申請日2015.11.10
公開(公告)日2016.02.03
IPC分類號H01M6/04; C02F1/469; C02F101/20
摘要
本發(fā)明涉及高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法和裝置，提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法，還提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取裝置。
權利要求書
1.一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法，該方法包括以下步驟：
將高濃度重金屬廢水從重金屬廢水池(1)送入“電容混合”槽(3)，到達“電容混合”槽(3)內(nèi)的指定液位后，關閉重金屬廢水控制閥(9);
在“混合電容”槽(3)中，通過高電勢工作電極(8)和低電勢工作電勢(7) 之間存在的電勢差，開始向與所述高電勢工作電極(8)和低電勢工作電勢(7) 用導線連接的儲電裝置(4)充電;
充電一段時間后，把“電容混合”槽(3)內(nèi)的重金屬廢水送入稀釋后廢水儲存槽(5)，同時打開稀釋用清水控制閥(10)，向“電容混合”槽(3)中送入稀釋用清水，到達“電容混合”槽(3)內(nèi)的指定液位后，關閉稀釋用清水控制閥 (10);
一段時間后，把“電容混合”槽(3)中的液體送入稀釋后廢水儲存槽(5)，同時又打開重金屬廢水控制閥(9)，向“電容混合”槽(3)中注入高濃度重金屬廢水，開新一輪工作。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，向儲電裝置(4)充電的過程是連續(xù)的、不間斷的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，重金屬廢水和稀釋用清水是交替進入“電容混合”槽(3)的，其交替的周期是由“電容混合”槽(3)的處理量決定的。
4.一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取裝置，該裝置包括：
重金屬廢水池(1)，用于儲存高濃度重金屬廢水;
與所述重金屬廢水池(1)通過重金屬廢水控制閥(9)連接的“電容混合”槽 (3)，用于接收來自重金屬廢水池(1)的高濃度重金屬廢水;其中，在“混合電容”槽(3)中，高電勢工作電極(8)和低電勢工作電勢(7)用導線連接儲電裝置(4)，通過高電勢工作電極(8)和低電勢工作電勢(7)之間存在的電勢差，開始向儲電裝置(4)充電;
與所述“電容混合”槽(3)連接的稀釋后廢水儲存槽(5)，用于接收“電容混合”槽(3)內(nèi)的重金屬廢水;
與所述“電容混合”槽(3)通過稀釋用清水控制閥(10)連接的稀釋用清水池(2)，用于向“電容混合”槽(3)中送入稀釋用清水。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，在“混合電容”槽(3)中，高電勢工作電極(8)與參考電極(6)的距離比低電勢工作電極(7)與參考電極(6) 的距離大，其距離差影響裝置的效率。
6.如權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，高電勢工作電極(8)通過物理或絡合的作用吸附重金屬離子，低電勢工作電極(7)吸附其它離子。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述高電勢工作電極(8)、低電勢工作電極(7)和參考電極(6)采用多孔導電材料制成，其孔徑在微米級。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述電極的材料采用活性炭或石墨烯。
說明書
高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法和裝置
技術領域
本發(fā)明屬于重金屬污水處理領域和與其相關的節(jié)能設備領域，涉及一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法和裝置。
背景技術
重金屬廢水是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含重金屬的廢水。重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對一環(huán)境污染最嚴重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一，其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關。
重金屬污染主要有以下特點：
(1)天然水體中的重金屬濃度雖低，但其毒性長期持續(xù)。水體中某些重金屬可在微生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強的金屬有機化合物。
(2)生物富集濃縮，構成食物鏈，危機人類。生物從環(huán)境中攝取重金屬，并在體內(nèi)或某些器官中富集，其富集倍數(shù)可高達成千上萬倍，水生動植物、陸生農(nóng)作物都有這種現(xiàn)象。然后作為食物進入人體，在人體的某些器官中積蓄起來構成慢性中毒，嚴重危害人體健康。
(3)重金屬無論用何種處理方法或微生物都不可能降解，只會改變其化合價和化合物種類。天然水體中OH-、Cl-、SO42-、NH4+有機酸、氨基酸、腐植酸等，都可以同重金屬生成各種絡合物或螯合物，使重金屬在水中的濃度增大，也可能使沉入水中的重金屬又釋放出來而遷移。
(4)在天然水體中只要有微量重金屬，即可產(chǎn)生毒性反應，一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在1.0～10mg/L之間，毒性較強的重金屬如汞、鎘等毒性濃度范圍在0.001～0.1mg/L等等。
目前工業(yè)上對重金屬高濃度重金屬污水處理方法中，由于重金屬污水處理裝置的處理能力問題，不能對高濃度重金屬廢水有良好的處理效果，因此大部分情況下都會在重金屬廢水處理裝置之前增加稀釋工藝環(huán)節(jié)。然而，這一工藝環(huán)節(jié)增加了大量的能耗。
