一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法

2023-10-24 14:37:42 1

專利名稱：一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法
技術領域：
本發明涉及含重金屬離子電鍍廢水的處理領域，特別是一種電解處理含鋅電鍍廢
水並回收鋅的方法。
背景技術：
含重金屬離子的工業廢水排放到環境中不能被降解、易積累，危害很大。重金屬 汙染基本上都是通過廢水排放造成的，所以廢水治理技術應向循環用水和金屬回收方向發 展。治理含重金屬離子廢水的方法分為三類第一類是使廢水中重金屬離子通過發生化學 反應除去的方法，具體方法有中和沉澱法、硫化物沉澱法、化學還原法、電化學還原法、鐵氧 體共沉澱法等；第二類是使廢水中的重金屬離子在不改變其化學形態條件下進行吸附、濃 縮和分離的方法，具體有沸石吸附、膨潤土吸附、溶劑萃取法、離子交換法；第三類是藉助微 生物或植物的吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，具體方法有生物絮凝法、 生物吸附法、植物整治法等。 目前，含鋅廢水處理一般分為化學沉澱法(帶沉澱物處置)、離子交換法和萃取 法。 化學沉澱法。化學沉澱法中以中和沉澱法應用最廣泛，但由於氫氧化鋅為兩性物 質，在pH 11時，氫氧化鋅均會發生溶解，處理效果不穩定。同時用氫氧化物沉 澱法處理各類工業含鋅廢水並不單是去除鋅，當廢水中同時存在鉻酸鹽時，在沉澱鋅前必 須預先還原鉻酸鹽。而且沉澱法中若用石灰作調節劑，含高濃度硫酸鹽的廢水會出現硫酸 牽丐的共沉澱問題。且氫氧化鋅沉澱顆粒細小，難以從水中去除，從而導致化學沉澱法去除率 較低，同時存在二次汙染的問題。 離子交換法。離子交換回收方法，可作為深度處理以獲得高質量的出水或用於水 的回收和利用，離子交換法的不足之處是許多陽離子交換樹脂對常見的二價離子如&2+和 Mg2+的吸附比Zn2+更強。將酸性廢水引入鈉型離子交換柱，鹼性廢水引入氫型離子交換柱， 當出水達到控制指標時，酸性水引入氫型離子交換柱，鹼性水引入鈉型離子交換柱，繼續運 轉。交換使用多次後，樹脂交換性能明顯下降時，需對樹脂進行再生。利用循環再生法，氫離 子和鈉離子均要使離子交換樹脂的去除鋅的容量有所損失。當上述二種離子的總量為15g/ L時，會使樹脂除鋅容量降低50%。且離子交換樹脂容量小，處理成本較高。
萃取法。在萃取法中，現在比較推薦的是乳狀液膜法，該方法包括制乳、液膜萃取 以及破乳等三個過程。該技術要求這三個過程必須相互協調，才能達到穩定操作狀態，因此 設備及自動化要求程度較強，管理成本高昂，難以推廣應用。 綜上所述，現有的處理含鋅離子電鍍廢水的技術存在著工藝複雜、不易控制、具二 次汙染、去除率低等不足之處。

發明內容
本發明的目的是針對現有的處理含鋅離子電鍍廢水的技術所存在的工藝複雜、不易控制、二次汙染、去除率低的不足之處，提供一種工藝簡單、易控制、無二次汙染、去除率
高、所沉積的金屬鋅可回收利用的電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法。
本發明所採用的技術方案是通過如下方式完成的一種電解處理含鋅電鍍廢水並
回收鋅的方法，電解處理含鋅電鍍廢水是通過電解處理含鋅電鍍廢水裝置進行的，電解處
理含鋅電鍍廢水裝置包括電解槽和電解液攪拌裝置，電解槽採用玻璃電解槽，陽極採用鈦
基鉑電極，陰極採用鋅電極或石墨電極，陽極與陰極按單極並聯方式交錯布置，在電解槽頂
部設有排氣口和進料口 ，在進料口上設有閥門，在電解槽內設有pH計，在電解槽底部設有
出料口，在出料口上設有閥門；電解液攪拌裝置由pH調節槽、攪拌器、輸液管一、循環泵、輸
液管二、輸液管三組成，循環泵分別與輸液管一和輸液管二的一端相接，輸液管一一段設在
電解槽內的陽極與陰極的下方，位於陽極下方的輸液管一上開有出液孔，輸液管二的另一
