专利名称：多级斜板式电滤床及其在净化重金属废水中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多级斜板式电滤床及其在净化重金属废水中的应用，属于水处理技术领域。
背景技术：
铁碳床处理法是金属铁处理废水技术的一种应用形式，对有毒有害、高浓度COD废水具有很好的效果。但是，铁碳法也有其缺点，主要是(I)铁屑在酸性介质中长期浸泡后易于板结成块，造成堵塞，形成沟流，使操作困难，处理效果降低；(2)铁在酸性条件下溶出的铁量较大，加碱中和后产生的泥渣量多。重金属废水主要是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。目前重金属废水处理的方法大致可分为三大类，①化学沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、化学还原法、电化学法和高分子法；②物理处理法，包括吸附法、萃取法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法等生物处理法，包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法。传统的方法处理重金属废成本高、反应慢、易造成二次污染、对于低浓度的重金属难处理等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种多级斜板式电滤床，该装置包括溢流堰1、电滤床主体
2、进水口 3、反冲洗管道4、出水口 5、布水装置6、重金属浓液收集槽7，溢流堰I设置在电滤床主体2顶端，重金属 浓液收集槽7设置在电滤床主体2底部，布水装置6设置在电滤床主体2和重金属浓液收集槽7之间，进水口 3通过管道和布水装置6连接，出水口 5设置在电滤床主体2上，反冲洗管道4的入口设置在出水口 5部位(即以出水口作为反冲洗管道的入水口，冲洗时，从出水口注入反冲洗液，另一端设置在电滤床主体(2)的上方用于冲洗电滤床主体(2)，整体位于系统上部，进水口、出水口和反冲洗管道由阀门控制。本发明中电滤床主体2为圆柱体或长方体形状。本发明中布水装置6为环状管网布水器。本发明中电滤床主体2中设置有斜板式填料床体8，斜板式填料床体8在电滤床主体的分布方式为交错式或顺序式分布，其中顺序式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为0 45°的平行方式分布在电滤床主体中，交错式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为I 30°的“Z”字型分布在电滤床中，每层斜板式填料床体均与电极相连。本发明中斜板式填料床体8与电极连接采用阴极/阴极、阴极/阳极、阳极/阳极三种形式中一种。本发明中斜板式填料床体是按如下方法制备的:
(I)铁屑的预处理:将铁屑用市售工业碱清洗后用水冲洗干净，烘干，过筛得到粒度为10 20目的铁屑备用，使用前用稀酸清洗表面的氧化物,然后用水冲洗干净,其中工业碱为质量百分比浓度为4% 8%的氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种，稀酸为质量百分比浓度为2% 6%的稀盐酸或稀硫酸；
(2)将粒度为4 18_的焦炭用水清洗，防止杂质的干扰，烘干后备用；
(3)将铁屑和焦炭按质量比7 12:2 5的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将市售
石
墨球与铁碳填料按体积比为0.1 1:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中密封，制得斜板
式填料床体；其中多孔薄板是带孔的塑料、金属或木质等材料的板材。电滤床内部填料斜板式填料床体分布分为交错式和顺序式两种，组成多级斜板式电滤床，每个斜板式填料床体中的填料能够更换，不易出现阴阳极分离现象。本发明另一目的是将多级斜板式电滤床应用在净化重金属废水中，具体按如下步骤进行:
