一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废弃物处理及资源化技术领域，尤其涉及一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置。
【背景技术】
[0002]资料表明，我国城市污水处理厂产生的污泥中Zn含量可达783.4-3096.3mg/kg (干重)，Cu可达131.2-394.5mg/kg (干重)，此外还含有其它一些重金属，如Cd、Cr、Hg、N1、Pb等，这些重金属的存在不仅严重影响污泥的后续安全处置，也造成了金属资源的极大浪费。以Zn为例，按2010年城镇污泥产量3000万吨(80%含水率)，Zn含量按1500mg/kg (干重)计，则其中的Zn含量就达9000吨，按上海期货交易所Zn近期报价15000元/吨计，经济价值达1.35亿元。根据中国污泥处理处置市场分析报告(2013版)分析，到2015年，全年城镇污水处理厂湿污泥(含水率80% )产生量将为3359万吨，即日产污泥9.2万吨。由此可以看出，如果不对该部分重金属加以处理或回收利用，不仅严重影响着污泥农用堆肥、焚烧、填埋等后续处置方法的应用，还会造成极大的资源浪费和经济损失。
[0003]目前，对污泥中重金属的处置还停留在“无害化”阶段，主要采用化学法、生物沥滤浸出及电化学法等实现污泥中重金属的去除。化学法主要通过添加药剂，改变污泥酸碱性对金属进行溶出，然后与重金属发生沉淀、络合等化学反应实现重金属的沉淀分离，但是成本高，工艺繁琐，所得沉淀分离困难，且较易产生二次污染。生物沥滤是在酸性条件下将污泥中的重金属转移到液相中，然后固液分离得到清洁的污泥，是目前效果较好的处理方式，但是耗时很长，一般需要8-10天，且工艺条件要求严格，重金属的存在也会对沥滤微生物产生毒害作用。电化学法最早用于土壤修复，通过外加电压使可溶性金属离子迀移富集，然后通过电沉积或离子交换等手段得到去除。由于电化学方法操作简单，运行稳定，不容易造成二次污染等诸多优势而备受关注，但传统的电化学处理装置要么将废弃物放置于阴阳级之间，在阴极室与阳极室内均加入电解液，无法充分利用电流效率；要么将废弃物放置于阳极，但电极与污泥接触不充分，导致电解效率低下。因此改进处理装置是电化学法去除并回收废弃物中重金属的关键。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有处理装置的不足，提出了一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，装置经济性好，操作简单，处理效率高，可实现重金属从污泥中分离并资源化回收。
[0005]一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、螺旋型电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜；
[0006]所述螺旋型电化学反应器整体分上下两层，由外圆柱筒、中螺旋筒、内螺旋筒、圆形下底板、螺旋型开口上底板和支架组成，且中螺旋筒、内螺旋筒和螺旋型开口上底板可拆卸组装；其中内螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型开口上底板位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构；圆柱筒和螺旋型筒底部均开放，中螺旋筒与内螺旋筒固定在螺旋型开口上底板上，外圆柱筒固定在圆形下底板上；内螺旋筒和圆形下底板所围区域构成阳极室，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间互通，上层内螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型开口上底板所构成区域为阴极室；所述的阴、阳极室均设置有螺旋型筒状电极，螺旋型筒状电极包括一个螺旋型筒状阳极电极和一个螺旋型筒状阴极电极，螺旋型筒状阳极电极和螺旋型筒状阴极电极与电源连接，离子交换膜设置在内螺旋筒和中螺旋筒外表面，内螺旋筒和中螺旋筒表面开有多个对称的弧形通孔；电化学反应器阴极室资源回收管位于阴极室端板上，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门并与加压栗相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。
[0007]所述电源为稳压直流电源。
[0008]所述的螺旋型筒状阴极电极为不锈钢电极。
[0009]所述的螺旋型筒状阳极电极为环形铱钽钛合金电极。
[0010]所述的离子交换膜直接通过玻璃胶粘贴在内螺旋筒和中螺旋筒外表面。
[0011]装置使用过程中，离子交换膜可直接通过玻璃胶粘贴在内螺旋筒和中螺旋筒外表面，中螺旋筒、内螺旋筒和螺旋型开口上底板可直接拆卸组装，中螺旋筒和内螺旋筒均由较小弧形筒体拼凑组成，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间互通，可通过电极位置的变化将螺旋型电化学反应器的阴、阳极室互换，且电极材质可根据具体处理物质进行改变。
[0012]本发明的的有益效果:螺旋型结构的设计使得阴、阳电极双面均得到有效利用，且相较于传统的反应器，相同容器体积内可设计多圈反应电极，大大增加了污泥与电极的有效接触面积，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间的互通保证了电解过程中污泥电解的均一性，有效利用了阴阳极电化学反应的作用，增加了污泥与电解液之间的膜交换面积，大大减少了离子迀移距离，重金属去除率高，电能利用率高，同时改善了重金属回收的问题，可以达到降低污染和资源回收的双重目的，兼具环境价值及经济效益。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的装置示意图；
