专利名称：一种在线净化并回用电镀和化学镀废水的系统的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，涉及电化学和水处理技术，具体涉及一种在线净化 并回用电镀和化学镀废水的系统。
背景技术：
随着全球人口的急剧增长和工农业生产的迅猛发展，淡水资源日益短缺，同时因 工农业和生活废水排放而导致的水污染也日趋严重。水体污染后不仅降低了其使用功能， 进一步加剧了水资源短缺的矛盾，而且还严重威胁到人类的饮水安全和健康。因此，各种以 解决水资源短缺为目标的工艺和技术不断推出，其中废水回用是解决水资源短缺的一条有 效途径。因为人类自身及工农业用水中的绝大部分在使用后都以废水的方式排放到自然界 中，所以废水回用不仅开辟了新的水源，而且减少对环境的污染，可谓一举两得。鉴于废水种类的多样性和复杂性，本专利所涉及的废水特指电镀和化学镀行业在 生产过程中产生的废水。当前有许多技术能够应用于电镀和化学镀废水的处理，如絮凝沉 淀、活性碳吸附、膜分离技术、离子交换法、反渗透技术等。公开号为CN101157509的中国专 利介绍了一种电镀废水低排放的处理方法，它采用膜浓缩、膜分离、离子交换和紫外光催化 氧化等综合技术，首先对电镀废水预处理，然后对酸洗废水、含氰化物废水以及钝化和电镀 漂洗混合废水三类废水分别处理，可实现部分废水的回收，剩余不能回收的废水达到国标 一级排放标准进行排放。专利号为200410023427. X的中国专利公开了一种从废水中回收镍(Ni)的工艺方 法，通过采用活性炭做阴极，增强对电解时生成氢氧化镍的吸附性能，从而使回收的氢氧化 镍比较纯净，而且镍的回收率可达99%以上。以上这些技术方法基本上都是先将待处理废水排放到废水处理系统中，然后再加 以处理或处理后回收。近年来，电容去离子技术(Capacitive Deionization，CDI)因其具有低能耗、能量 利用率高和无二次污染等特点在海水淡化、废水处理等领域受到了越来越广泛的关注。与 传统的废水处理技术相比，CDI技术只需要外加电场，通过电极吸附(充电)/再生(放电) 过程即可完成对废水中离子的吸附和释放，且放电的同时就可以获得再生，重新使用。装置 吸附、再生的示意图如附图1所示。专利号为01129623. 2的中国专利介绍了一种多级电容去离子装置，以克服美国 专利5192432和日本专利JP94-325983两个专利中所涉及的单极装置存在的所占空间较 大、所用材料较多的缺陷。该专利中的去离子装置结构简单紧凑，液体流路既可以串联也可 以并联，从而提高离子去除率。公开号为CN 101518748A的中国专利介绍了一种去离子装置及其制造方法，它主 要通过均勻保持电极之间的间距来提高装置的效率，同时通过减少碳材料和集流体之间的 接触电阻来提高导电性。上述专利及近年来的美国专利6，761，809,6, 824，662,7, 083，733,7, 279，083 等， 都涉及到CDI装置。但这些专利对它们所涉及的CDI装置的结构都仅进行了定性的描述，而对CDI装置要充分发挥其功能所应具有的许多重要参数，如电极对面积、电极间距、所施加 电压范围、所使用的活性炭纤维的相关技术参数等，都无定量表征，显然，这样的装置设计， 是很难实际满足特定类型的废水处理的。而在电镀和化学镀领域，由于其所产生的废水中 含有大量的重金属离子，如铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、镍(Ni)、锡(Sn)、铜(Cu)、锌(Zn)、银 (Ag)、金(Au)等，以及各种难以自然降解的合成类有机化合物，电镀和化学镀废水的处理 难度要远远高于普通废水。如何将⑶I技术应用于电镀/化学镀废水的处理，使用的设备 如何才能适应电镀/化学镀废水的处理，这些都是现有技术中尚未解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以应用于电镀/化学镀废水 处理的系统，可以在线净化并回收电镀和化学镀废水。