端與pH調節槽的底部出液口相接，輸液管三的一端與pH調節槽的進液口相接，輸液管三的
另一端與電解槽的高液位處的出液口相接，在輸液管三上設有節流閥。
電解處理含鋅電鍍廢水的方法是電解處理前，含鋅的電鍍廢水內作為電解液放
入電解槽內，在電解液中加入鹼溶液以調節電鍍廢水的pH值，將陽極與陰極之間的間距設
置為4. 5 22mm ;電解時，通0. 9 15V直流電，陰極和陽極分別進行析鋅和析氧反應，其
電化學反應原理如下 陰極的反應為Zn2++2e— = Zn I 陽極的反應為40H—_4e— = 2H20+02個 在電解過程中，隨著陽極電解OH—放出氧氣，電解液中的pH值不斷減小，為了防止
陰極板析出的鋅再次溶解，在電解液中加入弱鹼溶液，將電解液的pH值調節至6. 0 7. 9
之間，通過計量電解液的電荷累積量，對陰極板析出的鋅加以回收利用。 在電解處理含鋅電鍍廢水的方法中，在電解處理前，在作為電解液的含鋅電鍍廢
水中加入的鹼溶液是Na2C03溶液，將電解液的pH值範圍調節至5. 5 6. 5。 在電解處理含鋅電鍍廢水的方法中，在電解液中加入弱鹼溶液的方法是採用在陽
極底部注入的方式來進行的，弱鹼溶液的加入量大於陽極電解所消耗的0H—量的一半，並小
於碳酸鋅溶度積中所含的C032—量。 在電解處理含鋅電鍍廢水的方法中，在電解液中所加入弱鹼溶液是5mol/L Na2C03 溶液。 在電解處理含鋅電鍍廢水的方法中，在電解過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累
積量確定回收陰極上析出鋅的時間，當陰極板析出的鋅達到一定厚度時，對陰極板析出的
鋅加以回收利用；其中，陰極板析出鋅的平均厚度控制在小於極板間距的3/5，從而解決了
電解過程中鋅單質不斷聚集在陰極表面導致極板短路問題，確定了鋅的回收時間。 在電解處理含鋅電鍍廢水的方法中，電解時間為0. 5 4小時。 本發明與現有的含鋅電鍍廢水的處理方法相比，具有以下特點 1、在電解處理前，加入適量的鹼溶液將廢水的pH值範圍調節至5. 5 6. 5，避免電
鍍廢水的酸性過強，阻礙陰極板電解析出鋅。 2、採用向陽極板底部注入弱鹼溶液的方式來調節廢水的pH值，弱鹼溶液的加入 量大於陽極所電解0H—量的一半，從而防止由於陽極電解0H—導致廢水pH值下降所造成的 陰極板析出鋅的再次溶解，降低陰極板電解析氫副反應211++26—= H2 t 。同時，弱鹼溶液的加入量又小於碳酸鋅溶度積中所含的CO/—量，從而避免生成難溶的碳酸鋅而難以去除。
3、在電解過程中，計量廢水的電荷累積量，當陰極板析出的鋅達到一定厚度時， 對陰極板析出的鋅加以回收利用；其中，陰極板析出鋅的平均厚度控制在小於極板間距的 3/5，從而解決了電解過程中鋅單質不斷聚集在陰極表面導致極板短路問題，確定了鋅的回 收時間。 4、陰極採用鋅電極或石墨電極，電解過程中陰極板上無鋅之外的雜質析出，從而 保證回收鋅的高純度。含鋅電鍍廢水經該工藝處理後，鋅的去除率高達97. 50 99. 99%、 出水中鋅的含量小於1. Omg/L，且pH值介於6. 0 7. 9之間，達到國家一級排放標準。
5、設備及工藝流程簡單，採用0. 9 15V的直流電源，淨化成本低，有利於實現工 業化生產。且鋅離子以單質的形式在陰極板析出，方便收集、回收利用，避免了二次汙染，完 全符合"變廢為寶、廢物資源化"原則。屬於環境友好型的淨化含鋅離子電鍍廢水的工藝流 程，極具推廣應用價值。


圖1為電解處理含鋅電鍍廢水裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
下面對照附圖，通過實施例對本發明作進一步說明。
