本发明公开了一种电化学去除并回收固废中重金属装置，本发明由电化学反应器、阴极电极、阳极电极和阳离子交换膜组成，所述电化学反应器整体为圆柱体由由外圆柱筒、内圆柱筒、圆形底板和两块弧形固定膜支架夹板组成。所述的内圆柱筒中心处设置有阴极电极，外圆柱筒内侧设置有贴合环形阳极电极，所述的固定膜夹板为两边半圆形支架用于固定阳离子交换膜，将其固定在内圆柱筒和弧形固定膜支架夹板之间，电化学反应器底部排水管位于内圆柱筒底部中心处，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，阴阳级与电源相连接。本发明具有制作成本低，操作简单，处理效率高，可将重金属与废弃物分离并资源化回收等优点。
1.一种电化学去除并回收固废中重金属装置，包括电化学反应器、阴极电极、阳极电极和阳离子交换膜；
其特征在于：所述的电化学反应器，由外圆柱筒、内圆柱筒、圆形底板和两块弧形固定膜支架夹板组成；外圆柱筒和内圆柱筒的两个底面开放，且同轴固定在圆形底板上，圆形底板直径与外圆柱筒直径相同，外圆柱筒、内圆柱筒和圆形底板围成一个圆形的内空间和一个环形的外空间，内圆柱筒侧壁上开有两个对称的弧形通孔，圆形底板圆心处设置有出水管，外圆柱筒下半部分对称设置有进料管与出料管；内圆柱筒外侧设有两个弧形固定膜支架夹板，每个弧形固定膜支架夹板上开有一个与内圆柱筒弧形通孔大小一致的弧形通孔，内圆柱筒弧形通孔与弧形固定膜支架夹板的弧形通孔对应设置，所述的阳离子交换膜设置在内圆柱筒与弧形固定膜支架夹板之间；所述的阴极电极为圆柱形电极，设置在内圆柱筒轴心处，所述的阳极电极为环形筒状电极，贴合在外圆柱筒的内侧壁上，阴极阳极分别与电源相连，进料管和出料管上分别设有阀门，并分别接有压力泵，所述的出水管上也设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种电化学去除并回收固废中重金属装置，其特征在于：所述电源为稳压直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种电化学去除并回收固废中重金属装置，其特征在于：所述的圆柱形电极为柱形不锈钢电极。
4.根据权利要求1所述的一种电化学去除并回收固废中重金属装置，其特征在于：环形筒状电极为环形钌铂钛合金电极。
5.根据权利要求1所述的一种电化学去除并回收固废中重金属装置，其特征在于：在内圆柱筒、阳离子交换膜和弧形固定膜支架夹板之间加装防水垫片。
6.一种电化学去除并回收固废中重金属装置，包括电化学反应器、阴极电极、阳极电极和阴离子交换膜；
其特征在于：所述的电化学反应器，由外圆柱筒、内圆柱筒、圆形底板和两块弧形固定膜支架夹板组成；外圆柱筒和内圆柱筒的两个底面开放，且同轴固定在圆形底板上，圆形底板直径与外圆柱筒直径相同，外圆柱筒、内圆柱筒和圆形底板围成一个圆形的内空间和一个环形的外空间，内圆柱筒侧壁上开有两个对称的弧形通孔，圆形底板圆心处设置有出水管，外圆柱筒下半部分对称设置有进料管与出料管；内圆柱筒外侧设有两个弧形固定膜支架夹板，每个弧形固定膜支架夹板上开有一个与内圆柱筒弧形通孔大小一致的弧形通孔，内圆柱筒弧形通孔与弧形固定膜支架夹板的弧形通孔对应设置，所述的阴离子交换膜设置在内圆柱筒与弧形固定膜支架夹板之间；所述的阴极电极为筒状环形电极，贴合在外圆柱筒的内侧壁上，所述的阳极电极为圆柱形电极电极，放置在内圆柱筒轴心处，阴极阳极分别与电源相连，进料管和出料管上分别设有阀门，并分别接有压力泵，所述的出水管上也设置有阀门。
一种电化学去除并回收固废中重金属装置
技术领域
[0001] 本发明涉及废弃物处理及资源化技术领域，尤其涉及一种电化学去除并回收固废中重金属装置。
背景技术
[0002] 由于目前中国对于重金属的开采、冶炼和加工，造成不少重金属如铅、贡、镍、镉等进入到大气、水、土壤中而引起严重的环境污染。重金属具有富集性，很难在环境中降解，而其毒性大对动植物均会造成伤害，我国GB8978-1996《污水综合排放标准》，GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》对排放的废水中和农用污泥中的重金属含量有明确的规定。因此需要对废水、土壤和污泥中的重金属进行去除。而重金属在我国的多种工业中起着至关重要的作用，对于从固体废弃物中回收重金属使其资源化的研究可以达到降低环境污染与资源浪费的双重目的，具有一定的经济价值与环境效益。