[0014]图2为本发明的反应器主体三维示意图1 ;
[0015]图3为本发明的反应器主体三维示意图2 ;
[0016]图4为本发明的反应器主体二维示意图3 ;
[0017]图5为本发明的反应器主体二维示意图4。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括螺旋型电化学反应器、稳压直流电源1、阴极电极11、阳极电极13、机械搅拌器6和离子交换膜；
[0019]如图2、3、4、5所示，所述的电化学反应器，由外圆柱筒3、中螺旋筒2、内螺旋筒12、圆形下底板8、螺旋型开口上底板7和支架5组成；中螺旋筒、内螺旋筒和螺旋型开口上底板可拆卸组装。其中内螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型开口上底板位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构。圆柱筒和螺旋型筒底部均开放，中螺旋筒与内螺旋筒固定在螺旋型开口上底板上，外圆柱筒固定在圆形下底板上。内螺旋筒和圆形下底板所围区域构成阳极室，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间互通，上层内螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型开口上底板所构成区域为阴极室，阴、阳极室均设置有螺旋型筒状电极，螺旋型筒状电极包括一个螺旋型筒状阳极电极和一个螺旋型筒状阴极电极，螺旋型筒状阳极电极和螺旋型筒状阴极电极与电源连接，内螺旋筒和中螺旋筒表面开有多个对称的弧形通孔，离子交换膜通过玻璃胶粘贴在内螺旋筒和中螺旋筒外表面。电化学反应器阴极室资源回收管位于阴极室端板上，进料管与出料管4对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门9并与加压栗10相连接。
[0020]在实验过程中，将污泥放置于阳极室中，阴极室加入电解液，将螺旋型筒状阳极板及不锈钢阴极板按要求放置于阴、阳极室，并按图1所示连接电源及其他装置。通电进行电解即可。
【主权项】
1.一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，包括电源、螺旋型电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜； 所述螺旋型电化学反应器整体分上下两层，由外圆柱筒、中螺旋筒、内螺旋筒、圆形下底板、螺旋型开口上底板和支架组成，且中螺旋筒、内螺旋筒和螺旋型开口上底板可拆卸组装；其中内螺旋筒、中螺旋筒和螺旋型开口上底板位于上层，被外圆柱筒环绕包围，通过支架支撑立于圆形下底板上，形成双层结构；圆柱筒和螺旋型筒底部均开放，中螺旋筒与内螺旋筒固定在螺旋型开口上底板上，外圆柱筒固定在圆形下底板上；内螺旋筒和圆形下底板所围区域构成阳极室，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间互通，上层内螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型开口上底板所构成区域为阴极室；所述的阴、阳极室均设置有螺旋型筒状电极，螺旋型筒状电极包括一个螺旋型筒状阳极电极和一个螺旋型筒状阴极电极，螺旋型筒状阳极电极和螺旋型筒状阴极电极与电源连接，离子交换膜设置在内螺旋筒和中螺旋筒外表面，内螺旋筒和中螺旋筒表面开有多个对称的弧形通孔；电化学反应器阴极室资源回收管位于阴极室端板上，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧，分别设有阀门并与加压栗相连接，所述的资源回收管上也设置有阀门。2.根据权利要求1所述的一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于:所述电源为稳压直流电源。3.根据权利要求1所述的一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于:所述的螺旋型筒状阴极电极为不锈钢电极。4.根据权利要求1所述的一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于:螺旋型筒状阳极电极为环形铱钽钛合金电极。5.根据权利要求1所述的一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于:离子交换膜直接通过玻璃胶粘贴在内螺旋筒和中螺旋筒外表面。6.根据权利要求1所述的一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置，其特征在于:可通过电极位置的变化将螺旋型电化学反应器的阴、阳极室互换。
【专利摘要】本发明提出了一种双层螺旋型电化学去除并回收污泥中重金属装置。该装置包括螺旋型电化学反应器、阴极电极、阳极电极和离子交换膜；所述螺旋型电化学反应器由外圆柱筒、中螺旋筒、内螺旋筒、圆形下底板、螺旋型开口上底板和支架组成，内螺旋筒和圆形下底板所围区域构成阳极室，阳极室与外圆柱筒、中螺旋筒构成的区域之间互通，上层内螺旋筒、中螺旋筒及螺旋型开口上底板所构成区域为阴极室。离子交换膜通过玻璃胶粘贴在内螺旋筒和中螺旋筒外表面。电化学反应器阴极室资源回收管位于阴极室端板上，进料管与出料管对称位于外圆柱筒外侧，并与加压泵相连接。本发明具有经济性好，简单快捷，处理效率高，可将重金属从污泥中分离并资源化回收等优点。
【IPC分类】C25C7/00, C02F11/00
【公开号】CN105217906
【申请号】CN201510670153
【发明人】胡勤海, 裴冬冬, 唐剑昭, 张旭, 徐俊鹏
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月13日