(1)在多级斜板式电滤床中放置好斜板式填料床体后，对多级斜板式电滤床施加外电压，打开进水口阀门，使重金属废水通过布水装置流入电滤床主体，电滤床内pH为3 7,常温下废水在电滤床主体内停留处理10 30min，出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理；
(2)多级斜板式电滤床运行20 60天以后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，采用质量百分比浓度为1% 8%的酸溶液对电滤床主体进行反冲洗处理，此时，电滤床内所加电压方式为阳极/阳极，处理时间为40 70min，出水为浓缩重金属酸液，进入重金属浓液收集槽进行后续重金属浓缩富集处理。本发明中所述的电滤床外加电压为0.1 IOV的交流电。本发明中所述反冲洗酸溶液为硫酸、硝酸或盐酸，质量百分比为1% 8%。本发明的有点和技术效果如下:
本发明提出一种多级斜板式电滤床，本装置结合传统铁碳床工艺与电化学方法，电滤床中的Fe2+可以使各种重金属离子形成具有磁性的铁氧体晶体沉淀；该方法可除去废水中多种重金属离子，形成的颗粒较大且易于分离，电滤床工作一段时间后进行反冲洗处理，使得重金属离子得到浓缩从而进一步进行后续纯化处理。该多级斜板式电滤床，使得铁碳填料无现分层现象，且易于更换；使得重金属废水中的重金属元素在电滤床系统还原，在重金属浓液收集槽进行有效浓缩回收，重金属废水得以高速有效净化的同时，减少了铁以及亚铁离子的付出，延长了电滤床的使用周期，改善了传统铁碳床在酸性条件下易板结，泥渣多，使用周期短等缺点，提高重金属废水的可生化性指标，为后续深度处理提供了基础，且该装置做维护方便。
图1是本发明装置的结构示意图； 图2是本发明布水装置的结构示意 图3是本发明电滤床主体中斜板式填料床体顺序式分布示意 图4是本发明电滤床主体中斜板式填料床体交错式分布示意 图中:I是溢流堰；2是电滤床主体；3是进水口 ；4是反冲洗管道；5是出水口 ；6是布水装置；7是重金属浓液收集槽；8是斜板式填料床体。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例1:本多级斜板式电滤床包括溢流堰1、电滤床主体2、进水口 3、反冲洗管道
4、出水口 5、布水装置6、重金属浓液收集槽7，溢流堰I设置在电滤床主体2顶端，重金属浓液收集槽7设置在电滤床主体2底部，布水装置6设置在电滤床主体2和重金属浓液收集槽7之间，进水口 3通过管道和布水装置6连接，出水口 5设置在电滤床主体2上，反冲洗管道4的入口设置在出水口部位，另一端设置在电滤床主体2的上方用于冲洗电滤床主体2，整体位于系统上部，进水口、出水口和反冲洗管道由阀门控制；其中电滤床主体2为圆柱体，电滤床主体2中设置有斜板式填料床体，斜板式填料床体在电滤床主体2的分布方式为顺序式分布，其中顺序式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为30°的平行方式分布在电滤床主体2中，斜板式填料床体与电极连接采用阴极/阴极形式，即每层斜板式填料床体均与阴电极相连，(见图1-3)。本实施例中斜板式填料床体是按如下方法制备的:
(1)铁屑的预处理:将铁屑用质量百分比浓度为8%的氢氧化钠清洗后用水冲洗干净，70°C烘干，过筛得到粒度为10目的铁屑备用，使用前用质量百分比浓度为2%的稀硫酸清洗表面的氧化物，然后用水冲洗干净；
(2)将粒度为4 7mm间的焦炭用水清洗，70°C烘干后备用；
(3)将铁屑和焦炭按质量比7:2的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将市售石墨球与
铁
碳填料按体积比为0.1:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中密封，制得斜板式填料床体；其中多孔薄板是带孔的塑料板材。本实施例装置在净化重金属废水中的应用方法，具体内容如下:
(1)本实施例处理的重金属废水为铜系废水，铜含量为2g/L；
(2)在多级斜板式电滤床中顺序式放置好斜板式填料床体后，检查电滤床进出水口及其他装置完整，打开进水口阀门和出水口阀门，关闭反冲洗管道阀门，铜系重金属废水从废水池进入电滤床，电滤床内pH为3,温度为常温,废水停留时间为IOmin,出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理；
