一种旋流电渗滤回收装置及其在处理污泥中重金属的应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种旋流电渗滤回收装置及其在处理污泥中重金属的应用，该装置包括筒体、阳极棒、旋流单元、过滤组合层和阴极液循环系统，所述阴极液循环系统包括阴极液室和循环管路，所述筒体的轴向两端分别设为污泥入口和污泥出口，所述筒体包括内筒和外筒，在内筒与外筒之间设置过滤组合层和阴极液室，所述阳极棒设置在筒体内，所述过滤组合层包括远离内筒设置的阳离子透过膜；该应用包括步骤1、将所述阴极液填充在阴极液室，并将所述旋流电渗滤回收装置通电，步骤2、采用污泥泵将污泥经污泥入口送入所述旋流电渗滤回收装置中以去除重金属。本发明专利技术应用于污泥中重金属的去除，操作简单，具有去除效率高、能耗低以及环保的技术优势。

【技术实现步骤摘要】
一种旋流电渗滤回收装置及其在处理污泥中重金属的应用
本专利技术涉及重金属回收
，具体涉及一种旋流电渗滤回收装置及其在处理污泥中重金属的应用。
技术介绍
随着城镇污水处理行业的快速发展，使得污水处理中副产物的污泥产量也相应增多。而在污水处理过程中会有超过一半的重金属转移到污泥中，导致污泥中重金属的含量普遍增加。污泥中虽然含有较多的氮、磷等营养物质，可以作为肥料供农业使用，但是在污泥中还存在含量较高的重金属时，若作为肥料供农业使用不仅会引起土壤重金属污染，还会增加农产品的重金属含量；当产生降水时，污泥中一部分重金属进入地表径流和地下渗流并随水流迁移，进而对地表水和地下水造成二次污染。因此，如何去除污泥中的重金属是当前污泥资源化利用必须解决的问题。目前，对于污泥中重金属的处理有主要有两种方式，一种是将污泥中的重金属固定，另一种方式是将重金属从污泥中去除。重金属固定技术能在一定时期一定程度上减轻重金属的危害，但只能起到缓解作用，并不能从根本上降低重金属的含量。当外界环境发生改变时，被固定的重金属存在被释放的风险。而去除污泥中重金属方法主要有：(1)化学淋滤法，此方法去除污泥重金属的效果良好，然而酸化污泥需要消耗大量的化学试剂，且难以妥善处理高浓度的重金属淋出液，因而此方法费用较高，实际操作复杂且不环保；此外，酸化处理在一定程度上会溶解污泥中的氮、磷等有机质，降低污泥的肥料价值。(2)生物淋滤法，具有耗酸少、运行成本低，实用性较强等优点；然而生物淋滤在自然条件下去除重金属的工艺条件要求较严格，容易受外界条件的干扰，使得重金属去除效果不稳定。(3)电化学法是一种有效去除污泥中重金属离子的电化学方法，该方法虽然具有去除效率高，处理周期短，没有二次污染，易于回收重金属等优点，但是能耗高，且随着处理时间的延长，阳极容易出现结垢，这样不仅更加耗能，还会因污泥中重金属与阳极接触不完全而降低重金属的去除效果；此外，现有电化学法氧化还原能力有限，直接限制了对可氧化态、可还原态重金属的去除效果。综上所述，急需一种旋流电渗滤回收装置及其在处理污泥中重金属的应用以解决现有电化学方法存在的对污泥中重金属的去除效率低、能耗高以及不环保的问题。
技术实现思路
本专利技术第一目的在于提供一种旋流电渗滤回收装置，具体技术方案如下：一种旋流电渗滤回收装置，包括筒体、阳极棒、旋流单元、过滤组合层和阴极液循环系统，所述阴极液循环系统包括阴极液室和循环管路，所述筒体的轴向两端分别设为污泥入口和污泥出口，所述筒体包括共中心轴线设置的内筒和外筒，在所述内筒与外筒之间沿径向由内至外依次设置过滤组合层和阴极液室，在所述外筒上设有与阴极液室连通的阴极液入口和阴极液出口，所述循环管路的两端分别与阴极液入口和阴极液出口连接，所述外筒与电源的负极连接，在所述内筒上排列设置多个与过滤组合层连通的通孔；所述阳极棒设置在筒体内且二者的中心轴线重合，所述阳极棒与电源的正极连接；所述旋流单元设置在内筒内且数量为多个，多个旋流单元沿阳极棒长度方向依次间隔设置，每个旋流单元均包括多个环向设置的旋流叶片；所述过滤组合层包括远离内筒设置的阳离子透过膜。