发明提供了一种在线净化并回收电镀或化学镀废水的系统，包括位于电镀/化学 镀生产线上的水洗装置，以及放置于水洗装置中的电容去离子装置。该装置对电镀和化学 镀废水在线净化并回用，同时亦能回收废水中的有用物质。电容去离子装置，在充电过程富 集离子；在放电过程释放废料。该电容去离子装置包括至少一个由离子电吸附电极、集电极和绝缘层构成的电极 对；电极对中绝缘层的外层覆盖有两个离子电吸附电极层，电吸附电极层的外层继而分别 覆盖有两个集电极层；所述的绝缘层的一侧为正极，另一侧为负极。离子电吸附电极层、集 电极层和绝缘层的大小及位置是相互对应而叠合的。其中的离子电吸附电极层是活性炭纤维，集电极层是膨胀石墨板，绝缘层是绝缘 多孔隔板。活性炭纤维的比表面积为800 2000平方米/克，厚度为1 3毫米；所述的 膨胀石墨板的厚度为0. 2 2毫米。绝缘层将电极对分隔为正极和负极两部分，正极和负极之间的间距为0. 1 10厘 米。优选的间距为0.5 3.0厘米。绝缘隔板的多孔结构使流体可以在正极和负极之间通 过。电容去离子装置可以是板式的，也可以是卷式的。板式电容去离子装置是多个电极对构成的电极组。每个电极对中离子吸附电极层 是面积为200 5000平方厘米。在每个电极对之间，可以通过支撑板隔开，支撑板也是绝 缘的。电极组的两端，可以安装压紧板，使得整个装置的结构更为紧凑。卷式电容去离子装置的电极对面积10000 50000平方厘米。作为电镀/化学镀生产线中水洗装置中的一部分，电容去离子装置的参数应当符 合实际应用的需要，同时为了达到资源的合理配置，本发明对其与水洗水的体积作了优化。 其中，水洗装置容积与电极组的离子吸附电极总面积比例为30 500升/平方米。除此，为了在节能的同时实现水洗水的充分净化，本发明系统中水洗装置及其中 的电容去离子装置是多级梯度化设置的；第一级水洗装置的容积与所述电极对/电极 组中离子吸附电极总面积的比例为30 200升/平方米；第二级水洗装置的容积与电极对 /电极组中离子吸附电极总面积的比例为100 500升/平方米。电容去离子装置的充电 电压为1 30伏。本发明中的电容去离子装置设置于电镀/化学镀生产线上的水洗水装置中，构成一个废水净化和回收系统，用电容去离子放电过程吸附净化废水后，通过解吸附作用释放 废料，同时实现电极的再生。本发明所采用的在线净化系统的各个工艺参数，是在多次的优化试验中得出的优 化组合。试验证明，在本发明所提供的技术参数下，电镀和化学镀所产生的废水可以在水洗 槽中得到有效地吸附，使其进入下一水洗槽时已在很大程度上得到净化；而下一水洗槽的 工艺参数也根据已经过上一级净化后的出水的特性进行设置，以达到在有效净化水洗水的 同时节省电源。与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果(1)本发明提供的在线净化并回收电镀或化学镀废水的系统，结合电镀/化学镀 废水特点及工艺流程的具体情况，设置了适于实际应用于该领域的废水处理和回收系统， 优化了各种应用参数，实现了真正的电镀/化学镀废水的在线处理，它能直接在水洗槽中 将废水中的污染物，如金属离子和大部分有机物(包括有机酸根、添加剂、表面活性剂等)， 在线(原位)去除/净化，这样不但可以使水洗水长期回用，显著降低整个生产线上所产 生的废水量，而且由于水洗水所产生的废水经过处理后基本不再含有污染物，即使在长期 回用后进行排放，也大大降低了现存废水处理系统的负担，从而可以使废水处理的费用明 显下降。(2)本发明所提供的在线净化并回收电镀或化学镀废水的系统，通过针对电镀/ 化学镀工艺对电容去离子装置进行特殊化设置，并将其合理地作为电镀/化学镀工艺中的 有机构成，大大简化了电镀/化学镀工艺中水洗水的步骤，同时保证了镀件的品质，并有效 节约了水资源。(3)本发明所提供的系统可以在同一装置中实现电镀/化学镀废水的净化处理和 废料的在线回收，操作方便，有效地利用了资源。
