一种组合式高浓度含铜废水处理装置的制作方法

本实用新型涉及废水处理技术领域，特别涉及一种组合式高浓度含铜废水处理装置。

背景技术：

含铜废水作为一种最为常见的工业废水，一般来源于冶金、表面处理及机械加工等领域。废水中的铜离子具有生物毒性，且不能在自然界中被有效降解。不经处理的高浓度含铜废水排放到自然界中，不仅造成金属资源浪费，而且会使水体和土壤受到污染，经生物富集后进入食物链，进而危害人类健康。目前，常见的含铜废水处理方法有沉淀法、电化学法、吸附法、膜过滤法及离子交换法等。但沉淀法需要消耗大量化学药剂，而且还会产生危险废物含铜污泥，不够经济环保，而一般离子交换法适用于处理低浓度的含铜废水。

电沉积技术是一种运用电化学原理，使溶液中的某些金属离子在阴极上被还原成单质的技术，可用于含铜废水中金属铜的回收。根据电化学还原机理，铜离子在阴极上被还原成铜单质，还原效率与废水中铜离子浓度密切相关，高浓度的含铜废水有助于提高电流效率和单质铜的质量，低浓度的含铜废水不仅使铜的回收率低而且不经济。因而，电沉积法适用于处理高浓度含铜废水，回收高质量金属铜。

电絮凝技术是指在直流电的作用下，铁、铝等金属作为阳极被氧化而溶蚀，产生铁、铝等金属离子，经过一系列水解，最终形成氢氧化物、各种羟基络合物以及多核羟基络合物等絮凝剂，吸附废水中的杂质以及金属离子而凝聚沉淀。电絮凝对废水中的铜离子处理效果好，无需投加化学药剂，环保经济，但因其能耗较高，对低浓度铜离子处理效率低而受到限制。

吸附技术依据吸附材料特殊的结构和性质，对废水中的杂质和金属离子进行物理和化学吸附处理，因而能够有效去除废水中的铜离子，但存在吸附饱和问题。膜过滤技术在金属离子废水处理中应用广泛，却存在膜污染问题。

综上所述，虽然电化学法、吸附法和膜过滤法对含铜废水具有较好的处理效果，但任意单一处理技术都拥有无法避免的缺陷且无法单独高效处理高浓度含铜废水而达到排放标准。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种组合式高浓度含铜废水处理装置，该装置集电沉积技术、电絮凝技术、吸附技术和膜过滤技术四者于一体，不仅处理效率高，而且缓解膜污染并实现废水中铜资源的回收利用。

本实用新型的具体采用以下技术方案：

一种组合式高浓度含铜废水处理装置，包括依次连接的电沉积池、电絮凝池、沉淀池、吸附池和膜池，所述电沉积池内设有若干电沉积阳极板和电沉积阴极板，所述电絮凝池内沿水流方向依次设有电絮凝阳极板、感应极板组和电絮凝阴极板，所述沉淀池内设有斜管和排泥管，所述吸附池内设有吸附材料，所述膜池内设有膜组件。

优选的，所述电沉积池、电絮凝池、沉淀池、吸附池和膜池设置于同一个废水反应处理池中，所述废水反应处理池内设置有4个用于分隔各处理池的隔板，其中，用于分隔所述电沉积池与电絮凝池的隔板的底部设有多个进水口，用于分隔所述电絮凝池和沉淀池的隔板上连接有进水管，用于分隔所述沉淀池与吸附池的隔板的顶端设有出水槽，用于分隔所述吸附池和膜池的隔板的底部安装有滤网。

优选的，所述装置还包括回流泵和回流管，所述回流管的进水端位于膜池内，所述回流管的出水端位于电絮凝池内。

优选的，所述电沉积池的进水口连接有进水泵，所述膜池的出水口连接有压力表和出水泵。

优选的，所述电沉积阳极板和电沉积阴极板在电沉积池内平行交错排列，所述电沉积阳极板的底端与电沉积池的底面之间留有空隙，所述电沉积阴极板的顶端低于电沉积池的水面；所述电沉积阳极板与直流电源的正极连接，所述电沉积阴极板与直流电源的负极连接。

