CN102674590A - 双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法依次采用多介质预处理、超滤处理、一级反渗透处理和二级反渗透处理对重金属废水进行处理，废水在上述过程中经过多介质过滤、超滤膜过滤和两次反渗透膜过滤，使废水的回收率大大提高，节约了自然资源和生产成本。

Description

双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法

技术领域

本发明涉及一种重金属冶炼所产生废水的处理及回收利用方法。

背景技术

众所周知，在重金属生产过程中会使用大量的水，例如：铜铅锌冶炼过程中，并在冶炼完成后产生大量冶炼废水，目前，对这些冶炼废水通常仅经过简单重金属沉淀处理后即将其排放，回收利用率极低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法，该方法通过将重金属废水通过特定的超滤过滤膜和反渗透过滤膜，有效的减少了废水排放量，极大的提高了废水的回收率，降低生产成本和资源浪费。

为实现上述目的，本发明双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法包括下列步骤：

1)、预处理

1-1)、沉淀预处理：重金属废水被输入到预处理站中，随后进入到初级回水池中并加入次氯酸钠和絮凝剂，对重金属废水中的重金属进行沉淀；

1-2)、多介质过滤处理：经过步骤1-1处理后的废水通过提升泵，输入到多介质过滤系统中，并在多介质过滤系统中去除废水中的悬浮物、胶体及部分COD；一部分出水输入到超滤系统中进行超滤处理，另一部分作为多介质过滤反洗水使用，两者之间的比例根据多介质过滤器的水回收率确定；

2)、超滤处理：经过步骤1预处理后的废水作为上游原水进入到超滤系统中，并通过该系统中的超滤膜将上游原水中的胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物分离出来；经过超滤处理后的出水，一部分进入到后续的反渗透系统中进行反渗透处理，另一部分作为超滤反洗水使用，两者的比例根据超滤系统的回收率确定；

3)、一级反渗透处理：超滤处理出水进入到反渗透系统中进行反渗透处理，去除废水中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质。经过一级反渗透处理后的出水，达到再次利用标准的部分进入到成品水池中，另一部分为一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透装置中进行进一步处理；

4)、二级反渗透处理：一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透系统中再次进行反渗透处理，进一步去除其中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质，经过二级反渗透处理后的废水部进入成品水箱，并通过成品水泵输送至用户水池中，另一部分为二级反渗透处理浓水进入到尾矿库中。

进一步，步骤1-1中所使用次氯酸钠和絮凝剂的量，应根据重金属废水的具体情况，经过计算后确定。

进一步，所述步骤二中的超滤系统包括：以管网依次串联连接的超滤进水泵、袋式过滤器和超滤膜组；还包括用于清洗超滤膜组的超滤反洗装置和清洗装置；所述上游原水在进入到超滤膜组前首先通过袋式过滤器的过滤。。

进一步，步骤2中超滤膜为并联设置的多层超滤膜组，并且超滤膜为外压式膜。

进一步，所述改性PAN膜为 PAN外压式中空纤维膜。

进一步，步骤3中一级反渗透处理，上游原水在进入到反渗透膜组进行溶解性有机物、氨氮和盐类等物质的过滤之前，首先要在其中加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤。

进一步，步骤4中二级反渗透处理，一级反渗透浓水应首先加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤，在进入到反渗透膜组中进行过滤。

进一步，所述步骤3和步骤4中的反渗透膜组为低压抗污染反渗透膜。

进一步，所述低压抗污染反渗透膜为Polyamide Thin-Film Composite聚酰胺薄复合膜。

本发明通过双膜法对铜铅锌冶炼废水进行处理，带来了如下优点：

Ø 采用“多介质过滤”预处理工艺，有效保证后续的双膜法工艺进水水质及水量；。

Ø 采用材质为聚丙烯腈的改性PAN膜作为超滤膜，高效去除水中的悬浮物、胶体、溶解性有机物、细菌即病毒等物质，采用成熟可靠的超滤膜作为反渗透膜的预处理，为后续反渗透膜提供稳定可靠的进水水质；