[0003] 目前对重金属的处置方法主要有微生物法、化学法、植物修复法和电化学法等。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具有一定优势。但是，传统的处理装置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，而无法充分利用电流效率，并且增加了离子迁移长度而导致处理效率较低的问题，而且主要停留在“无害化”阶段。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，提出了一种电化学去除并回收固废中重金属的装置，且设备成本低，运行方便，操作简单。
[0005] 一种电化学去除并回收固废中重金属装置，包括电化学反应器、阴极电极、阳极电极和阳离子交换膜；
[0006] 所述的电化学反应器，由外圆柱筒、内圆柱筒、圆形底板和两块弧形固定膜支架夹板组成；外圆柱筒和内圆柱筒的两个底面开放，且同轴固定在圆形底板上，圆形底板直径与外圆柱筒直径相同，外圆柱筒、内圆柱筒和圆形底板围成一个圆形的内空间和一个环形的外空间，内圆柱筒侧壁上开有两个对称的弧形通孔，圆形底板圆心处设置有出水管，外圆柱筒下半部分对称设置有进料管与出料管；内圆柱筒外侧设有两个弧形固定膜支架夹板，每个弧形固定膜支架夹板上开有一个与内圆柱筒弧形通孔大小一致的弧形通孔，内圆柱筒弧形通孔与弧形固定膜支架夹板的弧形通孔对应设置，所述的阳离子交换膜设置在内圆柱筒与弧形固定膜支架夹板之间；在内圆柱筒、阳离子交换膜和弧形固定膜支架夹板之间加装防水垫片；所述的阴极电极为圆柱形电极，设置在内圆柱筒轴心处，所述的阳极电极为环形筒状电极，贴合在外圆柱筒的内侧壁上，阴极阳极分别与电源相连，进料管和出料管上分别设有阀门，并分别接有压力泵，所述的出水管上也设置有阀门。
[0007] 所述电源为稳压直流电源；所述的圆柱形电极为柱形不锈钢电极；环形筒状电极为环形钌铂钛合金电极；
[0008] 将阴极电极与阳极电极进行调换，阴极电极改变为筒状环形电极贴合在外圆柱筒的内侧壁上，阳极电极改变为柱形电极放置在内圆柱筒轴心处，阳离子交换膜替换为阴离子交换膜，此时外圆柱筒为阴极室，内圆柱筒为阳极室。
[0009] 本发明的优点：有效利用了阴阳极电化学反应的作用，增加了废弃物与电极的有效接触面积，增加了废弃物与电解液之间的膜交换面积，减少了离子迁移距离，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
[0010] 图1为本发明的装置示意图；
[0011] 图2为本发明的反应器主体三维示意图；
[0012] 图3为本发明反应器环形固定膜支架夹板示意图；
[0013] 图4为本发明反应器装配图。
具体实施方式
[0014] 以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的适用范围不限于此。
[0015] 如图1所示，一种电化学去除并回收固废中重金属装置，包括电化学反应器、阴极电极1、阳极电极3、稳压直流电源5和阳离子交换膜2；
[0016] 如图2、3、4所示，所述的电化学反应器，由外圆柱筒8、内圆柱筒7、圆形底板12和两块弧形固定膜支架夹板13组成；外圆柱筒和内圆柱筒的两个底面开放，且同轴固定在圆形底板上，圆形底板直径与外圆柱筒直径相同，外圆柱筒、内圆柱筒和圆形底板围成一个圆形的内空间和一个环形的外空间，内圆柱筒侧壁上开有两个对称的弧形通孔，圆形底板圆心处设置有出水管10，外圆柱筒下半部分对称设置有进料管11与出料管9；内圆柱筒外侧设有两个弧形固定膜支架夹板，每个弧形固定膜支架夹板上开有一个与内圆柱筒弧形通孔大小一致的弧形通孔，内圆柱筒弧形通孔与弧形固定膜支架夹板的弧形通孔对应设置，所述的阳离子交换膜设置在内圆柱筒与弧形固定膜支架夹板之间；在内圆柱筒、阳离子交换膜和弧形固定膜支架夹板之间加装防水垫片；所述的阴极电极1为圆柱形不锈钢电极，设置在内圆柱筒轴心处，所述的阳极电极3为筒状钌铂钛合金电极，贴合在外圆柱筒的内侧壁上，阴极阳极分别与稳压直流电源5相连，进料管和出料管上分别设有阀门，并分别接有压力泵6，所述的出水管上也设置有阀门4。
