联通。
2.根据权利要求1所述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述进水端口(102)、出水端口(103)、放空管端口(104)、排泥管(106)、空气干管(402)与空压机(401)之间、污泥泵(501)与泥斗(105)之间、污泥过滤器(502)与电化学反应池(1)之间均安装有控制阀门。
3.根据权利要求1所述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述电极支架(301)采用耐腐蚀的绝缘体制成，所述电极组(302)内的一组面积相同的不锈钢板作为负极，所述电极组(302)内的NiO改性的钛电极为正极，所述电极组(302)的数量为多组，且每组电极的间距为5mm。
4.根据权利要求1所述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述空压机(401)上安装有空气流量计。
5.根据权利要求3所述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述电极接线柱(101)包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱和负极接线柱分别与对应的电极组(302)的正、负极相连接。
6.根据权利要求1所述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述泥斗(105)的形状为漏斗形状。
7.一种镀锌废水处理回收方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，将镀锌废水、空气从进水端口(102)、微孔曝气器(403)进入到电化学反应池(1)中，达到指定液位后，停止进镀锌废水、空气;
步骤(B)，启动直流电源系统(2)，进行电化学反应池(1)内的镀锌废水处理，并开始计时，直流电源系统(2)的工作电压在0.7-1.3V;
步骤(C)，计时30min，将镀锌废水中的亚铁离子转化为三价铁离子，继续计时30min后，关闭直流电源系统(2);
步骤(D)，开启空压机(401)，通过微孔曝气器(403)对电化学反应池(1)内的镀锌废水鼓气10min，将三价铁离子转化为氢氧化铁絮体并沉淀于电化学反应池(1)底部的泥斗(105)中;
步骤(E)，开启氢氧化铁沉淀物过滤系统(5)，将泥斗(105)内的氢氧化铁絮体过滤，并回收污泥泥饼，并将过滤的清液回到电化学反应池(1)中;
步骤(F)，再次启动直流电源系统(2)，将直流电源系统(2)的工作电压调节到2.7V，继续进行30min的电化学反应池(1)内的镀锌废水处理，直至镀锌废水中锌能够按照锌回收率的要求沉积在电极组(302)的负极上;
步骤(G)，按照锌回收率的要求回收电极组(302)负极上的锌后，若锌废水中的氨氮浓度未达标，再根据锌废水排水时氨氮浓度的要求，在2.7V的工作电压下继续处理的电化学反应池(1)内的镀锌废水，直至达到氨氮浓度达到排放要求，完成整个镀锌废水的处理过程。
8.根据权利要求7所述的一种镀锌废水处理回收方法，其特征在于：步骤(F)，镀锌废水中锌能够按照锌回收率的要求沉积在电极组(302)的负极上，当沉积锌后的负极与其对应的正极之间的距离小于1mm-1.5mm时，需要关闭直流电源系统(2)，对电极组(302)的负极进行锌回收，在继续工作。
9.根据权利要求8述的一种镀锌废水处理回收方法，其特征在于：所述对电极组(302)的负极进行锌回收，是送至热镀锌溶解炉或热镀锌槽或电镀锌槽将负极的锌热溶解退锌的。
说明书
一种镀锌废水处理回收装置及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种用于镀锌废水处理回收的装置及方法。
背景技术