优选的，所述电絮凝阳极板、感应极板组和电絮凝阴极板交错平行排列且通过多根绝缘螺杆和若干绝缘螺母固定成一个整体，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板分别与周期换向电源的正极和负极连接。

优选的，所述电絮凝池和膜池的底部均设有曝气管。

本实用新型的有益效果为：电沉积池中的铜离子在直流电的作用下被还原成单质铜而沉积在阴极板上，实现金属铜的资源化回收；经过电沉积后的含铜废水与电絮凝池内产生的絮凝剂结合而凝聚沉淀，使得铜离子浓度进一步降低；絮凝后的废水通过沉淀池高效沉淀后，沉淀出水流入吸附池，吸附废水中剩余的悬浮物和铜离子，减少膜污染；最后吸附出水流入膜池进行膜过滤，经膜过滤后的膜出水达到可排放标准。本装置采用具有协同作用的组合式工艺，可以有效发挥各工艺的优势，弥补各自劣势，实现成本低、处理效率高、资源再利用等目标。

附图说明

图1为本实用新型实施例中组合式高浓度含铜废水处理装置的俯视结构示意图；

图2为本实用新型实施例中组合式高浓度含铜废水处理装置的主视剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例中组合式高浓度含铜废水处理装置中沉淀池的侧视剖面结构示意图；

图4为本实用新型实施例中组合式高浓度含铜废水处理装置中膜池的侧视剖面结构示意图；

图中，1：电沉积池、1.1：电沉积阳极板、1.2电沉积阴极板、1.3：卡槽、2：电絮凝池、2.1：电絮凝阳极板、2.2：电絮凝阴极板、2.3：感应极板组、3：沉淀池、3.1：斜管、3.2：排泥管、3.2.1排泥阀门、4：吸附池、4.1：吸附材料、5：膜池、5.1：膜组件、5.1.1：膜元件、6：废水反应处理池、7：进水口、8：进水管、9：出水槽、10：滤网、11：回流泵、12：回流管、13：进水泵、14：压力表、15：出水泵、16：直流电源、17：周期换向电源、18：曝气管、19：绝缘螺杆、20：绝缘螺母。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1～4所示，一种组合式高浓度含铜废水处理装置，包括依次连接的电沉积池1、电絮凝池2、沉淀池3、吸附池4和膜池5，为了使整个装置更加紧凑并缩小占地面积，将上述各处理池设置于同一个废水反应处理池6中，废水反应处理池6内设置有4个用于分隔各处理池的隔板，其中，用于分隔电沉积池1与电絮凝池2的隔板的底部设有多个进水口7，用于分隔沉淀池3与吸附池4的隔板的顶端设有出水槽9，用于分隔吸附池4和膜池5的隔板的底部安装有滤网10，电絮凝池2和沉淀池3之间设有进水管8，进水管8的进水端穿过用于分隔电絮凝池2和沉淀池3的隔板伸入电絮凝池2的上部并低于电絮凝池2的水面，进水管8的出水端为弯管结构向下穿过斜管使进水管的管口低于斜管的底部。

该装置还包括回流泵11、回流管12、进水泵13、压力表14和出水泵15。回流管11与回流泵12连接，回流管11的进水端位于膜池5内且高度略低于膜池5内水面的高度，进水端的管口是封闭的，进水端的管壁表面上均匀的钻有小孔，回流管11的出水端位于电絮凝池2内；定期打开回流泵12，通过回流管11可将位于膜池5上层的含铜污染物吸出膜池并排入电絮凝池2中，含铜污染物在电絮凝池2内被絮凝沉降而去除，极大地降低了膜污染。进水泵13与电沉积池1的进水口连接，用于将高浓度含铜废水输送至电沉积池1内。压力表14和出水泵15位于膜池5内的出水管线上，出水泵15用于将废水从膜池中抽出，压力表14的设置可以保护出水泵15的正常运行。