(3)多级斜板式电滤床系统运行20天后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，从出水口注入质量百分比浓度为8%的H2SO4溶液对电滤床主体进行反冲洗处理，斜板式填料床体外加电压方式为阳极/阳极，处理时间为40min，出水停留在重金属收集槽后采用常规方法进行后续重金属纯化处理；本装置处理后出水中铜含量为0.02g/L。实施例2:本实施例多级斜板式电滤床结构同实施例1,不同在于电滤床主体2为长方体，斜板式填料床体在电 滤床主体的分布方式为交错式分布，交错式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为10°的“Z”字型分布在电滤床中(见图4)，斜板式填料床体与电极连接采用阳极/阴极形式，即每层斜板式填料床体与阴电极和阳电极交替相连。本实施例中斜板式填料床体是按如下方法制备的:(1)铁屑的预处理:将铁屑用质量百分比浓度为6%的碳酸钠清洗后用水冲洗干净，70°C烘干，过筛得到粒度为16目的铁屑备用，使用前用质量百分比浓度为3%的稀盐酸清洗表面的氧化物，然后用水冲洗干净；
(2)将粒度为8 1lmm间的焦炭用水清洗，70°C烘干后备用；
(3)将铁屑和焦炭按质量比8:3的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将市售石墨球与
铁
碳填料按体积比为0.4:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中密封，制得斜板式填料床体；其中多孔薄板是带孔的木质板材。 本实施例装置在净化重金属废水中的应用方法，具体内容如下:
(1)本实施例处理的重金属废水为含镍的重金属废水，镍含量为174mg/L；
(2)在多级斜板式电滤床中交错式放置好斜板式填料床体后，检查电滤床进出水口及其他装置完整，打开进水口阀门和出水口阀门，关闭反冲洗管道阀门，重金属废水从废水池进入电滤床，电滤床内pH为4,温度为常温,废水在电滤床的停留时间为15min,出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理；
(3)多级斜板式电滤床系统运行30天以后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，从出水口注入质量百分比浓度为5%的盐酸溶液对其进行反冲洗处理，斜板式填料床体外加电压方式为阳极/阳极，处理时间为50min，出水停留在重金属收集槽后进行后续重金属纯化处理；本装置处理后出水中镍含量为0.25mg/L。实施例3:本实施例多级斜板式电滤床结构同实施例1，不同在于电滤床主体2为圆形，斜板式填料床体在电滤床主体的分布方式为顺序式分布，其中顺序式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为0°的平行方式分布在电滤床主体2中，斜板式填料床体与电极连接采用阳极/阳极形式，即每层斜板式填料床体均与阳电极相连。本实施例中斜板式填料床体是按如下方法制备的:
(1)铁屑的预处理:将铁屑用质量百分比浓度为5%碳酸氢钠清洗后用水冲洗干净，70°C烘干，过筛得到粒度为20目的铁屑备用，使用前用质量百分比浓度为6%稀盐酸清洗表面的氧化物，然后用水冲洗干净；
(2)将粒度为12 15mm间的焦炭用水清洗，70°C烘干后备用；
(3)将铁屑和焦炭按质量比10:4的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将市售石墨球与铁碳填料按体积比为0.7:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中密封，制得斜板式填料床体；其中多孔薄板是带孔的钢板材。本实施例装置在净化重金属废水中的应用方法，具体内容如下:
(1)本实施例处理的重金属废水为含砷的重金属废水，砷含量为89mg/L；
