镍废液电解 南昌航空大学发明新方法，助力废水处理

镍废液电解 南昌航空大学发明新方法，助力废水处理

(19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (10) 申请公开号 CN A (43) 申请公开日 2021.06.18 (21) 申请号 2.2C02F 1/32 (2006.01) C02F 1/72 (2006.01) (22) 申请日 2021.03. 101/12 (2006.01) (71) 申请人 南昌航空大学 C02F 101/20 (2006.01) 地址 江西省南昌市丰河南大街103/16号 (2006.01) (72) 发明人 邵鹏辉 余振 罗旭彪 吴振良 谢冠生 黄勇 杨黎明 石辉 (74) 专利代理机构 哈尔滨松花江专利商标事务所 23109 代理人 李洪元 (51) 国际专利 C02F 9/12 (2006.01)C25C 1/08 (2006.01)C25C 7/00 (2006.01)C02F 1/461 (2006.01)权利要求书 1页 说明书 4页 附图 3页 (54) 发明名称一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置 (57) 摘要 一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，它涉及一种处理化学镀镍废水的装置。

本发明旨在解决现有处理化学镀镍废水的方法存在的运行成本高、能耗大、二次污染、紫外灯易污染、管理复杂、处理效果不稳定等技术问题。化学镀镍废水进入电解槽后，废水中的Cl-在阳极被氧化成Cl-，Cl-进一步水解成HOCl/OCl，HOCl/OCl2经紫外光照射后转化成羟基自由基和活性氯基团，可使络合金属转化为游离金属。同时阳极氧化和紫外光解还能增强络合金属的降解，通过联合氧化降解，大大提高了络合破络效果。络合镍经络合破络后转化为游离镍离子，再经阴极还原转化为镍单质并附着在阴极板表面，实现废水中金属镍的回收。 4 0 9 7 9 2 1 1N C CN A 1/1 Page 1.一种用于处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：所述用于处理化学镀镍废水的电解/紫外装置由电解槽（1）、石英玻璃管（2）、紫外灯管（3）、阳极板（4）、阴极板（5）、螺旋滑道（6）、进水管（7）、出水管（8）、循环水泵（9）、上盖（10）和底座（11）组成；所述电解槽（1）为中空圆柱体结构，上盖（10）设置在上方形成封闭的内腔，底座（11）设置在下方； 石英玻璃管（2）垂直固定于电解池（1）内底面中央，石英玻璃管（2）顶部穿过上盖（10）并延伸至上盖（10）上部，石英玻璃管（2）顶部为敞开结构；紫外线灯管（3）垂直设置于石英玻璃管（2）内部；螺旋滑道（6）固定于石英玻璃管（2）外壁并从上至下缠绕于石英玻璃管（2）外壁，螺旋滑道（6）由底面和外侧壁组成；阳极板（4）和阴极板（5）均为结构相同的弧形板，均垂直设置于电解池（1）内。 阳极板(4)的凹面与阴极板(5)的凹面相对设置，阳极板(4)和阴极板(5)设置在螺旋滑道(6)的周边，阳极板(4)和阴极板(5)与螺旋滑道(6)外壁之间留有间隙；阳极板(4)和阴极板(5)与电解槽(1)内壁紧贴；阳极板(4)和阴极板(5)的顶部分别连接有电线，电线穿过上盖(10)，阳极板(4)连接电源正极，阴极板(5)连接电源负极，电源设置在电解槽(1)外部； 进水管（7）设置在电解槽（1）底部侧壁上，进水管（7）出水口延伸至螺旋滑道（6）底部底面；进水管（7）的进水口与循环水泵（9）出水口连接；出水管（8）的出水口设置在电解槽（1）顶部侧壁上，出水管（8）出水口与循环水泵（9）进水口连接。