电沉积池1内设有多个电沉积阳极板1.1和多个电沉积阴极板1.2，电沉积阳极板1.1和电沉积阴极板1.2的两端通过电沉积池1池壁上的卡槽1.3固定，而且电沉积阳极板1.1和电沉积阴极板1.2在电沉积池内呈平行交错排列分布；电沉积阳极板1.1的底端与电沉积池1的底面之间留有空隙，所述电沉积阴极板1.2的顶端低于电沉积池1的水面；优选的，电沉积阳极板1.1和电沉积阴极板1.2的固定方向与水流方向是互相垂直的。电沉积池1中极板的设置能够在电沉积池内形成上下流动的液体流通路径，既延长了废水流动的路径，增加了含铜废水与极板接触的时间，又提高了电流效率，提高沉积效果，而且废水克服重力上下流动，降低了废水的湍流程度，从而减小了水流对阴极板上沉积铜的冲刷。

多个电沉积阳极板1.1并联设置并与直流电源16的正极连接，多个电沉积阴极板1.2并联设置并与直流电源16的负极连接，使得电流密度更加均匀，便于铜离子稳定沉积，其中，电沉积阳极板1.1为dsa极板、石墨极板或二氧化锡极板中的一种，电沉积阴极板1.2为铁板、铝板、铜板或镍板中的一种。在电沉积池1内，废水中的铜离子在阴极板上被还原成纳米级单质铜而附着于阴极板上，不仅将废水中铜离子由高浓度降为低浓度，而且实现了金属铜的资源化回收利用；由于电沉积阳极板1.1和电沉积阴极板1.2采用卡槽1.3固定，保证了对极板的快速更换和对沉积铜的回收。

电絮凝池2与电沉积池1之间的进水口7位于池壁的底端，以达到增加废水流动程度，使废水混合均匀的目的。

电絮凝池2内沿水流方向依次设有电絮凝阳极板2.1、感应极板组2.3和电絮凝阴极板2.2，感应极板组2.3至少包含两块感应极板，其中，电絮凝阳极板2.1、电絮凝阴极板2.2和感应极板均为铝、铁、钛极板中的一种。电絮凝阳极板2.1、感应极板组2.3和电絮凝阴极板2.2交错平行排列且通过多根绝缘螺杆19和若干绝缘螺母20固定成一个整体，该整体放入絮凝池后，每块极板的顶端高于絮凝池液面且仅有一个侧边与絮凝池的池壁相接，故在电絮凝池内形成前后流动的液体流通通路，延长了废水流动的路径，增加了含铜废水与絮凝剂接触的时间，提高了流絮凝效果，而且较高的废水湍流程度，有利于减小浓差极化，缓解极板结垢。

电絮凝阳极板2.1和电絮凝阴极板2.2分别与周期换向电源17的正极和负极连接，周期换向电源17具有周期性换向功能，有利于消除极板极化，缓解极板结垢，提升絮凝效果和处理效率。电絮凝池2的工作原理为：电絮凝阳极板在直流电的作用下溶蚀出金属阳离子，进而水解形成氢氧化物、各种羟基络合物以及多核羟基络合物等絮凝剂，有效吸附废水中的铜离子而发生聚沉可以将废水中的铜离子浓度进一步降低。另外，还可以根据实际需要，改变感应极板组2.3中的极板数量和控制各极板的距离，进而灵活调整絮凝剂的产出，提高絮凝效果，增加铜离子去除效率。

进一步地，为了提高电絮凝阳极板2.1、感应极板组2.3和电絮凝阴极板2.2的稳固性，采用绝缘螺母20将多根绝缘螺杆19固定在絮凝阳极板2.1、感应极板组2.3和电絮凝阴极板2.2上。

电絮凝池2的底部设有用于提供氧气的曝气管18，进一步地，曝气管18位于各极板之间，向上流动的气泡有利于提高絮凝剂捕获铜离子的机会，而且还可以将氢氧化亚铁絮凝剂氧化为氢氧化铁絮凝剂，增强絮凝效果。

