利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，包括恒流源、恒压源、电极板、多匝线圈组以及溶液循环装置，所述恒流源和多匝线圈组相连接，恒压源和电极板相连接，电极板和多匝线圈组垂直设置，所述溶液循环装置包括开口容器，开口容器置于电极板和多匝线圈组的中心位置，确保开口容器处于均匀电磁场中。本发明专利技术装置可有效分离不同的金属离子，因而可用于重金属废水的净化处理和重金属分类回收再利用；本发明专利技术装置也可以用于重金属浓度检测预处理等。

【技术实现步骤摘要】
利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置
本专利技术涉及环保
，具体涉及一种利用均匀电磁复合场处理废水中带电金属离子的装置。
技术介绍
水资源在国民经济发展和社会生产中发挥着重要的作用，同时也是人们生活中不可缺少的一部分。但是随着工农业的迅速发展，工业废水大量排放，使得水体重金属污染日益严重。重金属废水一般来源于矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业。重金属难以生物降解且易被生物吸收富集，毒性具有持续性，是一类具有潜在危害的污染物，对生态环境及人体健康造成严重的威胁。然而，重金属作为一类重要的宝贵的资源，又具有很高的使用价值。如果将废水中的重金属作为一种资源来回收，不但解决了重金属的污染，而且还具有一定的经济效益。因此，如何有效治理水体重金属污染，保护人类健康和生态环境，同时回收利用重金属，缓解我国资源和环境的压力，是当前不可忽略的问题。目前，去除废水中重金属离子的主要办法有吸附法、离子交换法、膜分离法、电化学法等传统物理、化学方法，以及植物修复法等生物方法。传统的化学方法需要化学试剂投放容易造成二次污染，植物修复法绿色环保但修复周期长，利用电、磁等物理方法处理重金属废水越来越受到研究者的青睐。目前电解法是国际上重金属废液处理工艺研究最活跃的领域之一，电解过程中离子行为有阳极过程、液相传质、阴极过程，电沉积属于其中的阴极过程。电沉积技术随着其反应器结构、电极材料的发展而不断发展：反应器由传统的二维反应器发展到三维反应器，因其更大的比表面积和更高的传质速率而具有较高的电流效率和单位时空产率，从而具有更高的金属沉积效率，2020年，张嘉恒采用石墨烯气凝胶(GA)三维电极形成阴阳极，将其用作粒子电极构筑三维电极反应器用于含亚甲基蓝污水的处理，降解率达98%，高于二维电极(89%)以及石墨烯气凝胶单纯吸附(82%)的降解率；电沉积系统的阴极从最初的石墨电极、钛电极逐步发展到现在采用纳米技术修饰的电极材料，极大的改善了电极的沉积性能，魏红利用特殊形貌的纳米材料对电极进行修饰，利用电沉积技术实现了近岸海水中低浓度微量金属元素的快速检测，其中，球形Au@MnO2修饰电极对海水中铜离子检测的线性范围为20nmol/L~1μmol/L，检测限为5nmol/L，而树枝状纳米金/多孔还原氧化石墨烯修饰电极对海水中硒的检测线性范围为3nmol/L~300nmol/L，检测限为0.9nmol/L。电沉积因具有无二次污染、简单易操作、沉淀金属可回收利用等优势被广泛应用于重金属废水处理领域，尤其是对高纯度贵金属（Au、Ag、Ni等）的回收具有很高的经济价值，因而电沉积技术在电镀、电子等行业废水资源化处理领域有很大发展前景。但是电沉积在低浓度废水的处理效果较差，而且对于混合重金属废水，不同重金属分离回收时的分离效率仍需深入研究。
技术实现思路
本专利技术提出了一种利用均匀电磁复合场处理废水中带电金属离子的装置，能够对混合重金属废水，同时去除多种重金属离子，并实现各种重金属的回收再利用，本专利技术旨在提供一种利用均匀电磁复合场处理废水中带电金属离子的循环净化装置，具有环保、高效、经济、安全等优点，适用于重金属废水净化处理。本专利技术利用一组平行电极板在废水流经的区域内生成了与流速方向垂直的均匀电场，并配合亥姆霍兹线圈在均匀电场区域内生成了与流速方向和电场方向均垂直的均匀磁场，综合了电场、磁场对带电金属离子的相互作用，可同时沉积多种重金属离子并将不同的重金属离子沉积到阴极板上不同的区域，有效提高了不同重金属的分离率，提高了重金属的回收纯度。同时，洛伦兹力和静电力共同作用于重金属离子，使其迁移速率和效率都得到了提高。实现本专利技术的技术方案是：一种利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，包括恒流源、恒压源、电极板、多匝线圈组以及溶液循环装置，所述恒流源和多匝线圈组相连接，恒压源和电极板相连接，电极板和多匝线圈组垂直设置，所述溶液循环装置包括开口容器，开口容器置于电极板和多匝线圈组的中心位置，确保开口容器处于均匀电磁场中。所述开口容器的前后两侧分别设有进水口和出水口，进水口和出水口各连接一个蠕动泵，开口容器的左右两侧分别设有左右开口，左右开口紧贴电极板设置。