镀锌包括电镀锌及热镀锌，是应用范围广、使用量大的钢铁材料耐腐蚀表面保护技术。如全世界每年金属锌的总产量约40%用于钢材热镀锌。我国每年钢铁制件(不含板材和丝材)热镀锌的产量大约在7000万吨左右。在镀锌之前需要对金属材料表面进行预处理，如热镀锌工艺常包括脱脂、酸洗、浸助镀液及热镀锌等工序。因此热镀锌过程会产生脱脂废水、酸洗废水及废助镀液等不同水质的高浓度废水。显然，镀锌又是高污染、高能耗的金属材料表面处理工艺。所以，减少镀锌废水排放并回收有用的资源一直是工程界研究的焦点。
在镀锌过程中，往往会产生一种特殊水质的废水，其中Zn2+含量3000mg/L，氨氮300-2000mg/L，亚铁离子在1000mg/L以上，氯离子含量高等特点。由于其中含有高浓度的氨氮及锌离子，是导致镀锌企业排放水质超标的2个常见指标，也是导致接管集中式污水处理厂出水氨氮超标的主要影响因素。因此缘故，迫使企业常常将此类镀锌废水作为危废进行处置，不仅处置费用高，且造成了锌资源的浪费;同时也会在后续处理中产生大量的含锌污泥。
为解决热镀锌行业的环境污染问题，发明专利(CN103482817A)公布了一种热镀锌废水零排放处理系统，该法主要针对碱性脱脂废水、酸洗废水的综合处理与回用，未涉及含高锌高氨氮废水/液的处理。发明专利(CN103951105A)公布了一种酸洗废水处理及污泥资源化利用的方法，也未涉及含高锌高氨氮废水/液的处理。发明专利(CN103755080A)公布了一种采用电解法处理热镀锌酸洗废液的方法。该方法将电解产生的氯气及氢氧化钠溶液分别回用于助镀槽液生产及废酸液的中和处理中，实现了镀锌废酸液的资源化并减少了热镀锌工艺的废水排放量。发明专利(94112437.1)公布了镀锌废水处理及沉淀物回收方法，该方法利用加入的多种化学试剂，并结合调节废水pH，实现对镀锌废水的处理和氧化锌的回收。发明专利(200810060227.X)公开了一种氯化锌废水锌盐的回收方法。该方法利用加入硫化钠，并控制pH在8-9范围，将Zn2+转化为ZnS沉淀加以回收。发明专利(200810117788.9)公开了一种冷轧电镀锌废水的处理方法。其是通过向废水中加入工业消石灰进行中和，并控制pH在8.5-9范围，过滤沉淀物后，实现了废水的达标排放。杨甫发表在材料保护(2014，47(增刊)：122-126)一文中报道了J.Carrillo-Abad等采用单室电解槽处理热镀锌酸洗废水时，当电解超过一定时间后，Zn会出现再溶解现象，使用阴离子交换膜(AEM)可使电解生成的Cl2不能到达正极，阻止Zn的再溶解。然而，由于Cl2的存在，Fe2+会和Zn2+共沉积在负极上，造成锌的纯度显著下降。为阻止铁的共沉积，将AEM换成阳离子交换膜(CEM)，酸洗废水在正极部分，这种NAFION-117膜(CEM)允许Zn2+优先通过到达负极，在正极Fe2+被氧化成Fe3+而不能通过。但因Fe3+等的存在，会对膜造成不可逆性污染，缩短了膜的使用寿命，增加了废水的综合处理成本。
综上所述，在现有技术中，针对镀锌过程产生的含高锌高氨氮废水的处理，均存在不同的缺点，如何克服，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有对镀锌过程产生的含高锌高氨氮废水处理所存在的问题。本发明的镀锌废水处理回收装置及方法，不锈钢板作为负极，电极组内的NiO改性的钛电极为正极，并通过控制不同时段的工作电压，实现了对镀锌废水中锌离子、亚铁离子的分别回收及对氨氮的净化，具有处理过程清洁、易控制、电能消耗低的特点，经济价值高，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：包括电化学反应池、直流电源系统、工作电极模块、空气系统、氢氧化铁沉淀物过滤系统，