Ø 采用材质为聚丙烯腈的改性PAN膜，延缓反渗透膜污染趋势，降低反渗透膜清洗频率；

Ø 采用在超滤处理后增加两道反渗透系统进行两次反渗透处理，能有效去除进水中有机物、氨氮、硬度和盐类，使绝大部分废水得到回收，并最终提供优质回用水水质；

Ø 采用抗污染低压反渗透膜，保证回用水水质，降低运行成本。

Ø 多介质回收率97.3%；超滤回收率：92.9%；整个系统回收率82.5%。

附图说明

图1为本发明铜铅锌冶炼废水的处理过程流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法的基本流程如下：

1、预处理

1-1、沉淀预处理：重金属废水1被输入到预处理站中，随后进入到初级回水池中并加入次氯酸钠和絮凝剂，对废水中的重金属进行沉淀；

1-2、经过步骤1-1处理后的废水通过提升泵，输入到多介质过滤系统中，并在过介质过滤系统中去除废水中的大部分的悬浮物、胶体及部分COD；一部分出水输入到超滤系统中进行超滤处理，另一部分作为多介质过滤反洗水使用，两者之间的比例可根据多介质过滤器的水回收率确定；另外，多介质过滤反洗水也可根据反洗水强度、反洗周期、每次反洗时间计算的平均值确定；

2、超滤处理：经过步骤1预处理后的废水作为上游原水进入到超滤系统中，并通过该系统中的超滤膜对上游原水中的胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物分离出来。经过超滤处理后的出水，一部分进入到后续的反渗透系统中进行反渗透处理，另一部分作为超滤反洗水使用，两者的比例根据超滤系统的回收率确定；另外，超滤反洗水也可根据反洗水强度、反洗周期、每次反洗时间计算的平均值确定；

3、一级反渗透处理：经过超滤处理的废水经过反渗透给水泵进入到反渗透系统中进行反渗透处理，去除废水中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质。经过一级反渗透处理后的出水，达到再次利用标准的部分进入到成品水池中，另一部分，即一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透装置中进行进一步处理；

4、二级反渗透处理，一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透系统中再次进行反渗透处理，进一步去除其中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质，经过二级反渗透处理后的废水部进入成品水箱，并通过成品水泵输送至用户水池中，另一部分，即为二级反渗透处理的浓水进入到尾矿库中。

步骤1-1中所使用次氯酸钠和絮凝剂的量，应根据冶炼废水的具体情况，经过计算后确定。步骤1-2中所采用的多介质过滤应使用两种或两种以上的过滤介质进行，例如采用无烟煤、石英砂双层滤料。

步骤2中超滤膜为并联设置的多层超滤膜组，并且超滤膜为外压式膜，优选的采用亲水性和柔韧性好的双重优势且价格优势明显材质为聚丙烯腈的改性PAN膜，例如：PAN外压式中空纤维膜。当然也可采用其他可恢复性较强的超滤膜。

步骤3中一级反渗透处理，上游原水在进入到反渗透膜组进行溶解性有机物、氨氮和盐类等物质的过滤之前，首先要在其中加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤。

步骤4中二级反渗透处理，一级反渗透浓水应首先加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤，在进入到反渗透膜组中进行过滤；并且二级反渗透系统的回收率就决定了二级反渗透系统的浓水排放量，此水量全部排入二尾矿库。

预处理步骤中所采用的多介质过滤系统主要包括：多介质过滤器本体和台多介质过滤器反洗系统。其中，多介质过滤器本体主要采用无烟煤、石英砂双层滤料对冶炼废水进行过滤，对冶炼废水，也就是原水中的悬浮颗粒、胶体及部分COD进行过滤。多介质过滤器本体的数量可根据实际处理冶炼废水的需要具体设定，多台多介质过滤器并联使用。多介质过滤器反洗系统至少包括两台反洗泵，两台反洗泵交替使用可为多介质过滤器本体提供水洗、气洗和气水联合反洗。另外，如需要，多介质过滤系统还包括原水水箱，用于调节多介质过滤系统的进水量。多介质过滤器系统中的各设备内部(包括需衬胶的内部部件)均采用有相应的耐腐蚀和耐磨的能力的衬胶进行防腐。衬胶层应完整无针孔，能接受15000伏电火花试验而不被击穿，衬胶层为两层衬里：内层3mm，外层2mm，交叉衬贴；并应延伸至外部法兰结合面。所用的胶板应采用半硬质胶，不得采用再生胶，衬胶设备应采用整体蒸汽硫化。采用多介质过滤器作为预处理，可以有效降低后续超滤膜的污染负荷，从而降低超滤膜的化学清洗频率，减少运行费用。

