一种去除污染液中有害离子的处理装置及其处理方法与流程

本技术涉及污染液中有害离子处理，更具体地说，它涉及一种去除污染液中有害离子的处理装置及其处理方法。

背景技术：

1、伴随着工业经济和技术的快速发展，水污染情况越来越严重，不仅给生态环境造成极大的破坏，同时也威胁到人们的生命安全，制约整个社会经济的发展，所以水污染问题已经成为当前全人类需要面对的问题。

2、水污染通常是指有害污染物进入水体后所形成的污染液，污染液的种类非常复杂，包括城市生活污水、工农业生产废水、自然环境废水等。污染液中的有害污染物可以分为离子型和非离子型，非离子型有害污染物可以通过物理自净、生物自净使其在水体中降低浓度以至消除。离子型有害污染物包括重金属离子、氮系离子、磷系离子、氰系离子、卤系离子等，由于离子型有害污染物具有较小的离子半径，非常容易迁移，因此离子型有害污染物的去除难度较大。

3、目前，技术人员采用的处理方式有吸附法、络合法、富集法、滤除法等，吸附法是采用壳聚糖、海泡石等材料进行吸附，这种处理方式的效率较慢，不适用大批量污染液的处理。络合法是在污染液中加入有机或无机络合剂，能够与有害离子形成络合体，这种处理方式的成本较高。富集法是通过植物对有害离子进行吸收富集，处理周期较长，见效慢。滤除法是通过纳滤膜、离子交换膜分离有害离子，这种处理方式具有较高的处理成本，而且能够处理的有害离子种类也较少。

4、对于上述的处理方式，都具有一定的局限性，不能高效、低成本的去除污染液中的有害离子。

技术实现思路

1、为了高效、低成本的去除污染液中的有害离子，本技术提供一种去除污染液中有害离子的处理装置及其处理方法。

2、第一方面，本技术提供一种去除污染液中有害离子的处理装置，采用如下的技术方案：

3、一种去除污染液中有害离子的处理装置，含有至少一个设置在阳极和阴极间的单元池，所述单元池包括阻隔室，所述阻隔室将单元池分割为接收室和料液室，所述料液室与阳极或阴极电连接，所述接收室与阳极或阴极电连接，所述阳极和阴极采用多孔电极材料制成；

4、所述接收室内设有接收液，所述料液室内设有污染液，所述阻隔室内填充有阻隔材料和缓冲溶液。

5、通过采用上述技术方案，根据污染液的量设计单元池的大小，向阻隔室内填充阻隔材料和缓冲溶液，然后向料液室内加入待处理的污染液，向接收室内加入接收液。若有害离子为阳离子，则将阳极放入料液室，阴极放入接收液室，反之则将阴极放入料液室，阳极放入接收液室。使阳极和阴极分别电接直流电源，施加低压直流电后，使得接收室和料液室之间形成电流，在电场力的驱动作用下，料液室内的有害离子朝向接收室内迁移，然后有害离子进入阻隔室内被阻隔材料截留，并且随着时间的推移，阻隔室内富集了大部分的有害离子，剩余一小部分有害离子则迁移至接收室内，最后完成有害离子的去除，具有较高的效率和较低的处理成本。

6、第二方面，本技术提供一种去除污染液中有害离子的处理方法，采用如下的技术方案：

7、一种去除污染液中有害离子的处理方法，对该污染液进行电渗析吸附处理；

8、所述电渗析吸附处理是在含有至少一个设置在阳极和阴极间的单元池中进行的，所述单元池包括阻隔室，所述阻隔室将单元池分割为接收室和料液室，所述料液室与阳极或阴极电连接，所述接收室与阳极或阴极电连接，所述阳极和阴极采用多孔电极材料制成；

9、所述接收室内设有接收液；

10、所述料液室内设有待处理废液；

11、所述阻隔室内填充有阻隔材料和缓冲溶液，所述阻隔材料为生物质材料、无机颗粒材料、合成高分子材料中的一种或多种。

12、通过采用上述技术方案，在对污染液进行电渗析处理时，有害离子先从料液室进入阻隔室内，阻隔材料与缓冲溶液构成类膜状阻隔吸附层，一方面阻隔吸附层能够起到物质迁移屏蔽的作用，抑制处理过程中阻隔室两侧的浓度差所产生的自由扩散效应，从而减少接收室与料液室之间的物质交换，保证电渗析吸附处理过程的正常运行。

