用于高价铬离子废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置

技术领域

本发明涉及一种废水回收高价铬富集电化学装置，具体涉及一种用于高价铬离子废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置。

背景技术

铬污染指铬及其化合物在环境中所造成的污染。高价铬是一种致癌物质，来源主要是工业含铬废气和废水的排放。工业废水中的铬主要是六价化合物，常以铬酸根离子存在。煤和石油燃烧的废气中，含有颗粒态铬。铬在环境中经迁移转化为不同价态的铬。例如水体中三价铬可吸附在固体物质上而存在于沉积物(底泥)中；六价铬则多溶于水中，比较稳定；但在厌氧条件下可还原为三价铬。三价铬的盐类可在中性或弱碱性溶液中水解，生成不溶于水的氢氧化铬而沉入水底。环境中的三价铬与六价铬可相互转化，所以近来倾向于用铬的总含量，而不是根据六价铬含量来规定水质标准。三价铬和六价铬对人体健康都有害。六砎铬的毒性比三价铬约高100倍，是强致突变物质，可诱发肺癌和鼻咽癌。三价铬有致畸作用。生产金属铬和铬盐过程中产生的固体废渣——铬渣，已成为铬污染的重要环境污染问题。中国规定生活饮用水标准六价铬浓度应低于0.05mg/L。地表水中铬的最高容许浓度为0.5mg/L(三价铬)和0.05mg/L(六价铬)，工业废水中六价铬及其化合物最高容许排放标推为0.5mg/L(按六价铬计)。工业部门排放的废水，是环境中铬的人为来源。工业废水中的铬主要是三价化合物。由于排放到自然环境中的三价铬有可能会转变成毒性更强的六价铬，所以对污染物排放有严格的指标控制标准。

目前含铬污水处理方法主要有药剂还原沉淀法、SO2还原法、铁屑铁粉处理法等。铬渣是在金属铬生产过程中排出的废渣，主要是重铬酸钠。铬渣大多呈粉末状，有黄、黑、赭等颜色；渣中含有镁、钙、硅、铁、铝和没有反应的三氧化二铬。

还原沉淀法是应用较为广泛的含铬废水处理方法。基本原理是在酸性条件下向废水中加入还原剂，将Cr

现有技术中，对含铬工业废水进行净化处理，将含量为10

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高价铬离子废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置，对含量为10

本发明采取以下技术方案：

一种用于高价铬离子废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置，包括一卧式箱体；所述卧式箱体包括端盖侧、集液侧、尾端出水侧；端盖侧包括插拔式电极总线102，插拔式电极总线102连接至分支电极管103，所述分支电极管103穿透一蜂窝式框架到达横卧的石英介电管104内，分支电极管103放电体在蜂窝式框架内呈模块化的蜂窝状排布；极液侧包括竖直交替布置的富集电极106与控制棒，富集电极106、控制棒各自呈点阵分布；所述控制棒由阳离子交换膜夹层构成，用于阻止金属离子在富集电极106上富集，其位于滤液中的深度不同可调节金属离子在富集电极106上富集的程度，所有控制棒构成控制棒系统105；所述端盖侧与集液侧采用所述蜂窝式框架隔开；各控制棒顶部设有螺纹调节端，卧式箱体顶部设置机械手臂，用于调节控制棒系统105中各控制棒插入滤液的深度，进而调节富集电极对金属离子的富集强度。

优选的，富集电极106采用石墨烯-毡材料，与电极插座一一配套，采用可插拔式插销结构，通过电极插座与卧式箱体壳体连接，富集电极106正反可插。

优选的，卧式箱体的壳底设有穿过驻电极体的电极插座，连接卧式箱体外壳，用于接地并接入晶体管恒电位控制器。

优选的，所述尾端出水测，设置浮板液位装置，并配备控制流出液的调节控制阀108。

进一步的，所述机械手臂为六轴机械手臂，用于调节控制棒系统，同时还配合随时插拔更换各富集电极106；整套装置由单片机控制的一体化控制器控制。

更进一步的，电化学反应的电能是由一体化控制器提供，所述一体化控制器采用JH-21C晶体管恒电位控制器，E2224 v5+控制，频率可调可设，功率10-100％可调。