2.根据权利要求1所述的一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：电解槽（1）的材质为有机玻璃。3.根据权利要求1所述的一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：阳极板（4）为钛基钌铱电极。4.根据权利要求1所述的一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：阴极板（5）为纯钛电极。5.根据权利要求1所述的一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：螺旋滑道（6）的材质为有机玻璃。6.根据权利要求1所述的一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，其特征在于：紫外灯（3）的波长为254nm，功率为21W。 22 CN A 说明书 1/4页 一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置 技术领域 [0001] 本发明涉及一种处理化学镀镍废水的装置。 背景技术 [0002] 近年来，化学镀技术以其工艺简单、实用性强及诸多优越特点而得到迅速发展。化学镀镍是一种不需外加电流，通过氧化还原反应在金属制品表面沉积一层镍的方法，广泛应用于电子、汽车、机械等各个行业。化学镀镍工艺中需要加入大量的络合剂，使镍稳定地附着在材料表面，形成稳定有效的镀层。过量的络合物会与镍离子发生反应，生成稳定的螯合物。

由于镀镍废液中含有大量的金属镍，而镍具有致癌、致敏作用，又是一种价格昂贵的贵金属，因此必须进行彻底治理后才能排放。[0003] 传统的去除金属离子的方法如吸附法、沉淀法等无法有效去除络合金属，导致废水最终不能达到相关排放标准。其他有效的处理化学电镀废水的技术如电解法、次氯酸钠法、离子吸附法、螯合剂法等虽然可以达标，但存在运行成本高、能耗大、二次污染、管理复杂、处理效果不稳定等问题。因此，一种投资少、运行成本低、稳定的新型化学镀镍废水处理方法势在必行。 目前电化学高级氧化结合紫外技术对化学镀镍废水的处理效果较好，但紫外灯易被废水污染、需经常清洗的问题尚未得到很好的解决。发明内容[0004]本发明旨在解决现有处理化学镀镍废水的方法存在的运行成本高、能耗大、产生二次污染、紫外灯易污染、管理复杂、处理效果不稳定等技术问题，提供一种处理化学镀镍废水的电解/紫外装置。[0005]本发明处理化学镀镍废水的电解/紫外装置由电解槽1、石英玻璃管2、紫外灯3、阳极板4、阴极板5、螺旋滑道6、进水管7、出水管8、循环水泵9、上盖10和底座11组成； [0006] 电解池1为中空圆柱形结构，顶部设置上盖10，形成封闭的内腔，底部下方设置底座11 ;石英玻璃管2垂直固定于电解池1内底面中央，石英玻璃管2顶部穿过上盖10并延伸至上盖10顶部，石英玻璃管2顶部为敞开结构；紫外线灯3垂直设置于石英玻璃管2内部；[0007] 螺旋滑道6固定于石英玻璃管2外壁上并从上至下缠绕于石英玻璃管2外壁，螺旋滑道6由底面和外侧壁组成； [0008] 阳极板4和阴极板5均为相同结构的弧形板，均垂直设置在电解槽1内部，阳极板4的凹面与阴极板5的凹面相对设置，阳极板4和阴极板5设置在螺旋滑梯6的周边，阳极板4和阴极板5与螺旋滑梯6外壁之间留有间隙；阳极板4和阴极板5与电解槽1内壁紧密贴合；阳极板4和阴极板5的顶部分别连接有电线，电线穿过上盖10，阳极板4连接电源正极，阴极板5连接电源负极，电源设置在电解槽1外部； [0009] 电解槽1底部侧壁上设有进水管7，进水管7出水口延伸至螺旋滑道6的33CN处，A位于说明书第2/4页底部底面；进水管7的进水口与循环水泵9的出水口连接；出水管8电解槽1顶部侧壁上设有出水管8出水口与循环水泵9的进水口连接。