图1为电容去离子技术的吸附、再生示意图。图2为本发明的电容去离子装置示意图(板式)，其中1表示电极支撑板(上下压 紧板)；2表示石墨板(集电极)；3表示活性炭纤维材料(离子电吸附电极)；4表示绝缘 多孔隔板(流体通道)。
图3为本发明的电容去离子装置示意图(卷式)其中1表示电极支撑板(上下压紧 板)；2表示石墨板(集电极)；3表示活性炭纤维材料(离子电吸附电极)；4表示聚乙烯 薄膜。
具体实施例方式以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。为了验证本发明所提供的方法在净化水方面的效果，本发明还采用原子吸收光谱 法和重铬酸钾氧化法分别检测出水的金属离子浓度和化学需氧量COD。实施例1板式电容去离子装置选用活性炭纤维为离子电吸附电极材料，厚度为3毫米，比表面积1100平方米/ 克；用1毫米厚的膨胀石墨板作集电极。
裁取50厘米X50厘米的活性炭纤维10片，裁取50厘米X50厘米的石墨板10 片，每片电极层的面积为2500平方厘米，电极对间距为0. 5厘米。组装由5个电极对组成的CDI装置电极组，部件的组装顺序为下压紧板，中间依 次排列5组石墨板-活性炭纤维_绝缘多孔隔板_活性炭纤维_石墨板组合，每组之间用 支撑板分隔开来，最后装上上压紧板。实施例2卷式电容去离子装置选用活性炭纤维为离子电吸附电极材料，厚度为3毫米，比表面积1100平方米/ 克。用1毫米厚的膨胀石墨板作集电极。裁取裁取50厘米X 100厘米的活性炭纤维2片，裁取50厘米X 100厘米的石墨 板2片。将长条形的石墨板、活性炭纤维、绝缘多孔隔板、活性炭纤维、石墨板、聚乙烯塑料 薄膜依次叠放，其中的石墨板留出一端高于活性炭纤维作为导电耳。然后卷紧，形成直径适 当的圆柱体，装于圆筒容器密封，留出石墨板的导电耳，液体一端进，另一端出。实施例3用实施例1的板式⑶I装置，置于100升容量的水洗装置中，对镀镍水洗水进行并 联电吸附测试。镀镍水洗水中的金属离子含量为300ppm，COD值1100，进水流速4升/分钟。以 出水镍离子浓度达IOOppm记，在工作电压2、10、20伏下每平方米电极对上的电镀水处理量 结果列于表1。出水的金属离子浓度和化学需氧量COD分别采用原子吸收光谱法和重铬酸 钾氧化法进行检测。表1 不同工作电压下⑶I装置对净化水洗水的影响 从表1中的数据可以看出，在其它技术参数保持不变的情况下，工作电压越高， CDI装置对水洗水的净化效果越好。但是，从对相关工作人员的安全性和节省能耗的角度考 虑，本⑶I装置的工作电压的设计将不超过12伏特。实施例4除以下不同外，其余均同实施例3。调节电极对间距分别为0. 1、3和10厘米，置于100升容量的水洗装置中。设定工 作电压为10伏时每平方米电极对上的电镀水处理量结果列于表2。表2 ⑶I装置的电极对间距对净化水洗水的影响 从表2中的数据可以看出，在其它技术参数保持不变的情况下，CDI装置的电极对 间距越小，其对水洗水的净化效果越好。但是，当电极间距过小时，(比如表2中的电极间 距为0. 1厘米时)，由于流体流道太窄，流动阻力过大、实际操作时非常困难。因此，我们优 选的电极对间距为0. 5 3. 0厘米。实施例5用实施例2的卷式CDI装置对镀锡水洗水进行电吸附测试。CDI装置电极对中离子电吸附电极层、集电极层和绝缘层的大小和位置相互对应 而叠合，设置三个不同面积的电极对，单个电极层的面积分别为5000、10000和15000平方 厘米，电极对间距为0. 5厘米。置于100升容量的水洗装置中。镀锡水洗水的金属离子含量为790ppm，COD值1340，控制进水流速4升/分钟，以 出水锡离子浓度升达200ppm记，在工作电压为10下，每平方米电极对上的电镀水处理量结 果列于表4。出水的金属离子浓度和化学需氧量COD分别采用原子吸收光谱法和重铬酸钾 氧化法进行检测。表3 =CDI装置的电极对面积对净化水洗水的影响 从表3中的数据可以看出，在其它技术参数保持不变的情况下，CDI装置的电极对 面积越大，其对水洗水的净化效果越好。由于电镀和化学镀的水洗槽的空间有限，从而决定 了 CDI装置的尺寸不能过大，这也决定了必须控制CDI装置电极对的电极面积。