步骤2中的超滤系统作为反渗透系统的预处理系统，作用是去除上游原水中的悬浮物、胶体、细菌及病毒等物质，为后续反渗透系统的长期、稳定运行提供全面的保证。主要包括：以管网依次串联连接的超滤进水泵、袋式过滤器和超滤膜组；还包括用于清洗超滤膜组的超滤反洗装置和清洗装置。

为保证废水处理的连续性，提高生产效率超滤系统中至少包括并联设置的两组超滤膜组，超滤膜组中的超滤膜由于使用在废水处理系统中，所以对超滤膜的性能选择重点为其抗污染性，而考量其抗污染性的重要指标是清洗的可恢复性，清洗彻底。因此，本发明中采用的是外压式膜，优选的采用亲水性和柔韧性好的双重优势且价格优势明显材质为聚丙烯腈的改性PAN膜，例如：PAN外压式中空纤维膜。当然也可采用其他可恢复性较强的超滤膜。

超滤反洗装置和清洗装置：在过滤过程中随着固体物质的积累，流体阻力会增加，可以通过产水反向冲洗来克服这种现象。为了提高反冲洗效率，在反冲洗同时辅以空气擦洗。反冲洗按照周期方式进行，反冲洗周期根据总流量或停机时间预先设定。整套系统设计要保证在任何时间只有1套超滤系统在进行反冲洗。

超滤反洗系统包括若干反洗泵，反洗泵的数量可根据超滤膜组的数量等其他相关参数设定，但需保证至少有一台为备用泵。为保持超滤膜组件的通量，采用定时反冲洗去除超滤膜表面的污染物。反冲洗水使用超滤滤出液。一般情况下超滤反洗周期暂定为30分钟一次。

清洗装置：清洗装置通过管路与超滤膜组连接，通过阀门隔断，用于清洗超滤膜通过反冲洗不能去除的污染物。并根据超滤膜的污染情况决定是否清洗，清洗的加药种类、加药量均需根据污染情况、污染类别来确定。通常清洗方式为化学强化反冲洗/在线原位清洗（EBF/CIP）化学清洗系统进行，清洗系统主要包括：包括1套清洗水罐、1台CIP循环水泵以及柠檬酸加药系统。清洗装置与超滤膜组联通, 化学强化反冲洗EBF周期和每次所用时间要依据试验数据来确认。柠檬酸加药系统包括浓酸罐、加药箱及配套的管道、阀门及计量泵。药品配制是根据药品加药箱发出的低液位报警信号，由运行人员进行操作。柠檬酸加药系统自身具有现场人工手动设定流量的功能。

另外，超滤系统还包括超滤原水箱，该水箱设置在多介质过滤系统和超滤系统之间，可并联或串联在两者之间的管路上，设置该水箱的目的是贮存多介质过滤器的出水，作为超滤供水的调节水池使用，其有效容积可根据多介质过滤系统的出水量和超滤系统的进水量设定。箱内壁做环氧树脂玻璃钢防腐处理。

超滤进水泵

超滤进水泵为超滤系统提供稳定的压力或水量。通常每套超滤系统中包括2台以上并联设置的超滤供水泵，其中备用供水泵至少为1台，可根据超滤系统的出水量和后续系统的供水量选择供水泵的具体参数和数量。

超滤供水泵优选的采用变频控制，在系统水量有变化时，可以通过变频调节水泵的流量以满足运行能耗的最小化。

步骤3、4中的一级、二级反渗透处理中所采用的反渗透系统为相同的反渗透系统，该反渗透系统包括通过管网依次串联连接在一起的反渗透进水泵、5μm保安过滤器、反渗透高压泵、反渗透膜组。还包括用于清理反渗透膜组的反渗透清洗系统。