本发明处理化学镀镍废水的电解/紫外装置的使用方法如下：待处理的镀镍废水经循环水泵9加压由进水口 7进入电解槽1，沿螺旋管 6流入向上，由出水管 8流出，再经循环水泵9再次流入进水口 7，如此循环运行直至镍被完全还原，由出水口 8排出。[0012]本发明的工作原理如下：[0013]如图3所示，化学镀镍废水进入电解槽1后，废水中的Cl-被阳极氧化成Cl、Cl22--，进而水解成HOCl/OCl，HOCl/OCl在紫外光照射后会转化为羟基自由基和活性氯基团，二者均有强氧化作用，能将络合的金属转化为游离金属。同时阳极氧化和紫外光解还能增强络合金属的降解，通过共氧化和降解，大大增强了分解效果，相互配合，大大提高了分解效果。络合镍分解后变成游离镍离子，再经过阴极还原变成镍单质附着在阴极板5表面，实现废水中金属镍的回收。本发明设计了旋风装置，使水流可以时时冲洗紫外灯，不会结垢。[0014]本发明的化学电镀废水处理装置具有以下有益效果：[0015]1、本发明的装置将电化学和光化学相结合，实现了装置处理一体化，实现了络合金属的同时分解和金属元素的回收，提高了废水处理的效率和效果；工艺简单，大大减少了废水处理设施的占地面积，增加了效益； [0016] 2、本发明装置通过电化学水解将化学镀镍废水中普遍存在的高浓度Cl转化为次氯酸/次氯酸根离子，无需添加氧化剂和酸碱剂，简化了处理工艺，降低了成本；[0017] 3、本发明装置在石英玻璃管2周围构建螺旋滑道6，螺旋滑道仅有底面和外侧壁，无内侧壁和顶部，通过旋风分离器对石英玻璃管2外壁进行冲洗，防止结垢，避免紫外灯长期工作时效果下降，降低后期清洗石英玻璃管2的成本；[0018] 4、本发明中复杂金属可通过阳极氧化、紫外光解和自由基氧化进行破碎，降解效果和速率大大提高。

附图简要说明[0019]图1为具体实施例一处理化学镀镍废水的电解/紫外装置示意图；[0020]图2为图1中电解槽1拆除上盖10和底座11后内部俯视图；[0021]图3为具体实施例一工作原理示意图。具体实施方式[0022]具体实施方式一：本实施例为处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，如图1-2所示，具体由电解槽1、石英玻璃管2、紫外灯3、阳极板4、阴极板5、螺旋滑道6、进水管7、出水管8、循环水泵9、上盖10和底座11组成； [0023] 电解槽1为中空圆柱形结构，顶部设有上盖10，形成封闭的内腔，底部下方设有底座11；石英玻璃管2垂直固定在电解槽1内底面中央，石英玻璃管2顶部穿过上盖10，延伸至上盖10顶部，石英玻璃管2顶部为敞开结构；紫外线灯3垂直设置在石英玻璃管2内部；44 CN A 说明书 3/4页 [0024] 螺旋滑片6固定在石英玻璃管2外壁上，自上而下缠绕在石英玻璃管2外壁上。螺旋滑片6由底面和外侧壁组成。 [0025] 阳极板4和阴极板5均为弧形板，结构相同。 它们均垂直设置在电解槽1内，阳极板4的凹面与阴极板5的凹面相对设置，阳极板4、阴极板5设置在螺旋滑片6的周边，阳极板4、阴极板5与螺旋滑片6外壁之间留有间隙，阳极板4、阴极板5与电解槽1内壁紧密贴合，阳极板4、阴极板5的顶端分别连接有电线，电线穿过上盖10，阳极板4连接电源正极，阴极板5连接电源负极。 电源设在电解槽1的外部。[0026] 电解槽1底部侧壁上设置有进水管7，进水管7的出水口延伸至螺旋滑梯6底部的底面；进水管7的进水口与循环水泵9的出水口连接；出水管8设在电解槽1顶部侧壁上，出水管8的出水口与循环水泵9的进水口连接。

本实施例的用于处理化学镀镍废水的电解/紫外装置的使用方法如下：待处理的镀镍废水经循环水泵9加压从进水口 7进入电解槽 1，沿螺旋管 6流入并向上流动，从出水管 8流出，再经循环水泵9从进水口 7再次流入，如此循环操作直至镍被完全还原并经出水口 8排出。[0029]本实施例的工作原理如下：[0030]如图 3所示，化学镀镍废水进入电解槽 1后，废水中的 Cl 经阳极氧化转化为 Cl2 2-，然后水解为 HOCl/OCl。 HOCl/OCl在紫外光照射后会转化为羟基自由基和活性氯基团，二者均具有强氧化作用，能够将络合金属转化为游离金属。同时，阳极氧化和紫外光解也能增强络合金属的降解，通过共氧化降解，大大增强了络合破环效果，相互配合，使络合镍破环效果大大提高。络合镍经络合破环后，变成游离镍离子，再经阴极还原变成镍单质附着在阴极板5表面，实现废水中金属镍的回收。[0031]具体实施例2：本实施例与具体实施例1的区别在于电解池1的材质为有机玻璃，其余与具体实施例1相同。[0032]具体实施例三：本实施例与具体实施例一、二的区别在于：阳极板4为钛基钌铱电极。