[0017] 实施例1
[0018] 本实施例处理的废弃物为杭州市七格污水厂二沉池污泥，采用的阳极为钌铂钛合金筒状环形电极，阴极为不锈钢圆柱形电极。所述阴极阳极与恒压恒流直流电源相连接，电压为15V，电解液为0.05mol/L氯化钠溶液1.5L，室温条件下电解96h。
[0019] 污泥处理工艺流程如下：将阳离子交换膜与垫片夹附在内筒外壁与两块环形支架板之间，支架板用螺丝螺母旋合。将所述的阳极电极与外筒内壁贴合放置，把需处理的污泥通过进料口加入环形外筒中，通过出料口、管道和阀门经加压泵导入电化学反应器，将调配好的电解液加入到内筒中，固定好阴极电极，通过直流电源向反应器中的电极上加直流电压，污泥经电化学反应器、管道、阀门和加压泵循环混合，处理完后从出料口排出，处理后电解液经反应器底部出水口排出，固液分离回收重金属沉淀，干燥至恒重。
[0020] 试验结果如表1所示：
[0021]锌Zn 铜Cu 铅Pb
处理前（mg/kg） 1362.67 275.55 142.86
处理后（mg/kg） 259.41 58.41 57.22
去除率 （%） 80.96 78.80 59.95
[0022] 回收重金属化合物沉淀2.97g。
[0023] 实施例2
[0024] 本实施例处理的废弃物为杭州市七格污水厂板框压滤后污泥，采用的阳极为钌铂钛合金圆柱形电极，阴极为不锈钢网状环形电极。所述阴极阳极与恒压恒流直流电源相连接，电压为18V，电解液为0.05 mol/L氯化钠溶液2.5L，室温条件下电解120h。
[0025] 污泥处理工艺流程如下：将阳离子交换膜与垫片夹附在内筒外壁与两块环形支架板之间，支架板用螺丝螺母旋合。将所述的阳极电极放置于内圆柱筒轴心处，把需处理的污泥加入到内筒中，将阴极电极贴合外圆柱筒内壁放置，调配好的电解液通过出料口、管道和阀门经加压泵导入电化学反应器，，通过直流电源向反应器中的电极上加直流电压，电解液经电化学反应器、管道、阀门和加压泵循环，处理完后从出料口排出，固液分离回收重金属沉淀，干燥至恒重，处理后污泥经反应器底部出口排出。
[0026] 试验结果如表2所示：
[0027]锌Zn 铜Cu 铅Pb
处理前（mg/kg） 1888.19 288.55 233.54
处理后（mg/kg） 167.52 85.54 72.12
去除率 （%） 91.13 70.36 69.12
[0028] 回收重金属化合物沉淀2.12g。
[0029] 实施例3
[0030] 本实施例处理的废弃物为Pb、Cd、Zn复合污染土壤，采用的阳极为钌铂钛合金筒状环形电极，阴极为不锈钢圆柱形电极。所述阴极阳极与恒压恒流直流电源相连接，电压为18V，电解液为0.05mol/L氯化钠溶液1.5L，室温条件下电解120h。
[0031] 土壤处理工艺流程如下：将阳离子交换膜与垫片夹附在内筒外壁与两块环形支架板之间，支架板用螺丝螺母旋合。将所述的阳极电极与外筒内壁贴合放置，把需处理的土壤通过进料口加入环形外筒中，通过出料口、管道和阀门经加压泵导入电化学反应器，将调配好的电解液加入到内筒中，固定好阴极电极，通过直流电源向反应器中的电极上加直流电压，土壤经电化学反应器、管道、阀门和加压泵循环混合，处理完后从出料口排出，处理后电解液经反应器底部出水口排出，固液分离回收重金属沉淀，干燥至恒重。
[0032] 试验结果如表3所示：
[0033]锌Zn 镉Cd 铅Pb
处理前（mg/kg） 767.56 12.03 1075.03
处理后（mg/kg） 152.44 1.01 203.37
去除率 （%） 80.14 91.60 81.08
[0034] 回收重金属化合物沉淀1.95g。
