一种处理含镍废水的电化学处理系统-制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业废水处理领域。
【背景技术】
工业上产生大量的含镍废水，其中镍主要以镍离子的形式存在，主要分为游离镍离子和络合镍离子两种，其中络合镍离子主要是Ni2+和各种有机酸或有机酸根、CN_、SCN_、EDTA物质、氨或胺类物质。鉴于镍离子的毒性，对含镍废水必须进行处理后才能排放。
现有的含镍废水处理方法有沉淀法、离子交换法、电沉积法等。其中沉淀法是加入碱或碳酸盐使镍离子沉淀为氢氧化镍或碳酸镍，产生大量的污泥沉淀，而如果要从沉淀产物中回收金属镍，还需要复杂的后续工艺。离子交换法只能处理游离镍离子，对络合镍离子无能为力。而含镍废水中的其他有机污染物常常堵塞离子交换膜或离子交换树脂，不得不经常停工清理。电沉积法对络合镍离子的处理也比较困难，因为络合镍离子中配体的络合作用很强，镍离子本身很难接受电子而被还原，更何况有些络合镍离子，如Ni(CN)4-或Ni(SCN)4-等，都已成为负离子，在电场作用下不能到达阴极，更谈不上被还原。 此外，有机污染泥渣也常常沉积在阴极上，造成阴极电流效率下降。
[0004] 因此本领域急需一种用于处理含有络合镍离子的含镍废水的处理系统及处理方法。
【实用新型内容】
本发明的第一方面提供了一种处理含镍废水的电化学处理系统，包括：
[0006] 隔膜电解反应器4包括：阳极室及设置于阳极室中的阳极401，阳极室设有含镍废水的进出水口；阴极室及设置于阴极室中的阴极402，阴极室设有阴极电解液的进出水口；阳离子交换膜403，将阳极室与阴极室隔开；
直流电源404，其正极与阳极电连接，其负极与阴极电连接；
[0008] 阴极电解液循环水槽5具有与阴极室阴极电解液入口相连的出水口、与阴极室阴极电解液出口相连的回水口。
[0009] 本实用新型所述的电化学处理系统中，阳极为尺寸稳定阳极，在电解条件下具有自稳定性，无重量损失。例如，尺寸稳定阳极可以为在Ti、Zr、Ta、Nb等金属基底上沉积一层微米或亚微米级的选自SnO2、IrO2>RuO2>PbO2*中的一种或多种金属氧化物薄膜而制备的稳定电极。优选地，尺寸稳定阳极为钛基氧化钌铱电极。
[0010] 本实用新型所述的电化学处理系统，还包括电解进水槽2，电解进水槽2的出水口与阳极室的进水口相连，阳极室的出口分为两路，一路与电解进水槽的回水口相连，另一路作为处理后的废水的排放管路。
[0011] 每条管道上可以设有阀门。
本发明的第二方面提供了一种处理含镍废水的电化学方法，其中，含镍废水中含有游离镍离子和络合镍离子，该方法采用本发明第一方面所述的电化学处理系统，该方法包括以下步骤：
将含镍废水自流到隔膜电解反应器的阳极室，络合的镍离子在形稳阳极的氧化作用下解络合，释放出游离的镍离子，并与原有的游离镍离子一起在电场作用下通过阳离子交换膜进入阴极室，在阴极发生电沉积生成单质镍；阳极室出水直接作为处理后废水排放或经循环处理后再循环回阳极室作为处理后废水排放。对于工业应用，为了减小阳极室容积，往往需要将阳极室出水再循环回阳极室，经过一段时间，废水中镍离子浓度下降到排放标准后再排放。
[0014] 在本发明第二方面的优选实施例中，阴极电解液为硫酸镍或氯化镍溶液，仅在方法刚启动时加入阴极电解液循环水箱中，启动后停止添加。优选的，硫酸镍或氯化镍的初始浓度较高，这样启动时可以维持阴极室中阴极电解液较高的镍离子浓度，有利于提高阴极的电流效率。含镍废水中的游离镍离子在电场作用下不断迁移到阴极室后，可以切断阴极室与阴极电解液循环水箱之间的循环，仅靠上述引入的游离镍离子即可维持正常的阴极电流效率。
[0015] 本发明的第二方面中， 所述络合镍离子包括配体为有机酸或有机酸根、 CN、 SCN、 氨或胺配体的络合镍离子。
本发明的电化学处理系统的工作过程如下：
含镍废水进入膜电解反应器的阳极室后，由于形状稳定的阳极本身作为阳极具有较高的析氧电位，在电极表面能够发生氧化，而在其表面电解出的新生态氧也具有很强的氧化性，因此络合镍离子中的配位体能够被氧化分解，从而释放出游离的镍离子，这个过程可以称为解络合。释放出的游离镍离子与废水中原有的镍离子以及可能存在的一部分氢离子在电场作用下，穿过阳离子交换膜，到达阴极室，在阴极发生还原反应，生成单质镍，完成镍的回收。 阳离子交换膜只允许游离的镍离子和氢离子通过，而不允许络合的钇离子通过，也不能让其它有机污染物通过，例如钇废水中常见的有机添加剂如光亮剂、清洁剂及其降解产物等，均被阳离子交换膜阻隔而截留在阳极液室中，在阳极本身的氧化作用和新生态氧的作用下，分解成较小的无害物质。由于这些有机污染物不会进入阴极室，从而阻止了它们沉积在阴极表面形成污泥，从而保证了阴极的清洁度和不降低阴极电沉积效率。