13、另一方面，阻隔吸附层内的阻隔材料可以对有害离子起到很好的吸附、富集作用，在处理较大量低浓度的污染液时，这种富集作用非常重要，能够在较长的时间周期内以低电流的条件稳定运行，不断的吸收有害离子，尽可能的减少进入接收室内的有害离子量。而且当阻隔材料达到饱和时，可以直接更换阻隔材料，并对吸附后的阻隔材料可以进行下一步的无害化处理，相较于传统的阴阳离子选择透过膜，生物质材料、无机颗粒材料以及合成高分子材料来源广泛，价格低廉，本技术的处理方法具有较低的处理成本和较好的处理效果。

14、并且，本技术的阳极和阴极采用多孔电极材料制成，具有较高的比表面积，这种超级电容式的电极材料可以使阳极和阴极表面形成双电层结构，对电极起到非常好的保护作用，在较长时间内维持稳定的电流强度，对不同浓度的污染液均具有非常好的治理效果。

15、优选的，所述生物质材料为甘蔗渣、玉米渣、椰壳、稻糠、麦麸、锯末、明胶、壳聚糖中的一种或多种。本技术列举的生物质材料均能实现相应的技术效果，根据材料的获取容易度和成本大小，进一步优选的，生物质材料为椰壳、麦麸、锯末中的一种。

16、通过采用上述技术方案，生物质材料在自然界中广泛存在，种类繁多且获取方便，成本非常低。并且生物质材料含有大量的羟基、羧基、氨基等活性基团，具有较高的吸附螯合能力，可以减少阻隔吸附层内富集的有害离子向接收室的迁移量，确保更多的有害离子被阻隔吸附层高效地截留，同时也为接收室内的阳极或阴极提供稳定的电化学工作环境。

17、优选的，所述无机颗粒材料为砂质土壤、黏质土壤、壤土、云母粉、滑石粉、蒙脱石粉、高岭石粉、硅灰石粉、硼硅酸盐矿物颗粒、碳酸盐矿物颗粒、硫酸盐矿物颗粒中的一种或多种。

18、本技术列举的无机颗粒材料均能实现相应的技术效果，根据材料的来源广泛度和成本大小，进一步优选的，所述无机颗粒材料为壤土。

19、通过采用上述技术方案，选择无机颗粒材料作为隔离材料时，无机颗粒的细度更小，堆积密度大，能够形成更加致密的吸附隔离层，进一步减少有害离子向接收室内的迁移量。另外无机颗粒与缓冲溶液之间形成的类胶体可以对一些有害离子起到非常好的吸附作用，有害离子结合在无机矿物的晶面或晶格中，不易发生迁移。并且在电场力的作用下，无机颗粒类胶体的电动势发生改变，有利于有害离子形成难溶化合物而被固定富集在隔离吸附层内，进一步提升了处理效果。

20、进一步的，本技术中各类生物质材料、无机颗粒材料和合成高分子材料以及相互之间的组合均可以实现相应的技术效果。相较于生物质材料和无机颗粒材料，合成高分子材料如分子筛、树脂微球、橡胶微球、合成纤维微粉等具有更高的处理成本，本技术中优选生物质材料与无机颗粒材料结合使用。进一步的，本技术优选阻隔材料由椰壳粉与壤土按质量比1:3组成。

21、优选的，所述多孔电极材料为导电活性炭、介孔炭、碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或多种。进一步优选的，本技术中列举的多孔电极材料均可以实现相应的技术效果，本技术优选多孔电极材料为导电活性炭。

22、进一步优选的，本技术中阳极和阴极由导电网、粘结剂、多孔电极材料组成。

23、进一步优选的，本技术的阳极和阴极的制备方法包括：将多孔电极材料与粘结剂碳、少量分散剂混合后制成导电浆料，然后粘结在导电网上形成电极。优选的，本技术的电极制作方法可以参照申请公开号为