實施例1 : 參照附圖l，一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，電解處理含鋅電鍍廢水 是通過電解處理含鋅電鍍廢水裝置進行的，電解處理含鋅電鍍廢水裝置包括電解槽1和電 解液攪拌裝置，電解槽1採用玻璃電解槽，陽極3採用鈦基鉑電極，陰極4採用鋅電極，陽極 3與陰極4按單極並聯方式交錯布置，在電解槽1頂部設有排氣口 5和進料口 7，在進料口 7 上設有閥門，在電解槽1內設有pH計6，在電解槽1底部設有出料口 8，在出料口 8上設有 閥門；電解液攪拌裝置由PH調節槽9、攪拌器10、輸液管一 11、循環泵13、輸液管二 14、輸 液管三15組成，循環泵13分別與輸液管一 11和輸液管二 14的一端相接，輸液管一 11 一 段設在電解槽1內的陽極3與陰極4的下方，位於陽極3下方的輸液管一 11上開有出液孔 12，輸液管二 14的另一端與pH調節槽9的底部出液口相接，輸液管三15的一端與pH調節 槽9的進液口相接，輸液管三15的另一端與電解槽1的高液位處的出液口相接，在輸液管 三15上設有節流閥16。 電解處理含鋅電鍍廢水的方法是含鋅濃度為50. Omg/L的電鍍廢水通過進料口 7 進入電解槽1內作為電解液2，在電解液2中加入適量的Na2C03溶液將電鍍廢水的pH值調 節至5. 5，陽極3與陰極4之間的間距為4. 5mm ;電解時，通0. 9V直流電，Na2C03溶液加入電 解液攪拌裝置的pH調節槽9內，通過電解液攪拌裝置的輸液管一 11上的出液孔12 ，在陽極 3下方緩慢加入5mol/LNa2C03溶液使電鍍廢水的pH值達到6. 0，電解時間為3小時；在電解 過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極4上析出鋅的間隔時間，當陰極4析 出鋅的平均厚度達3/5極板間距時，對陰極4析出的鋅加以回收利用；在電解過程中，陽極 3析出的氧氣從排氣口 5排出；電解結束後將經處理的電鍍廢水從出料口 8排出，測定經處 理的電鍍廢水中鋅離子的殘留量為0. 82mg/L，從而得出鋅離子的去除率為98. 36%。
實施例2 : 參照附圖1，電解法淨化含鋅離子電鍍廢水的電解處理含鋅電鍍廢水裝置與實例 1相同。電解處理含鋅電鍍廢水的方法是含鋅濃度為150. 0mg/L的電鍍廢水通過進料口 7 進入電解槽1內作為電解液2，在電解液2中加入適量的Na2C。3溶液將電鍍廢水的pH值調 節至6. 0，陽極3與陰極4之間的間距為20mm。電解時，通15V直流電，Na2C03溶液加入電 解液攪拌裝置的pH調節槽9內，通過電解液攪拌裝置的輸液管一 11上的出液孔12 ，在陽極 3下方緩慢加入5mol/L Na2C03溶液使電鍍廢水的pH值達到6. 8，電解時間為4小時；在電 解過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極4上析出鋅的間隔時間，當陰極4 析出鋅的平均厚度達1/2極板間距時，對陰極4析出的鋅加以回收利用；在電解過程中，陽 極3析出的氧氣從排氣口 5排出；電解結束後將經處理的電鍍廢水從出料口 8排出，測定經 處理的電鍍廢水中鋅離子的殘留量為0. 15mg/L，從而得出鋅離子的去除率為99. 99%。
實施例3 : 參照附圖1，電解法淨化含鋅離子電鍍廢水的電解處理含鋅電鍍廢水裝置與實例 l基本相同，其中，陰極4採用石墨電極。電解處理含鋅電鍍廢水的方法是含鋅濃度為 150. Omg/L的電鍍廢水通過進料口 7進入電解槽1內作為電解液2，在電解液2中加入適量 的Na2C03溶液將電鍍廢水的pH值調節至6. 1 ，陽極3與陰極4之間的間距為22mm ;電解時， 通10V直流電，Na^03溶液加入電解液攪拌裝置的pH調節槽9內，通過電解液攪拌裝置的 輸液管一 11上的出液孔12，在陽極3下方緩慢加入5mol/L Na2C03溶液使電鍍廢水的pH值 達到7. 0，電解時間為2小時；在電解過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰 極4上析出鋅的間隔時間，當陰極4析出鋅的平均厚度達3/5極板間距時，對陰極4析出的 鋅加以回收利用；在電解過程中，陽極3析出的氧氣從排氣口 5排出；電解結束後將經處理 的電鍍廢水從出料口 8排出，測定經處理的電鍍廢水中鋅離子的殘留量為0.21mg/L，從而 得出鋅離子的去除率為99. 86%。