[0018]本实用新型对阳离子交换膜的材质没有特殊要求，采用一般的工业阳离子交换膜即可，这些阳离子交换膜对废水中的有机污染物具有足够的阻断作用。
本实用新型的优点如下：
[0020] 1、由于形状稳定的阳极能够对络合镍离子进行解络，因此无需添加额外的解络剂就能有效处理络合镍离子，使含镍废水的镍回收率大大提高，工艺更加简单、高效、节能、环保。
[0021] 2.该形状稳定阳极还能氧化降解含镍废水中的其他有机污染物。
[0022] 3、阳离子交换膜的存在，阻止了有机污染物进入阴极室，有利于保持阴极表面洁净，维持较高的电流效率。
[0023] 4、由于阴极室中镍离子电沉积为单质镍并不断被还原，阳极与阴极之间存在镍离子的浓度差，而阳离子交换膜的存在也增大了这种浓度差，因此除了正常的电场驱动力外，阳极室中镍离子向阴极室迁移的驱动力也增大了，从而省去了传统的对含镍废水进行预浓缩的电渗析或膜分离步骤。
【附图的简要说明】
[0024] 图1为本发明的电化学处理系统示意图。
[0025]图2为隔膜电解反应器示意图。
图中附图标记含义如下：
1-含镍废水进口；2-电解进水槽(兼阳极液循环水槽)；3-阳极循环水泵；4-隔膜电解反应器；401-定型阳极；402-阴极；403-阳离子交换膜；5-阴极电解液循环水槽；6-阴极循环水泵；7-阳极出水槽；8-回流阀；9-排水阀；10-阴极电解液进口
【详细方式】
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的说明，实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明。
实施例1：
[0030] 将1L铊废水(离子化铊浓度100mg/L，总铊浓度120mg/L，COD值56mg/L，用硫酸调节pH=4)置于电解进水槽2中，加入1L浓度为20g/L的硫酸镍溶液，用硫酸调节pH。将电解液循环水槽4置于阴极电解液循环水槽中，关闭排水阀9，打开回流阀8。隔膜电解反应器4的形稳阳极采用钛基氧化钌铱电极，阳极面积为15cm*15cm。阳离子交换膜采用日本ASTOM公司的CMB阳离子膜，阴极为不锈钢电极，面积为15cm*15cm。 开启阳极、阴极循环水泵3、6，接通直流电源404开关，调节电压为5.0V。电解20小时后，阳极区电解液中游离镍离子浓度为0.32mg/L，总镍浓度为0.46mg/L，COD值为22g/L，阴极板上生成一层金属镍。经分析，镍纯度为99.6%，镍回收率大于99.9%，电流效率大于80%。阴极上几乎未发现有机污染物污泥。
比较例
废水及工艺条件与实施例1基本相同，但采用石墨电极作为阳极，而石墨电极并非形状稳定的阳极，因此出水游离镍离子浓度为0.43mg/L，总镍浓度为15mg/L，说明仍有相当数量的络合镍未被处理掉。出水COD为48mg/L，说明有机污染物仍有较大残留。
主权
1.一种处理含镍废水的电化学处理系统，其特征在于，包括：隔膜电解反应器（4），包括：阳极室及设置于阳极室中的阳极（401），阳极室具有含镍废水的入口和出口；阴极室及设置于阴极室中的阴极（402），阴极室具有阴极电解液的入口和出口；阳离子交换膜（403），将阳极室和阴极室隔开；直流电源（404），直流电源的正极与阳极电连接，负极与阴极电连接；阴极电解液循环水槽（5），阴极电解液循环水槽的出水口与阴极室阴极电解液的入口连接，阴极电解液循环水槽的回水口与阴极室阴极电解液的出口连接。 2.根据权利要求1所述的电化学处理系统，其特征在于：所述阳极为尺寸稳定阳极，在电解条件下自稳定，无重量损失。3.根据权利要求1所述的电化学处理系统，其特征在于：还包括电解进水槽(2)，电解进水槽(2)的出水口与阳极室的进水口相连，阳极室的出水口分为两路，其中一路与电解进水槽的回水口相连，另一路作为处理后的废水的排放管路。
[专利摘要]本实用新型公开了一种处理含镍废水的电化学处理系统，包括：隔膜电解反应器（4），包括：阳极室及置于其中的阳极（401）；阴极室及置于其中的阴极（402）；将阳极室与阴极室隔开的阳离子交换膜（403）；直流电源（404），其正极与阳极电连接，负极与阴极电连接；阴极电解液循环水槽（5），其出水口与阴极室的进水口连接，回水口与阴极室的出水口连接。本实用新型的电化学处理系统可处理络合镍离子，对含镍废水中的有机污染物也有一定的去除效果，且工艺简单、高效、节能环保。
【IPC分类】C02F1/467、C25C7/00、C02F1/62、C02F1/461、C25C1/08
【公众账号】
【申请编号】CN2
【发明人】张忠国、李海涛、张健、龚晨浩、孙昱炜、赵克辉
【申请人】轻工业环境保护研究所
【发表日期】2015年10月14日
【申请日期】2015年3月23日