因此，針對現(xiàn)有技術中存在的能耗過高的問題，本領域迫切需要開發(fā)出一套在工業(yè)廢水處理工藝中與現(xiàn)有流程銜接順暢、能量提取率高和操作簡便的電能產(chǎn)生裝置，以及降低整套工藝中能耗的從重金屬廢水中獲得電能的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新穎的高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法和裝置，從而解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。
一方面，本發(fā)明提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法，該方法包括以下步驟：
將高濃度重金屬廢水從重金屬廢水池送入“電容混合”槽，到達“電容混合”槽內(nèi)的指定液位后，關閉重金屬廢水控制閥;
在“混合電容”槽中，通過高電勢工作電極和低電勢工作電勢之間存在的電勢差，開始向與所述高電勢工作電極和低電勢工作電勢用導線連接的儲電裝置充電;
充電一段時間后，把“電容混合”槽內(nèi)的重金屬廢水送入稀釋后廢水儲存槽，同時打開稀釋用清水控制閥，向“電容混合”槽中送入稀釋用清水，到達 “電容混合”槽內(nèi)的指定液位后，關閉稀釋用清水控制閥;
一段時間后，把“電容混合”槽中的液體送入稀釋后廢水儲存槽，同時又打開重金屬廢水控制閥，向“電容混合”槽中注入高濃度重金屬廢水，開新一輪工作。
在一個優(yōu)選的實施方式中，向儲電裝置充電的過程是連續(xù)的、不間斷的。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，重金屬廢水和稀釋用清水是交替進入“電容混合”槽的，其交替的周期是由“電容混合”槽的處理量決定的。
另一方面，本發(fā)明提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取裝置，該裝置包括：
重金屬廢水池，用于儲存高濃度重金屬廢水;
與所述重金屬廢水池通過重金屬廢水控制閥連接的“電容混合”槽，用于接收來自重金屬廢水池的高濃度重金屬廢水;其中，在“混合電容”槽中，高電勢工作電極和低電勢工作電勢用導線連接儲電裝置，通過高電勢工作電極和低電勢工作電勢之間存在的電勢差，開始向儲電裝置充電;
與所述“電容混合”槽連接的稀釋后廢水儲存槽，用于接收“電容混合” 槽內(nèi)的重金屬廢水;
與所述“電容混合”槽通過稀釋用清水控制閥連接的稀釋用清水池，用于向“電容混合”槽中送入稀釋用清水。
在一個優(yōu)選的實施方式中，在“混合電容”槽中，高電勢工作電極與參考電極的距離比低電勢工作電極與參考電極的距離大，其距離差影響裝置的效率。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，高電勢工作電極通過物理或絡合的作用吸附重金屬離子，低電勢工作電極吸附其它離子。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述高電勢工作電極、低電勢工作電極和參考電極采用多孔導電材料制成，其孔徑在微米級。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述電極的材料采用活性炭或石墨烯。
附圖說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取裝置的結(jié)構示意圖。
具體實施方式
本申請的發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究后發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術中的在重金屬廢水處理裝置之前增加的稀釋工藝環(huán)節(jié)中，高濃度重金屬廢水的離子有一個向稀釋清水中遷移的過程，利用“電容混合”技術(capacitivemixingtechniques) 可以在這一過程中獲得相應的電能，從而實現(xiàn)在重金屬廢水處理過程中降低能耗的目的�；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。
本發(fā)明的技術構思如下：為實現(xiàn)電能提取工藝，本發(fā)明采用“電容混合” 的原理，與原有工藝中存在的稀釋環(huán)節(jié)相聯(lián)合，從稀釋過程中重金屬離子的遷移作用中獲得電能。重金屬廢水和稀釋用清水交替進入“電容混合”槽，在“電容混合”槽中，工作電極之間產(chǎn)生電勢差，開始向儲電裝置充電，“電容混合” 槽的液體一段時間后排向稀釋后廢水儲存槽，然后更新新的液體。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取方法，該方法包括以下步驟：
將重金屬廢水控制閥打開，使得重金屬廢水流入“電容混合”槽，到達指定液位時，關閉重金屬廢水控制閥，停止向“電容混合”槽中注入重金屬廢水;
在“電容混合”槽中，重金屬離子向電極處富集，在電極之間產(chǎn)生電勢差，電極之間用導線與儲電裝置連通;
當電極間的電勢差穩(wěn)定時，“電容混合”槽中的重金屬廢水排出通向稀釋后廢水儲存槽，同時，打開稀釋用清水控制閥，向“電容混合”槽中注入清水;
由于清水的注入，“電容混合”槽中重金屬離子濃度發(fā)生變化，重金屬離子在電極之間又重新發(fā)生遷移，形成新的平衡，從而在電極之間形成新的電勢差，繼續(xù)向儲電裝置中儲能;
一段時間后，將“電容混合”槽中的混合液排出到稀釋后廢水儲存槽，同時打開重金屬廢水控制閥，向“電容混合”槽中注入重金屬廢水，開啟新一輪工作。
在本發(fā)明中，一旦向儲電裝置開始充電，這個充電過程是連續(xù)的不間斷的。
在本發(fā)明中，重金屬廢水和稀釋用清水是交替進入“電容混合”槽的，其交替的周期是由“電容混合”槽的處理量決定的。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種高濃度重金屬廢水處理過程中電能提取裝置，該裝置包括：重金屬廢水池、稀釋用清水池、重金屬廢水控制閥、稀釋用清水控制閥、“電容混合”槽、參考電極、高電勢工作電極、低電勢工作電極、儲電裝置、稀釋后廢水儲存槽。
在本發(fā)明中，高電勢工作電極與參考電極的距離比低電勢工作電極與參考電極的距離大，其距離差影響著裝置的效率。
在本發(fā)明中，高電勢工作電極通過物理或絡合的作用吸附重金屬離子，低電勢工作電極吸附其它離子。
在本發(fā)明中，所述的電極一般采用多孔的導電材料制成，孔徑處于微米級，在電極微孔表面上引入不同類型的官能團優(yōu)化電極在重金屬廢水中的電化學性能，電極材料一般常用的有活性炭、石墨烯等。