沉淀池3与电絮凝池2之间的进水管8的进水端管口位于电絮凝池2液面与沉淀池3液面之间，较低的液位差，有利于降低废水流动的速度，便于废水中的絮体沉降；进水管8的出水端管口位于斜管3.1的下方，而且管口处还设有反射板，废水经反射板反射后进入斜管中，反射板起着减小水流速度和改变水流方向的作用。

沉淀池3内的上部设有斜管3.1，根据浅池理论，废水可在斜管3.1中进行高效沉淀，提高沉淀效率；沉淀池3的底部为倒梯形结构，便于沉淀的收集；沉淀池3的池底设有带排泥阀门3.2.1的排泥管3.2，排泥时，将排泥阀门3.2.1打开，由于沉淀池3的液面与排泥管3.2间有较大的液位差，可通过静态压力将池底污泥自动排出。另外需要说明的是，图1中为了能够显示出沉淀池中具体情况，故没有将斜管在图中标识出来。

沉淀池3与吸附池4之间的池壁的顶端设有出水槽9，废水在重力作用下，自上而下从沉淀池3经出水槽9进入吸附池内，与吸附材料4.1充分接触，吸附效率高。吸附池4内的吸附材料4.1为活性炭颗粒、硅酸盐陶瓷和卵石滤料中的一种，吸附材料4.1的吸附效果较好，价格经济且易获取，能够有效吸附废水中剩余的悬浮物和铜离子，减少膜污染，当吸附材料达到吸附饱和时，可对吸附材料进行更换，吸附池出水为低浓度含铜废水。

吸附池4与膜池5之间的池壁的底部设有供水流动的滤网10，膜池5内设有膜组件5.1和曝气管18，其中，膜组件5.1为中空纤维膜或平板膜，膜组件5.1内的膜元件5.1.1为超滤膜或纳滤膜，曝气管18位于膜池5的底部。在膜池5中，废水经滤网10后自下而上流动，配合曝气管18的曝气，对膜面沉积的含铜污染物进行有效冲刷，抖落的含铜污染物被气液二相流裹挟而进入膜池5的上层，再经回流管进入电絮凝池内重新参与反应，该设置能有效缓解膜污染，延长膜的使用寿命。

最后，低浓度含铜废水经膜分离后再通过连接在膜组件5.1上的管道经出水泵15分离排出，排出水达到可排放标准。

实施例2

采用实施例1提供的装置对高浓度含铜废水进行处理，具体情况如下：

初始铜离子浓度为6580mg/l的含铜废水经进水泵13而通入电沉积池1中，废水在电沉积池1内的电沉积阳极板1.1和电沉积阴极板1.2之间上下折流流动，铜离子被还原而沉积在电沉积阴极板1.2上，含铜废水在电沉积池1内停留6h后，其出水铜离子浓度降为158mg/l，将电沉积池1内的电沉积阴极板1.2从卡槽1.3上取出，收集其表面的沉积铜，烘干称重后计算其金属铜的回收率为94.06％。

电沉积池1的出水进入电絮凝池2内，废水在电絮凝阳极板2.1、电絮凝阴极板2.2和感应极板组2.3间前后折流流动，与电絮凝池2内产生的絮凝剂充分接触而絮凝沉淀，水力停留时间为30min，出水铜离子浓度降至53.45mg/l

经电絮凝后的出水进入沉淀池3内，废水经斜管3.1高效沉淀后，废水中的铜离子浓度降至15.68mg/l。紧接着经沉淀后的出水进入吸附池4中，废水自上而下与吸附材料4.1充分接触，废水中的铜离子经吸附材料4.1有效吸附后，其出水铜离子浓度降至2.18mg/l。最后废水进入膜池5内，废水中的绝大部分铜离子被膜元件5.1.1有效阻隔在膜外，膜出水经出水泵15而排出装置之外，其膜池5出水浓度为0.41mg/l，达到了gb18918-2002《城镇污水处理厂排放标准》。表1为各工艺处理后废水中铜离子浓度的变化值。

表1

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。