所述电化学反应池的上表面安装有若干组电极接线柱，所述电化学反应池的外壁上方设置进水端口，所述电化学反应池的外壁下方设置出水端口，所述电化学反应池的外壁下方还设置放空管端口，所述电化学反应池的底部设置有泥斗，所述泥斗的底部设置有排泥管;
所述直流电源系统的正、负极接线柱通过电源导线分别与电极接线柱相连接;
所述工作电极模块，包括电极支架、电极组，所述电极支架安装在电极接线柱上，所述电极组安装在电极支架的下方，并延伸入电化学反应池内;
所述空气系统，包括空压机、空气干管、微孔曝气器，所述空气干管水平安装在电化学反应池池内的底部，所述微孔曝气器为多个，等间隔分别在空气干管上，且与空气干管相联通，所述空气干管延伸出电化学反应池且与空压机相连接;
所述氢氧化铁沉淀物过滤系统，包括污泥泵、污泥过滤器，所述污泥泵的一端与泥斗相联通，所述污泥泵的另一端通过污泥过滤器与电化学反应池相联通。
前述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述进水端口、出水端口、放空管端口、排泥管、空气干管与空压机之间、污泥泵与泥斗之间、污泥过滤器与电化学反应池之间均安装有控制阀门。
前述的一种镀锌废水处理回收装置，其特征在于：所述电极支架采用耐腐蚀的绝缘体制成，所述电极组内的一组面积相同的不锈钢板作为负极，所述电极组内的NiO改性的钛电极为正极，所述电极组的数量为多组，且每组电极的间距为5mm。
前述的一种镀锌废水处理回收装置，所述空压机上安装有空气流量计。
前述的一种镀锌废水处理回收装置，所述电极接线柱包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱和负极接线柱分别与对应的电极组的正、负极相连接。
前述的一种镀锌废水处理回收装置，所述泥斗的形状为漏斗形状。
一种镀锌废水处理回收方法，包括以下步骤，
步骤(A)，将镀锌废水、空气从进水端口、微孔曝气器进入到电化学反应池中，达到指定液位后，停止进镀锌废水、空气;
步骤(B)，启动直流电源系统，进行电化学反应池内的镀锌废水处理，并开始计时，直流电源系统的工作电压在0.7-1.3V;
步骤(C)，计时30min，将镀锌废水中的亚铁离子转化为三价铁离子，继续计时30min后，关闭直流电源系统;
步骤(D)，开启空压机，通过微孔曝气器对电化学反应池内的镀锌废水鼓气10min，将三价铁离子转化为氢氧化铁絮体并沉淀于电化学反应池底部的泥斗中;
步骤(E)，开启氢氧化铁沉淀物过滤系统，将泥斗内的氢氧化铁絮体过滤，并回收污泥泥饼，并将过滤的清液回到电化学反应池中;
步骤(F)，再次启动直流电源系统，将直流电源系统的工作电压调节到2.7V，继续进行30min的电化学反应池内的镀锌废水处理，直至镀锌废水中锌能够按照锌回收率的要求沉积在电极组的负极上;
步骤(G)，按照锌回收率的要求回收电极组负极上的锌后，若锌废水中的氨氮浓度未达标，再根据锌废水排水时氨氮浓度的要求，在2.7V的工作电压下继续处理的电化学反应池内的镀锌废水，直至达到氨氮浓度达到排放要求，完成整个镀锌废水的处理过程。
前述的一种镀锌废水处理回收方法，步骤(F)，镀锌废水中锌能够按照锌回收率的要求沉积在电极组的负极上，当沉积锌后的负极与其对应的正极之间的距离小于1mm-1.5mm时，需要关闭直流电源系统，对电极组的负极进行锌回收，在继续工作。
前述的一种镀锌废水处理回收方法，所述对电极组的负极进行锌回收，是送至热镀锌溶解炉或热镀锌槽或电镀锌槽将负极的锌热溶解退锌的。
本发明的有益效果是：本发明的镀锌废水处理回收装置及方法，包括电化学反应池、直流电源系统、工作电极模块、空气系统、氢氧化铁沉淀物过滤系统，采用不锈钢板作为负极，电极组内的NiO改性的钛电极为正极，并通过控制不同时段的工作电压，实现了对镀锌废水中锌离子、亚铁离子的分别回收及对氨氮的净化，具有处理过程清洁、易控制、电能消耗低的特点，适用于高锌高氨氮废液的处理，经济价值高，具有良好的应用前景。