其余与具体实施例1或2相同。[0033]具体实施例4：本实施例与具体实施例1至3中任一项的区别在于，阴极板5为纯钛电极。其余与具体实施例1至3中任一项的区别在于，螺旋滑道6的材质为有机玻璃。其余与具体实施例4相同。[0035]具体实施例6：本实施例与具体实施例5的区别在于，紫外线灯管3的波长为254nm，功率为21W。 其余与具体实施例5相同。[0036] 通过以下实验验证本发明：[0037] 实验1 ：本实验为一种用于处理化学镀镍废水的电解/紫外装置，如图1-2所示，具体由电解槽1、石英玻璃管2、紫外灯3、阳极板4、阴极板5、螺旋滑梯6、进水管7、出水管8、循环水泵9、上盖10和底座11组成；[0038] 电解槽1为中空圆柱体结构，上方设置有上盖10，形成封闭的内腔，下方设置有底座11； 石英玻璃管2垂直固定在电解池1内底面中央，石英玻璃管2顶部穿过上盖10并延伸至上盖10顶部，石英玻璃管2顶部为敞开结构；紫外线灯3垂直设置在石英玻璃管2内部；55 CN A 说明书 4/4页 [0039] 螺旋滑片6固定在石英玻璃管2外壁上，自上而下缠绕在石英玻璃管2外壁上。螺旋滑片6由底面和外侧壁组成。 [0040] 阳极板4和阴极板5均为结构相同的弧形板，均垂直设置在电解池1内部。阳极板4的凹面与阴极板5的凹面相对设置。 阳极板4、阴极板5设置在螺旋滑梯6的周边，阳极板4、阴极板5与螺旋滑梯6外壁之间留有间隙，阳极板4、阴极板5与电解槽1内壁紧贴，阳极板4、阴极板5的顶端分别连接有电线，电线穿过上盖10，阳极板4连接电源正极，阴极板5连接电源负极，电源设置在电解槽1外部。[0041]电解槽1底部侧壁设置有进水管7，进水管7出水口延伸至螺旋滑梯6底部底面； 进水管7的进水口与循环水泵9的出水口相连；出水管8安装在电解槽1的顶部侧壁上，出水管8的出水口与循环水泵9的进水口相连。

[0042] 本实验采用电解/紫外装置处理化学镀镍废水的方法如下： [0043] 本实验选取某化学镀镍废水，pH=4.61，络合Ni浓度为/L。 [0044] 化学镀镍废水的处理步骤如下： [0045] 开启紫外灯3，直流电源给阳极板4和阴极板5供给10V电压，废水经循环水泵9由下端进水管7沿螺旋滑梯6引入，当水从出水管8流出时，也由循环水泵9引入进水管7，循环运行2h后，断电，取下阴极板5，刮掉其表面的金属镍。 [0046] 化学镀镍废水经本工艺处理后，络合Ni离子浓度为0.1mg/L。 [0047] 本实验的工作原理如下： [0048] 如图3所示，化学镀镍废水进入电解池1后，废水中的Cl经阳极氧化转化为Cl，Cl2 2-再水解为HOCl/OCl。HOCl/OCl在紫外光照射后会转化为羟基自由基和活性氯基团，二者均有强氧化作用，可将络合金属转化为游离金属。同时，阳极氧化和紫外光解还能增强络合金属的降解，通过共氧化降解，大大增强了络合破除效果，相互配合，使络合破除效果大大提高。 络合镍经破络后变成游离镍离子，再经过阴极还原变成镍单质附着在阴极板5表面，实现废水中金属镍的回收。

[0049] 本试验装置用于处理化学镀镍废水，处理时间为2小时，处理前后废水数据见表1： [0050] 表1 [0051] 反应前废水 反应后废水 去除率（%） pH 4.55 5.81 络合镍（mg/L） 479 80.1 99.99 COD（mg/L） 39 NH ‑N（mg/L） 244 66 CN A 规格图 177 第1/3页 CN A 规格图 288 第2/3页 CN A 规格图 399 第3/3页