专利名称：电化学还原与废水处理一体化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及漂染工业中的还原与水处理设备领域，更具体的说是一种集电化学与废水处理一体化的设备。
技术背景在漂染工业中，还原染料被广泛应用于服装和布料的染色上，例如，牛仔布的染色等，但因其本身不溶于水，需事先进行还原，再进行染色，最后经过氧化定色才能完成。传统工艺还原过程大多使用化学还原剂，例如连二亚硫酸钠等，化学还原剂不仅存在生产成本高，对废水处理的要求也高等问题。现有技术中也有采用电还原方法来取代传统的化学还原剂，一般采用阴极区对染料进行还原，但阳极区并无利用。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种节省能源、环保的电化学还原和废水处理一体化设备。
本实用新型提供了一种电化学还原与废水处理一体化设备，结构上包括还原区和废水处理区，两者由离子交换膜分隔，还原区和废水处理区均填充有过滤导电材料。且还原区内设有与电源负极连接的阴极，废水处理区内设有与电源正极连接的阳极。该设备的基本原理是把一电解池通过离子交换膜把阴极区与阳极区分隔，阴极区用来作为染料的还原，阳极区作为废水处理的化学耗氧量氧化反应，使其化学耗氧量(COD值)降低，达到剩余废水处理的目的。使用时，分别将该设备的阳极和阴极连接电源的正极和负极。还原染料进入还原区，流经过滤导电材料时被还原，然后进入染缸。漂染后的废水进入废水处理区，流经过滤导电材料进行氧化反应后再排出。该设备能合理有效地利用电能，减小电能损耗，使染厂排放废水的化学耗氧量达到一个十分低的水平。
为增大与还原染料和废水的接触面积，提高电化学还原和废水处理的效率，本实用新型可以将还原区和废水处理区中的过滤导电材料制作成网状、丝状、纤维状、球状或颗粒状。还原区和废水处理区中的过滤导电材料不一定采用相同的过滤结构，也不一定只局限于上述的结构，只要符合最大化接触面积或效率最优化的目的的结构均可应用于本实用新型中。还原区的过滤导电材料可以采用各种的金属材料，例如不锈钢网、金属丝等；或碳材料，例如石墨块，碳纤维等。废水处理区的过滤导电材料可采用碳材料、贵金属及其氧化物材料或其涂层材料等。
为了能够加快废水处理区的氧化反应速度，提高废水处理的效率，进一步保证污水排放标准。本实用新型在废水处理区内进一步填充有催化材料，为增加其与废水的接触面积，可以将催化材料成网状、丝状、纤维状、球状或颗粒状，或者是覆盖于过滤导电材料和过滤导电材料上的涂层，例如NiCO2O4-Ni金属网，氧化硅为基础的电极等。
为了保证使用的安全和化学反应不受外界干扰，本实用新型将还原区制作成封闭式结构，并设有还原进口和还原出口，同样也将废水处理区制作成封闭式结构，并设有废水进口和废水出口。并在还原进口和废水进口连接上推动泵，用于推动还原染料和废水的流动，提高处理的效率。
本实用新型相对于现有技术具有以下实质性特点和进步。
1.集电化学还原和废水处理于一体，合理利用电源；2.废水经过处理后能够达到排放标准；3.避免对化学还原剂的使用，更加环保，且降低了废水处理成本；4.适用于大型工厂使用，使得漂染和废水处理能够进一步规模化。
图1为实施例1的结构示意图；图2为实施例2的结构示意图；图3为本实用新型应用于工业中的系统模块图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。
实施例1如图1所示的一种电化学还原与废水处理一体化设备，离子交换膜3将封闭的电解池分隔成还原区1和废水处理区2，废水处理区2设有废水进口21和废水出口22，还原区1设有还原进口11和还原出口12。还原区1内的阴极5和废水处理区2内的阳极6分别连接电源8的负极和正极。还原区1填充有过滤导电材料41，废水处理区2填充有过滤导电材料42，过滤导电材料41和滤导电材料42均采用石墨粒，直径约3mm的碳材料。
图3是无废水排放的还原染料染色过程的示意图。布料先通过预处理之后进入染缸漂染，然后先通过一个水洗回收缸，把大部分的漂染剩余物收集并过滤，回流到还原区1中还原，再回到染缸中再次使用。剩余的小量物质通过废水处理区2进行再处理，而达到无污染排放。液体的循环流动可以通过推动泵13和推动泵23来推动。