更进一步的，控制棒完全插入时，由阳离子交换膜的特性，以阻止铬离子在电场作用下的富集运动，如果把控制棒拔出一点，电化学富集就开始进行，整定反应的速度达到一定的稳定值，控制棒顶部采用螺纹丝扣设计，可以通过六轴机械手臂来调节升降。

更进一步的，各分支电极管103并联，每根分支电极管103单独配有熔断保险。

更进一步的，富集电极内部面无转动部件。

本发明的有益效果在于：

1)将总电极通过保险丝连接至一千多根分支电极管，分支电极均匀分布至整个腔体空间(装在石英介电管内)，这种设置使电磁场更加均匀，有效控制分散尖端放电电流。

2)富集电极可插拔式插销设计，对应的电极插座，形成插销组合。富集电极正反可插，内部面无转动部件，表面平整好清洗。可以随时替换，而电极插座几乎不需要更换，解决了铬离子富集时，电极需要频繁拆换不方便的痛点。

3)装置顶部，富集电极与控制棒系统交替布置。一排控制棒，一排富集电极，控制棒由阳离子交换膜(夹层)构成，顶部采用螺纹丝扣设计，可以通过六轴机械手臂来准确的升降。使整个富集过程均匀彻底，速度可控；同时通过控制棒与富集电极构成点阵位置定位，可以有效的利用普通六轴机器人空间定位算法，达到软件与硬件最好的结合方式，性价比高。

4)无动力加压设备，设计紧凑，结构简单可靠。

5)富集电极采用的是光谱纯石墨烯-毡材料，废水中的铬离子被电化学富集在电极上，纤维结构比表面积高，富集周期大大缩短，能耗降低。

6)控制简单：由于恒电压装置，电流，频率可快速调整及无惯性的特点，结合PLC自动控制系统及时控制，便于工艺参数的调整和确定。

7)无需引入其他化学药品，避免二次污染。

8)端盖侧与积液侧采用蜂窝式框架隔开。端盖侧包括插拔式电极总线(研电极)，便于开盖检修；蜂窝状排布，最大限度的提高空间利用率，缩小设备体积，同时获得了良好的散热效果，电化学效率高，给放电富集提供了良好条件。

9)尾端出水测，设置浮板液位装置，一方面反馈信号给控制系统，另一方面可以便于巡检人员直观观察水位。浮板液位下方为装置出水口，配备调节控制阀，控制出水流量。

10)装置壳底设有电极插座穿过驻电极体，连接整套装置外壳接地并接入体管恒电位，不存在漏电风险。

附图说明

图1是本发明用于高价铬废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置的正面透视图。

图2是本发明用于高价铬废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置的俯视图。

图3是分离电极管的端面视图。

图4是控制棒系统的示意图。

图5是富集电极插座的俯视图。

图6是富集电极插在电极插座上的俯视图。

图7是图6中圆圈部位放大后的立体图。

图中，101.晶体管恒电位控制器，102.插拔式电极总线，103.电极管，104.石英介电管，105.控制棒系统，106.富集电极，107.电极插座，108.调节控制阀，109.定位销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见图1-图7，一用于高价铬废水净化的石墨烯-毡电极点阵富集装置，包括端盖侧，极液侧，尾端出水侧。端盖侧与积液侧采用蜂窝式框架隔开。端盖侧包括插拔式电极总线(研电极)，通过保险丝连接至分支电极丝，穿透蜂窝式框架到达石英介电管内。极液侧由富集电极与控制棒系统交替布置，富集电极采用可插拔式插销设计，通过电极插座与整套装置壳体连接，壳底设有电极插座穿过驻电极体，连接整套装置外壳接地并接入晶体管恒电位。参电极接入装置内驻电极体。尾端出水测，设置浮板液位装置，并配备流出液控制阀。

整套装置顶部设置六轴机械手臂，用于调节控制棒系统，各控制棒顶部设有螺纹调节端，卧式箱体顶部设置机械手臂，用于调节控制棒系统105中各控制棒插入滤液的深度，进而调节富集电极对金属离子的富集强度。配合随时插拔更换石墨烯-毡电极。控制棒系统与富集电极采取交替点阵布置，便于机械手臂空间定位与算法实现。