优选的，所述阳极棒包括金属棒本体和催化剂层，所述金属棒本体的基材为钛，其中，钛的质量分数为86％-99％，所述催化剂层设置在金属棒本体的表面上，所述催化剂层包括原料组分RuO2、IrO2和TiO2中的至少一种，所述催化剂层中原料组分RuO2:IrO2:TiO2的电镀量比为(0-2)：(0-2)：(1-10)，所述催化剂层的电镀量为0.01-0.1mol/cm2；所述旋流叶片的径向外端与内筒连接而径向内端与阳极棒连接。优选的，所述过滤组合层还包括过滤层，所述过滤层环向包裹在内筒的外侧面上，所述阳离子透过膜环向包裹在过滤层上，且与外筒相对；所述过滤层为涤纶滤布、丙纶滤布、维纶滤布中的任意一种，所述过滤层的滤孔孔径为50-350μm，断裂伸长率为10％-45％，耐热性为90-180℃；所述阳离子透过膜的离子交换容量为0.8-3.5mEq/g，选择性(表示阳离子选择性)为90％-99.99％，厚度为5-70μm。优选的，所述阴极液入口和阴极液出口相对于外筒的几何中心中心对称设置，且阴极液入口所在位置的高度低于阴极液出口所在位置的高度。优选的，在所述循环管路上设有动力泵和用于净化阴极液的处理池，在所述处理池中设有生物炭或者电絮凝设施；所述阴极液循环系统还包括多个支撑块，所述支撑块环向间隔设置在阴极液室中。优选的，所述阴极液室中的阴极液包括摩尔浓度为0.01-0.1mol/L的硝酸溶液、0.01-0.2mol/L的醋酸溶液、4-7mmol/L的乙二胺四乙酸、4-7mmol/L的N,N-二羧甲基丙氨酸三钠盐、0.1-0.4mol/L的柠檬酸、0.1-0.5mol/L的草酸中的任意一种。优选的，所述电源为直流电源或者脉冲电源，直流电源的电流≤1A，脉冲电源的脉冲幅值为1-10V，脉宽为1-4s，脉冲周期为2-9s。优选的，所述通孔沿所述筒体长度方向环向间隔设置在内筒上，所述内筒上通孔的孔密度为20％-70％，通孔的孔径大小为0.4-1.2mm。优选的，所述的旋流电渗滤回收装置，还包括电线引导架，所述电线引导架设置在筒体污泥出口的一端，且与筒体固连，所述电线引导架包括交叉设置的两个支架，用于引导电线实现阳极棒与电源正极连接。本专利技术第二目的在于提供一种旋流电渗滤回收装置在处理污泥中重金属的应用，具体技术方案如下：一种所述旋流电渗滤回收装置在处理污泥中重金属的应用，所述污泥包括污水处理厂的污泥或水体底泥；所述应用包括以下步骤：步骤1、将所述阴极液填充在阴极液室，并将所述旋流电渗滤回收装置通电；步骤2、采用污泥泵将污泥经污泥入口送入所述旋流电渗滤回收装置中以去除重金属，作业时，采用阴极液循环系统实时对阴极液循环再生处理，确保重金属去除效果；所述步骤2中污泥的流速为4-6m/s，所述阴极液循环流速为0.01-300L/h。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术中所述旋流电渗滤回收装置，在净化处理污泥时，污泥经污泥入口流入筒体，通过旋流叶片的导流作用，使得污泥在阳极棒与内筒所围成的空间内呈旋流态，并与阳极棒充分接触，减少了污泥在阳极(即阳极棒)结垢，维持所述旋流电渗滤回收装置的稳定运行。此外，旋流有利于排出阳极附近污泥内部的气泡，保证污泥与阳极接触良好，降低电压降，提高重金属离子的去除效果。(2)与传统的施加竖向或者横向电场相比，本专利技术在旋流离心力和电场力的协同作用下，快速破坏污泥的物理形态，使污泥的包壁(本专利技术所述包壁指污泥的表面层)破裂，释放污泥中含重金属的包内水，减少了重金属离子迁移的时间，降低了能耗，提高重金属离子的去除率。