實施例4 : 參照附圖1，電解法淨化含鋅離子電鍍廢水的電解處理含鋅電鍍廢水裝置與實例 1相同。電解處理含鋅電鍍廢水的方法是含鋅濃度為60. Omg/L的電鍍廢水通過進料口 7 進入電解槽1內作為電解液2，在電解液2中加入適量的Na2C03溶液將電鍍廢水的pH值調 節至6.4，陽極3與陰極4之間的間距為15mm;電解時，通6V直流電，化20)3溶液加入電解 液攪拌裝置的PH調節槽9內，通過電解液攪拌裝置的輸液管一 11上的出液孔12 ，在陽極3 下方緩慢加入5mol/L Na2C03溶液使電鍍廢水的pH值達到7. 7，電解時間為1小時；在電解 過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極4上析出鋅的間隔時間，當陰極4析 出鋅的平均厚度達1/2極板間距時，對陰極4析出的鋅加以回收利用；在電解過程中，陽極 3析出的氧氣從排氣口 5排出；電解結束後將經處理的電鍍廢水從出料口 8排出，測定經處 理的電鍍廢水中鋅離子的殘留量為0. 75mg/L，從而得出鋅離子的去除率為98. 75%。
實施例5 : 參照附圖1，電解法淨化含鋅離子電鍍廢水的電解處理含鋅電鍍廢水裝置與實例 1相同。電解處理含鋅電鍍廢水的方法是含鋅濃度為38. Omg/L的電鍍廢水通過進料口 7 進入電解槽1內作為電解液2，在電解液2中加入適量的Na2C03溶液將電鍍廢水的pH值調 節至6. 5，陽極3與陰極4之間的間距為8mm ;電解時，通2V直流電，Na2C03溶液加入電解攪拌裝置的PH調節槽9內，通過電解液攪拌裝置的輸液管一 11上的出液孔12，在陽極3下 方緩慢加入5mol/L Na2C03溶液使電鍍廢水的pH值達到7. 9，電解時間為0. 5小時；在電解 過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極4上析出鋅的間隔時間，當陰極4析 出鋅的平均厚度達3/5極板間距時，對陰極4析出的鋅加以回收利用；在電解過程中，陽極 3析出的氧氣從排氣口 5排出；電解結束後將經處理的電鍍廢水從出料口 8排出，測定經處 理的電鍍廢水中鋅離子的殘留量為0. 95mg/L，從而得出鋅離子的去除率為97. 50%。
權利要求
一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於電解處理含鋅電鍍廢水是通過電解處理含鋅電鍍廢水裝置進行的，電解處理含鋅電鍍廢水裝置包括電解槽和電解液攪拌裝置，陽極採用鈦基鉑電極，陰極採用鋅電極或石墨電極，在電解槽內設有pH計；電解液攪拌裝置由pH調節槽、攪拌器、輸液管一、循環泵、輸液管二、輸液管三組成，循環泵分別與輸液管一和輸液管二的一端相接，輸液管一一段設在電解槽內的陽極與陰極的下方，位於陽極下方的輸液管一上開有出液孔，輸液管二的另一端與pH調節槽的底部出液口相接，輸液管三的一端與pH調節槽的進液口相接，輸液管三的另一端與電解槽的高液位處的出液口相接。
2. 根據權利要求1所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 電解槽採用玻璃電解槽，陽極與陰極按單極並聯方式交錯布置，在電解槽頂部設有排氣口 和進料口 ，在進料口上設有閥門，在電解槽底部設有出料口 ，在出料口上設有閥門，在電解 液攪拌裝置的輸液管三上設有節流閥。
3. 根據權利要求1或2所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於電解處理含鋅電鍍廢水的方法是電解處理前，含鋅的電鍍廢水內作為電解液放入電 解槽內，在電解液中加入鹼溶液以調節電鍍廢水的PH值，將陽極與陰極之間的間距設置為