所述溶液循环装置还包括依次相连的蠕动泵、净化池和废液池，蠕动泵与进水口和出水口分别相连，废水通过蠕动泵循环于净化池、废液池与开口容器之间，以一定的流速多次循环穿过均匀电磁复合场。所述电极板包括正电极板和负电极板，电极板采用Chang氏电极，剖面满足。所述正电极板和负电极板平行放置，贴于开口容器的左右两侧设置，电极板间电场方向垂直于废水溶液流速方向，废水溶液流经开口容器可由左右两侧的缝隙接触阴、阳两极板，极板间电场方向垂直于废水溶液流速方向。所述多匝线圈组包括3组同轴线圈，线圈间距与线圈半径之比为3：4，流经中间线圈的电流与两边线圈电流之比为0.53。所述多匝线圈组的电流范围为0.5A~8A。所述电极板之间的电压范围为0.2V~5V。所述的装置在处理废水中带电重金属离子中的应用。本专利技术技术原理如下：废水中的带电金属离子在与电场强度和磁场强度垂直的方向进入均匀电磁场，分别受到电场和磁场的力的作用，其中电场力，洛伦兹力。在电场作用下，带正电的金属离子的运动轨迹会沿着电场线方向发生偏转；当离子速度垂直于磁场强度时，会在垂直于磁场强度的平面内做匀速圆周运动。在本专利技术装置的均匀电磁复合场中，金属离子在电场力和洛伦兹力的合力作用下在电场方向与流速方向组成的平面内做曲线运动，金属离子在电场方向上的偏转距离为，同时金属离子在流速方向上的运动距离为。本专利技术可以根据废水中金属离子的种类，调节电场强度和磁场强度的大小，调节重金属废水的流速，使重金属离子在电场和磁场的共同作用下按照预先设定的轨迹发生偏转，最终沉积在阴极板预先设定的区域内。在废水处理的过程中，洛伦兹力具有分离不同带电离子运行轨迹以及延长带电离子在净化装置中停留时间的作用，有效提高了金属离子的吸附效率，一方面为后期重金属离子检测及再利用提供了便利，另一方面增加了废水的净化率。此外，磁场处理可增加水的含氧量，从而产生杀菌效果。本专利技术装置采用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子时，在开口容器进水口和出水口分别连接蠕动泵以实现废水从存储装置到开口容器之间的循环，增加废水在均匀电磁场中的穿过次数，提高金属离子的富集效率；在两极板上加电压，带电金属离子在电场力的作用下向阴极板运动，同时在多匝线圈组中接入恒流源，在洛伦兹力作用下，带电金属离子的运动轨迹发生偏转。在电场力和洛伦兹力的双重作用下，带电金属离子的迁移速度增加，不同种类的离子因为质量或带电量的不同，其运动轨迹发生分离，最终在阴极板上获得电子，富集到阴极板的不同区域。某些工业生产中产生的工业废水，如冶金工业中产生的硫酸废液，电池工业中产生的硫酸废液等，这些废水中的重金属离子含量较高，若采用化学萃取分离方法容易造成二次污染，若采用电沉积方法无法进行有效的分离检测及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，其特征在于：包括恒流源（1）、恒压源（2）、电极板（3）、多匝线圈组（4）以及溶液循环装置，所述恒流源（1）和多匝线圈组（4）相连接，恒压源（2）和电极板（3）相连接，电极板（3）和多匝线圈组（4）垂直设置，所述溶液循环装置包括开口容器（6），开口容器（6）置于电极板（3）和多匝线圈组（4）的中心位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，其特征在于：包括恒流源（1）、恒压源（2）、电极板（3）、多匝线圈组（4）以及溶液循环装置，所述恒流源（1）和多匝线圈组（4）相连接，恒压源（2）和电极板（3）相连接，电极板（3）和多匝线圈组（4）垂直设置，所述溶液循环装置包括开口容器（6），开口容器（6）置于电极板（3）和多匝线圈组（4）的中心位置。


2.根据权利要求1所述的利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，其特征在于：所述开口容器（6）的前后两侧分别设有进水口（6-1）和出水口（6-2），进水口（6-1）和出水口（6-2）各连接一个蠕动泵（5），开口容器（6）的左右两侧分别设有左右开口（6-3），左右开口（6-3）紧贴电极板（3）设置。


3.根据权利要求2所述的利用均匀电磁场处理收集废水中带电金属离子的装置，其特征在于：所述溶液循环装置还包括依次相连的蠕动泵（5）、净化池（7）和废液池（8），蠕动泵（5）与进水口（6-1）和出水口（6-2）分别相连。


4.根据权利要求1所述的利用均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦娇，贾树恒，李辉，刘小标，祁诗阳，商俊娟，李聪，马斌强，谭明，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41