(3)所述阳极棒表面的催化剂层在通电条件下催化产生羟基自由基(·OH)，羟基自由基一旦形成，就会诱发一系列的自由基链反应，催化污泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋流电渗滤回收装置，其特征在于，包括筒体、阳极棒(1)、旋流单元、过滤组合层和阴极液循环系统，所述阴极液循环系统包括阴极液室(5)和循环管路(6)，所述筒体的轴向两端分别设为污泥入口和污泥出口，所述筒体包括共中心轴线设置的内筒(2)和外筒(3)，在所述内筒(2)与外筒(3)之间沿径向由内至外依次设置过滤组合层和阴极液室(5)，在所述外筒(3)上设有与阴极液室(5)连通的阴极液入口(3.1)和阴极液出口(3.2)，所述循环管路(6)的两端分别与阴极液入口(3.1)和阴极液出口(3.2)连接，所述外筒(3)与电源的负极连接，在所述内筒(2)上排列设置多个与过滤组合层连通的通孔；/n所述阳极棒(1)设置在筒体内且二者的中心轴线重合，所述阳极棒(1)与电源的正极连接；/n所述旋流单元设置在内筒(2)内且数量为多个，多个旋流单元沿阳极棒(1)长度方向依次间隔设置，每个旋流单元均包括多个环向设置的旋流叶片(4)；/n所述过滤组合层包括远离内筒(2)设置的阳离子透过膜(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋流电渗滤回收装置，其特征在于，包括筒体、阳极棒(1)、旋流单元、过滤组合层和阴极液循环系统，所述阴极液循环系统包括阴极液室(5)和循环管路(6)，所述筒体的轴向两端分别设为污泥入口和污泥出口，所述筒体包括共中心轴线设置的内筒(2)和外筒(3)，在所述内筒(2)与外筒(3)之间沿径向由内至外依次设置过滤组合层和阴极液室(5)，在所述外筒(3)上设有与阴极液室(5)连通的阴极液入口(3.1)和阴极液出口(3.2)，所述循环管路(6)的两端分别与阴极液入口(3.1)和阴极液出口(3.2)连接，所述外筒(3)与电源的负极连接，在所述内筒(2)上排列设置多个与过滤组合层连通的通孔；
所述阳极棒(1)设置在筒体内且二者的中心轴线重合，所述阳极棒(1)与电源的正极连接；
所述旋流单元设置在内筒(2)内且数量为多个，多个旋流单元沿阳极棒(1)长度方向依次间隔设置，每个旋流单元均包括多个环向设置的旋流叶片(4)；
所述过滤组合层包括远离内筒(2)设置的阳离子透过膜(9)。


2.根据权利要求1所述的旋流电渗滤回收装置，其特征在于，所述阳极棒(1)包括金属棒本体和催化剂层，所述金属棒本体的基材为钛，其中，钛的质量分数为86％-99％，所述催化剂层设置在金属棒本体的表面上，所述催化剂层包括原料组分RuO2、IrO2和TiO2中的至少一种，所述催化剂层中原料组分RuO2:IrO2:TiO2的电镀量比为(0-2)：(0-2)：(1-10)，所述催化剂层的电镀量为0.01-0.1mol/cm2；
所述旋流叶片(4)的径向外端与内筒(2)连接而径向内端与阳极棒(1)连接。


3.根据权利要求2所述的旋流电渗滤回收装置，其特征在于，所述过滤组合层还包括过滤层(10)，所述过滤层(10)环向包裹在内筒(2)的外侧面上，所述阳离子透过膜(9)环向包裹在过滤层(10)上，且与外筒(3)相对；
所述过滤层(10)为涤纶滤布、丙纶滤布、维纶滤布中的任意一种，所述过滤层(10)的滤孔孔径为50-350μm，断裂伸长率为10％-45％，耐热性为90-180℃；
所述阳离子透过膜(9)的离子交换容量为0.8-3.5mEq/g，选择性为90％-99.99％，厚度为5-70μm。


4.根据权利要求1所述的旋流电渗滤回收装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海音，张宏伟，彭创新，王平，龚绘林，吴红辉，罗远玲，李琳，黄兢，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43