(2)在多级斜板式电滤床中顺序式放置好斜板式填料床体后，检查电滤床进出水口及其他装置完整，打开进水口阀门和出水口阀门，关闭反冲洗管道阀门，重金属废水从废水池进入电滤床，电滤床内pH为5,温度为常温,废水在电滤床的停留时间为20min,出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理；
(3)多级斜板式电滤床系统运行40天以后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，用质量百分比浓度为2%的硝酸溶液对其进行反冲洗处理，斜板式填料床体外加电压方式为阳极/阳极，处理时间为60min，出水停留在重金属收集槽后进行后续重金属纯化处理；本装置处理后出水中锌含量为0.31mg/L。实施例4:本实施例多级斜板式电滤床结构同实施例1，不同在于电滤床主体2为长方形，斜板式填料床体在电滤床主体的分布方式为交错式分布，交错式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为30°的“Z”字型分布在电滤床中，斜板式填料床体与电极连接采用阴极/阴极形式，即每层斜板式填料床体均与阴电极相连。本实施例中斜板式填料床体是按如下方法制备的:
(1)铁屑的预处理:将铁屑用质量百分比浓度为4%的氢氧化钠清洗后用水冲洗干净，70°C烘干，过筛得到粒度为12目的铁屑备用，使用前用质量百分比浓度为4%的盐酸清洗表面的氧化物，然后用水冲洗干净；
(2)将粒度为16-18mm间的焦炭用水清洗，70°C后备用；
(3)将铁屑和焦炭按质量比12:5的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将市售石墨球与铁碳填料按体积比为1:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中密封，制得斜板式填料床体；其中多孔薄板是带孔的不锈钢材料。本实施例装置在净化重金属废水中的应用方法，具体内容如下: (1)本实施例处理的重金属废水为含铬的重金属废水，铬含量为58mg/L；
(2)在多级斜板式电滤床中交错式放置好斜板式填料床体后，检查电滤床进出水口及其他装置完整，打开进水口阀门和出水口阀门，关闭反冲洗管道阀门，重金属废水从废水池进入电滤床，电滤床内pH为7,温度为常温,废水在电滤床的停留时间为30min,出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理；
(3)多级斜板式电滤床系统运行60天以后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，从出水口注入质量百分比浓度为1%的硫酸溶液对其进行反冲洗处理，斜板式填料床体外加电压方式为阳极/阳极，处理时间为70min，出水停留在重金属收集槽后进行后续重金属纯化处理；本装置处理后出水中铬含量为0.24mg/Lo实施例5:本实施例多级斜板式电滤床结构同实施例1,不同在于电滤床主体为圆形，斜板式填料床体在电滤床主体的分布方式为交错式分布，交错式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为1°的“Z”字型分布在电滤床中，斜板式填料床体与电极连接采用阳极/阳极形式，即每层斜板式填料床体均与阳电极相连。本实施例斜板式填料床体制备方法及装置在净化重金属废水中的应用方法同实施例1，不同在于处理含铬的重金属废水，铬含量为65mg/L,处理后出水中铬含量为
0.31mg/L。实施例6:本实施例多级斜板式电滤床结构同实施例2，不同在于电滤床主体为圆形，斜板式填料床体在电滤床主体的分布方式为顺序式分布，顺序式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为45°的平行方式分布在电滤床主体中，斜板式填料床体与电极连接采用阴极/阳极形式，即每层斜板式填料床体与阴电极和阳电极交替相连。本实施例斜板式填料床体制备方法及装置在净化重金属废水中的应用方法同实施例2,不同在于处理含砷的重金属废水，砷含量为91mg/L,处理后出水中铬含量为
0.36mg/L。
权利要求