4. 5 22mm ;電解時，通O. 9 15V直流電，陰極和陽極分別進行析鋅和析氧反應，其電化學 反應原理如下陰極的反應為Zn2++2e— = Zn I陽極的反應為40H—-4e— = 2H20+02個在電解過程中，隨著陽極電解OH—放出氧氣，電解液中的pH值不斷減小，為了防止陰極 板析出的鋅再次溶解，在電解液中加入弱鹼溶液，將電解液的pH值調節至6. 0 7. 9之間， 通過計量電解液的電荷累積量，對陰極板析出的鋅加以回收利用。4. 根據權利要求3所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在 於在對含鋅電鍍廢水進行電解處理前，在作為電解液的含鋅電鍍廢水中加入的鹼溶液是 Na2C03溶液，將電解液的pH值範圍調節至5. 5 6. 5。
5. 根據權利要求3所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 在電解過程中，在電解液中加入弱鹼溶液的方法是採用在陽極底部注入的方式來進行的， 弱鹼溶液的加入量大於陽極電解所消耗的OH—量的一半，並小於碳酸鋅溶度積中所含的 C032--量。
6. 根據權利要求5所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 在電解液中所加入弱鹼溶液是5mol/L Na2C03溶液。
7. 根據權利要求3所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 在電解過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極上析出鋅的時間，當陰極板 析出的鋅達到一定厚度時，對陰極板析出的鋅加以回收利用；其中，陰極板析出鋅的平均厚 度控制在小於極板間距的3/5。
8. 根據權利要求7所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 電解處理含鋅電鍍廢水的電解時間為0. 5 4小時。
9. 根據權利要求4所述的一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法，其特徵在於 在電解液中所加入弱鹼溶液是5mol/L Na2C03溶液，在電解過程中，在電解液中加入弱鹼溶液的方法是採用在陽極底部注入的方式來進行的，弱鹼溶液的加入量大於陽極電解所消耗 的0H—量的一半，並小於碳酸鋅溶度積中所含的CO/——量；在電解過程中，通過計量電鍍廢水的電荷累積量確定回收陰極上析出鋅的時間，當陰極板析出的鋅達到一定厚度時，對陰極板析出的鋅加以回收利用，其中，陰極板析出鋅的平均厚度控制在小於極板間距的3/5 ;電解處理含鋅電鍍廢水的電解時間為0. 5 4小時。
全文摘要
本發明是一種電解處理含鋅電鍍廢水並回收鋅的方法。本發明具有工藝簡單、無二次汙染、去除率高、所沉積的金屬鋅可回收利用的特點。本發明電解處理含鋅電鍍廢水是通過電解處理含鋅電鍍廢水裝置進行的，電解處理含鋅電鍍廢水裝置包括電解槽和電解液攪拌裝置，陽極採用鈦基鉑電極，陰極採用鋅電極或石墨電極，在電解槽內設有pH計。電解處理含鋅電鍍廢水的方法是電解處理前，含鋅的電鍍廢水內作為電解液放入電解槽內，在電解液中加入鹼溶液以調節電鍍廢水的pH值；在電解過程中在電解液中加入弱鹼溶液，將電解液的pH值調節至6.0～7.9之間，通過計量電解液的電荷累積量，對陰極板析出的鋅加以回收利用。
文檔編號C02F101/20GK101717134SQ20091015476
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月4日 優先權日2009年12月4日
發明者包建松, 岑豔, 張素娟, 李小忠, 王瓊, 蘇曉梅 申請人:浙江師範大學