24、进一步优选的，导电网为镍网、铁网、铜网、不锈钢网或铝网中的一种。

25、进一步优选的，多孔电极材料为导电活性炭，导电活性炭由商业活性炭和商业导电炭组成。

26、进一步优选的，导电浆料中，商业活性炭的质量比为30-90%，商业导电碳质量比为5-60%，粘结剂质量比为5-30%。

27、进一步优选的，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、nafion和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中至少一种有机相粘结剂。分散剂为n-甲基吡咯烷酮、乙醇、水中的一种

28、通过采用上述技术方案，优化和调整多孔电极材料的种类组成，炭材料多孔电极材料的比表面积和孔容较高，价格相对低廉，并且具有很好的理化稳定性，电化学性能优异，进一步延长较高电流强度下的有效处理时间。

29、优选的，所述多孔电极材料的比表面积大于200㎡/g。

30、通过采用上述技术方案，试验和调整多孔电极材料的比表面积，增强阳极或阴极的双电层效应，提升有害离子在多孔电极活性物质表面的可逆吸附作用，进一步延长电极的有效处理时间，获得更好的处理效果。

31、优选的，所述电渗析吸附处理中，电压为0.5-24v。

32、通过采用上述技术方案，过大的电压会造成隔离吸附层内有害离子向接收室内的迁移率增加，同时也增加长期运行成本，并且较高的电压会引起水分子解离形成氧气和氢气，容易发生危险。过小的电压造成有害离子向隔离吸附层内的迁移率下降，处理效率较低，通过优化和调整电压强度，有利于提升在较低电流强度环境下有害离子的跑度，平衡隔离吸附层内有害离子的吸附和脱离量，提高有害离子的整体处理效果。

33、优选的，所述阻隔室的厚度为3-10cm。

34、进一步优选的，当选择生物质材料、无机颗粒材料和合成高分子材料作为阻隔材料时，阻隔室内的总孔隙率为20%-80%。进一步优选的，当选择土壤材料及其复合材料作为阻隔材料时，阻隔室内的总孔隙率为30%-60%。

35、通过采用上述技术方案，较大厚度的阻隔室的隔离效果较好，但是会造成接收室和料液室之间的传质效率下降，电流密度变小。较小厚度的阻隔室的传质速度高，但对有害离子的吸附富集效果变差，有害离子的浓差自由扩散作用增强，因此优化和调整阻隔室的厚度，同时调整阻隔室内的总孔隙率，进一步增强对污染液中有害离子的处理效果。

36、优选的，所述阻隔材料与缓冲溶液的质量比为(60-80):1。

37、通过采用上述技术方案，试验和筛选阻隔材料与缓冲溶液的质量比，进一步平衡阻隔吸附层的电导性能和吸附性能，获得更好的综合处理效果。

38、优选的，所述缓冲溶液为碳酸盐缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液、柠檬酸盐体系中的一种。

39、通过采用上述技术方案，缓冲溶液一方面增加隔离吸附层内的离子浓度，提升电导率，提高处理电流的强度，并且维持隔离室两侧的电荷平衡。另一方面缓冲溶液可以调控隔离吸附层内的ph值，改善阻隔材料颗粒表面的电荷密度，有利于提高有害离子与阻隔材料之间的吸附力，提高阻隔吸附层对有害离子的富集度。

40、综上所述，本技术具有以下有益效果：

41、1、由于本技术在单元池内设置阻隔室，并填充阻隔材料和缓冲溶液构成阻隔吸附层，然后在阻隔室两侧施加直流电场，在电场力的作用下有害离子从料液室向接收室迁移，迁移过程中被阻隔材料所吸附、富集，可以在较长时间内维持较高的电流强度，能够对低浓度污染液起到非常好的处理效果。并且富集后的阻隔材料可以及时更换做进一步处理，另外生物质材料和无机颗粒材料具有来源广泛、价格低廉的特点，非常适合工业应用。

42、2、本技术中优选采用炭材料作为多孔电极材料，优化和调整多孔电极材料的比表面积，电流强度大小、缓冲溶液的种类以及阻隔室的厚度，进一步提升阻隔吸附层的富集度，增强对污染液的处理效果。

43、3、采用本技术的去除污染液中有害离子的处理方法具有较高的处理效果和较低的处理成本。