在此实施例中，参见图1-2，清质滤液通过顶端进水孔流经蜂窝式框架104，充满极液侧腔室；而完成富集的流出液连续地从浮板液位计底部的出口卸出，锥形底部，设置并调节控制阀108，控制流出液速度。并带有流量输出功能。

在此实施例中，参见图1-2，晶体管恒电位控制器101通过插拔式电极总线102，通过保险丝103连接至分支电极丝，穿透蜂窝式框架到达石英介电管104内。

在此实施例中，参见图2，富集电极106采用石墨烯-毡材料，可插拔式插销设计，通过电极插座107与整套装置壳体连接，壳底设有电极插座穿过驻电极体，连接整套装置外壳接地并接入晶体管恒辅助电位。形成均匀电场。

在此实施例中，参见图2，废水中铬离子在富集电极106上发生还原反应，并被电化学富集在石墨烯-毡电极上。

在此实施例中，参见图1-2，极液侧由富集电极106与控制棒105系统交替布置。一排控制棒，一排富集电极，控制棒由阳离子交换膜(夹层)构成，顶部采用螺纹丝扣设计，可以通过六轴机械手臂来准确的升降，控制反应速度。

在此实施例中，参见图1-2，通过不同位置的控制棒插入的深浅来调节局部电化学反应的进度，从而控制整体铬离子富集过程。

在此实施例中，参见图1-2，出水侧，通过浮板液位能直观的看到腔体水量，并通过电信号反馈至控制器，并调节控制阀108，控制流出液速度。

其中：

晶体管恒电位控制器101：如图1，电化学反应的电能是由控制器一起提供的。采用JH-21C晶体管恒电位控制器，E2224 v5+控制，频率可调可设，设备功率10-100％可调。转换常规电压和频率成为反应所需的频率和电压。

插拔式电极总线102：适电源柜输出的恒压电源通过特殊的恒压电缆和特制的恒压接头连接到端面侧入口室的总线电极上，材质采用黄金(Au)环或铂(Pt)金，外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料

电极管103：如图1，本装置器的电极丝放电体在内部呈蜂窝状排布，最大限度的提高空间利用率，缩小设备体积，同时获得了良好的散热效果，热交换效率高，给放电富集提供了良好条件。放电体是并联的，每根放电体单独配有熔断保险，极大的提高了设备的运行稳定性，避免了因一根放电体损坏而导致整机无法运行的情况。而且，熔断保险可以保护放电体不受损伤，降低用户将来的维护成本。

石英介电管104：如图3，高效石英介电管，采用硼硅酸盐，双气隙放电，采用螺旋支撑及导气装置实现对中，专有纳米涂层技术处理，实现表面一定程度自洁(1.2-2.0mm，介电常数≤4.9)，放电管直径小，发生室空间利用率高，大型设备结构紧凑。

控制棒系统105：参见图4，控制棒由阳离子交换膜(夹层)构成，用于阻止金属离子在富集电极106上富集，其位于滤液中的深度不同可调节金属离子在富集电极106上富集的程度，控制棒完全插入时，由阳离子交换膜的特性，以阻止铬离子在电场作用下的富集运动，如果把控制棒拔出一点，电化学富集就开始进行，整定反应的速度达到一定的稳定值。控制棒顶部采用螺纹丝扣设计，可以通过六轴机械手臂来准确的升降，从而达到精准控制的目的。

富集电极106：参见图5-6，富集电极采用石墨烯-毡材料，石墨烯纤维结构比表面积高，导电性能强，富集周期大大缩短，能耗降低。区别于传统的单板式固定电极，采用插拔式插销设计，与对应的电极插座107，形成插销组合。富集电极正反可插，内部面无转动部件，表面平整好清洗。可以随时替换，而电极插座几乎不需要更换，解决了铬离子富集时，电极需要频繁拆换不方便的痛点。

定位销108：参见图1，采用驻电极体材料制成，利用优异的性能效应，壳体设计驻电极体定位销110并连接参比电极,一方面在富集电极与电极插座插拔时作为定位锁定功能，另一方面作为参比电极可以反馈废水进化程度值。

本装置针高价铬离子废水，按照工业原始废液设计，选用石墨烯-毡电极，采用JH-2C晶体管恒电位，给出-1.2v左右，能有效去除废水中10

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。