权利要求
一种在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，包括位于电镀/化学镀生产线上的水洗装置，其特征在于在水洗装置中设置净化装置，所述的净化装置是电容去离子装置，该电容去离子装置包括至少一个由离子电吸附电极、集电极和绝缘层构成的电极对；电极对中绝缘层的外层覆盖有两个离子电吸附电极层，离子电吸附电极层的外层继而覆盖有两个集电极层；所述的绝缘层的一侧为正极，另一侧为负极。
2.如权利要求1所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 的离子电吸附电极层是活性炭纤维，集电极层是膨胀石墨板。
3.如权利要求2所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 的活性炭纤维的比表面积为800 2000平方米/克，厚度为1 3毫米；所述的膨胀石墨 板的厚度为0.2 2毫米。
4.如权利要求1所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 的绝缘层是绝缘多孔隔板。
5.如权利要求1或4所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于 所述的正极和负极之间的间距为0. 1 10厘米。
6.如权利要求5所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 的正极和负极之间的间距为0. 5 3. 0厘米。
7.如权利要求3或6所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于 电容去离子装置中有一个电极对或多个电极对构成的电极组，每个电极对中离子吸附电极 层是面积为200 5000平方厘米的板式或10000 50000平方厘米的卷式。
8.如权利要求7所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 水洗装置容积与所述电极组的离子吸附电极总面积比例为30 500升/平方米。
9.如权利要求8所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于所述 的水洗装置及其中的电容去离子装置是多级梯度化设置的；第一级水洗装置的容积与所述 电极对/电极组中离子吸附电极总面积的比例为30 200升/平方米；第二级水洗装置的 容积与电极对/电极组中离子吸附电极总面积的比例为100 500升/平方米。
10.如权利要求1或9所述的在线净化并回用电镀或化学镀废水的系统，其特征在于 所述电容去离子装置的充电电压为1 30伏。
全文摘要
本发明属于水处理技术领域，涉及一种在线净化并回收电镀和化学镀废水的系统，包括位于电镀/化学镀生产线上的水洗装置，在水洗装置中设置净化装置，其净化装置是电容去离子装置，该电容去离子装置包括至少一个由离子电吸附电极、集电极和绝缘层构成的电极对；电极对中绝缘层的外层覆盖有两个离子电吸附电极层，离子电吸附电极层的外层继而覆盖有两个集电极层；所述的绝缘层的一侧为正极，另一侧为负极。发明通过结合电镀/化学镀废水特点及工艺流程的具体情况，设置了适于实际应用于该领域的废水处理和回收系统，优化了各种应用参数，显著降低废水量，同时保证了镀件的品质，并有效节约了水资源；除此还实现了废料的在线回收，有效地利用了资源。
文档编号C02F103/16GK101891286SQ20101014419
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者刘宏, 吴小明, 路勇 申请人:广州天至环保科技有限公司