在本实施例中染缸的基本组成是硫化黑染料100克/升，氢氧化钠20克/升，温度60℃，电解电流密度0.02～0.5安培/分米平方。棉布通过在染缸中漂染15秒～1分钟，并在空气中氧化30秒到1.5分钟，再通过压干机压干，通过漂染，氧化过程反复3～7次，最后通过水洗，烘干。被还原的染料浓度是通过一氧化还原电极测定，最后废水中的化学耗氧量含量可降低10到100倍。
实施例2如图2所示的另一种电化学还原与废水处理一体化设备，离子交换膜3将封闭的电解池分隔成还原区1和废水处理区2，废水处理区2设有废水进口21和废水出口22，还原区1设有还原进口11和还原出口12。还原区1内的阴极5和废水处理区2内的阳极6分别连接电源8的负极和正极。还原区1填充有过滤导电材料41，废水处理区2填充有过滤导电材料42。过滤导电材料41采用石墨粒，直径约3mm的碳材料；过滤导电材料42采用纤维状的炭材料，并在废水处理区2设有NiCO2O4-Ni金属网作为催化材料7。
图3是无废水排放的还原染料染色过程的示意图。布料先通过预处理之后进入染缸漂染，然后先通过一个水洗回收缸，把大部分的漂染剩余物收集并过滤，回流到还原区1中还原，再回到染缸中再次使用。剩余的小量物质通过废水处理区2进行再处理，而达到无污染排放。液体的循环流动可以通过推动泵13和23来推动。
在本实施例中染缸的基本组成是靛蓝染料2～5克/升，氢氧化钠2～10克/升，TEA 2～4毫升/升，亚硫酸铁0.2～2克/升，温度20℃～50℃，电解电流密度0.02～0.5安培/分米平方。棉布通过在染缸中漂染15秒～1分钟，并在空气中氧化30秒到1.5分钟，再通过压干机压干，通过漂染，氧化过程反复3～7次，最后通过水洗，烘干。被还原的染料浓度是通过氧化还原电极测定，最后废水中的化学耗氧量含量可降低10到100倍。
权利要求1.一种电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是包括还原区(1)和废水处理区(2)，两者由离子交换膜(3)分隔，还原区(1)填充有过滤导电材料(41)，废水处理区(2)填充有过滤导电材料(42)，还原区(1)内设有与电源负极连接的阴极(5)，废水处理区(2)内设有与电源正极连接的阳极(6)。
2.根据权利要求1所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是废水处理区(2)内还填充有催化材料(7)。
3.根据权利要求1或2所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是所述过滤导电材料(41)和过滤导电材料(42)呈网状、丝状、纤维状、球状或颗粒状。
4.根据权利要求2所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是所述催化材料(7)呈网状、丝状、纤维状、球状或颗粒状。
5.根据权利要求2所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是所述催化材料(7)为覆盖于过滤导电材料(42)上的涂层。
6.根据权利要求1所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是还原区(1)为封闭式结构，并设有还原进口(11)和还原出口(12)。
7.根据权利要求6所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是所述还原进口(11)连接推动泵(13)。
8.根据权利要求1所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是废水处理区(2)为封闭式结构，并设有废水进口(21)和废水出口(22)。
9.根据权利要求7所述的电化学还原与废水处理一体化设备，其特征是所述废水进口(21)连接推动泵(23)。
专利摘要本实用新型涉及漂染工业中的还原与水处理设备领域，目的在于克服现有技术中的不足，提供一种节省能源、环保的电化学还原和废水处理一体化设备。结构上包括还原区和废水处理区，两者由离子交换膜分隔，还原区填充有过滤导电材料，废水处理区填充有过滤导电材料，还原区内设有与电源负极连接的阴极，废水处理区内设有与电源正极连接的阳极。
文档编号C02F1/70GK2811268SQ20052011540
公开日2006年8月30日 申请日期2005年7月16日 优先权日2005年7月16日
发明者莫崧鹰, 林锦新, 扬利坚 申请人:香港生产力促进局