1.一种多级斜板式电滤床，其特征在于:其包括溢流堰(I)、电滤床主体(2)、进水口(3)、反冲洗管道(4)、出水口(5)、布水装置(6)、重金属浓液收集槽(7)，溢流堰(I)设置在电滤床主体(2)顶端，重金属浓液收集槽(7)设置在电滤床主体(2)底部，布水装置(6)设置在电滤床主体(2 )和重金属浓液收集槽(7 )之间，进水口( 3 )通过管道和布水装置(6 )连接，出水口( 5 )设置在电滤床主体(2 )上，反冲洗管道(4 )入口设置在出水口( 5 )上，另一端设置在电滤床主体(2)的上方用于冲洗电滤床主体(2)，进水口、出水口和反冲洗管道由阀I]控制。
2.根据权利要求1所述多级斜板式电滤床,其特征在于:电滤床主体(2)为圆柱体或长方体。
3.根据权利要求1所述多级斜板式电滤床，其特征在于:布水装置(6)为环状管网布水器。
4.根据权利要求1所述多级斜板式电滤床,其特征在于:电滤床主体(2)中设置有斜板式填料床体(8)，斜板式填料床体(8)在电滤床主体的分布方式为交错式或顺序式分布，其中顺序式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为O 45°的平行方式分布在电滤床主体中，交错式分布的斜板式填料床体以倾斜角度为I 30°的“Z”字型分布在电滤床中，每层斜板式填料床体均与电极相连，斜板式填料床体(8)与电极连接采用阴极/阴极、阴极/阳极、阳极/阳极三种形式中一种。
5.根据权利要求4所述多级斜板式电滤床，其特征在于:其特征在于斜板式填料床体的制备按如下步骤进行: (1)铁屑的预处理:将铁屑用工业碱清洗后用水冲洗干净，烘干，过筛得到粒度为10 20目的铁屑备用，使用前用稀酸清洗表面的氧化物,然后用水冲洗干净；` (2)将粒度为4 18mm的焦炭用水清洗，烘干后备用； (3)将铁屑和焦炭按质量比7 12:2 5的比例混合均匀，制成铁碳填料，然后将石墨球 与铁碳填料按体积比为0.1 1:1的比例混合，混合物填充在多孔薄板中，制得斜板式填料床体。
6.根据权利要求5所述多级斜板式电滤床，其特征在于:多孔薄板是带孔的塑料、金属或木质的板材。
7.根据权利要求5所述多级斜板式电滤床，其特征在于:所使用的工业碱为质量百分比浓度为4% 8%的氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠其中的一种，稀酸为质量百分比浓度为2% 6%的稀盐酸或稀硫酸。
8.一种多级斜板式电滤床在净化重金属废水中的应用，其特征在于按如下步骤进行: (1)在多级斜板式电滤床中放置好斜板式填料床体后，对多级斜板式电滤床施加外电压，打开进水口阀门，使重金属废水通过布水装置流入电滤床主体，电滤床内pH为3 7,常温下废水在电滤床主体内停留处理10 30min，出水通过溢流堰从出水口流出并按需要进行后续深度处理； (2)多级斜板式电滤床运行20 60天以后，关闭进水口阀门和出水口阀门，打开反冲洗管道阀门，采用质量百分比浓度为1% 8%的酸溶液对电滤床主体进行反冲洗处理，此时，斜板式填料床体所加电压方式为阳极/阳极，处理时间为40 70min，出水为浓缩重金属酸液，进入重金属浓液收集槽进行后续重金属浓缩富集处理。
9.根据权利要求8所述多级斜板式电滤床在净化重金属废水中的应用，其特征在于:外加电压为0.1 IOV交流电。
10.根据权利要求8所述多级斜板式电滤床在净化重金属废水中的应用，其特征在于:反冲洗酸溶液为硫酸、硝 酸或盐酸。
全文摘要
本发明公开了一种多级斜板式电滤床及其在电化学辅助的条件下净化重金属废水中的应用，该装置包括溢流堰、电滤床主体、进水口、反冲洗管道、出水口、布水装置、重金属浓液收集槽，本装置使得电滤床中的填料不易出现阴阳极分离现象，且易于更换；重金属离子被还原为单质回收、重金属废水得以高速有效净化的同时，减少了铁以及亚铁离子的付出，延长了电滤床的使用周期，改善了电滤床在酸性条件下易板结、泥渣多等缺点，提高了废水的可生化性指标，操作维护方便。
文档编号C02F1/46GK103073093SQ20131002646
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者瞿广飞, 刘玉环, 宁平, 谢于柄, 尹琴 申请人:昆明理工大学