超滤产水箱：设置该水箱同时作为超滤系统的出水蓄水箱和反渗透步骤的供水箱使用，其作用主要为贮存超滤系统中的出水，作为超滤系统运行及超滤冲洗时的调节水池，其有效容积可根据超滤系统和反渗透系统的生产能力具体确定，池内壁做环氧树脂玻璃钢防腐处理。

反渗透加压泵：作用是为反渗透系统提供稳定的进水流量和压力。通常设置2台加压泵，每台加压水泵正常出力和扬程等参数许根据反渗透系统的工作能力具体确定。

反渗透膜组：是反渗透系统的执行机构。它主要负责脱除水中的可溶性盐份、胶体、有机物及微生物，使出水达到用户要求。反渗透膜应根据水质、同时考虑到设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水的含盐量等因素进行选择，优选的为低压抗污染反渗透膜（具体材质）。为减少废水排放量，提高系统回收率，一级反渗透浓水进入二级反渗透装置。当系统设计温度为25℃时，一级反渗透系统设计回收率65%；二级反渗透系统设计回收率50%。

本发明一级反渗透包括两套反渗透系统，二级反渗透包括一套反渗透系统，每套反渗透系统均独立运行和操作。一级反渗透中的两套反渗透系统并联设置，可同时运行，也可单独运行。两套装置两者均通过超滤产水箱连接，与超滤系统连接，而用于超滤步骤的两套超滤装置也并联设置，并在上游与超滤产水箱相连。在实际使用中，可根据超滤步骤超滤装置的使用情况设定反渗透步骤中反渗透系统的使用数量，反之亦然。例如，当其中超滤/一级反渗透系统的一套装置停运，则反渗透/超滤系统的一套装置可以相应停下来，水量容易匹配，方便控制操作。

在反渗透系统停运时，应使用反渗透系统产水自动冲洗使停运的反渗透膜和反渗透系统中的各个管道完全浸泡在淡水中，可以防止反渗透膜的自然渗透造成的膜损伤，并同时去污除垢，使反渗透系统和反渗透膜得到有效保养。

5μm保安过滤器的作用是截留上游原水所带来的大于5μm的颗粒，以防止其进入反渗透膜组中。因为这种大于5μm的颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐的情况，同时划伤高压泵的叶轮。过滤器中的滤芯为可更换卡式滤棒，当过滤器进出口压差大于设定的值：通常为0.05MPa时，应当更换。

在正常运行一定时间后，反渗透膜会受到进水中胶体或极少量溶解物的污染。需要使用清洗系统对反渗透膜进行化学清洗，以恢复膜的性能。化学清洗药剂类型取决于污染物的特性。通常低pH清洗溶液用于去除类似于矿物质结垢污染物，而高pH清洗溶液用于去除类似于油类、生物类和有机类污染物质。

反渗透清洗为手动清洗方式。化学清洗频率取决于进水中的污染条件。清洗装置包括化学清洗水箱、化学清洗泵和5μm保安过滤器。预期的清洗频率为60～90天1次。

反渗透系统控制程序为全自动化，反渗透单元运行模式即可以是全自动化模式，也可以是完全由人工操作模式，确保系统的安全。

Claims (9)

1.一种双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法，其特征在于，该工艺包括下列步骤：

1)、预处理

1-1)、沉淀预处理：铜铅锌冶炼后排放的冶炼废水被输入到预处理站中，随后进入到初级回水池中并加入次氯酸钠和絮凝剂，对冶炼废水中的重金属进行沉淀；

1-2)、多介质过滤处理：经过步骤1-1处理后的废水通过提升泵，输入到多介质过滤系统中，并在多介质过滤系统中去除废水中的悬浮物、胶体及部分COD；一部分出水输入到超滤系统中进行超滤处理，另一部分作为多介质过滤反洗水使用，两者之间的比例根据多介质过滤器的水回收率确定；

2)、超滤处理：经过步骤1预处理后的废水作为上游原水进入到超滤系统中，并通过所述超滤系统中的超滤膜将所述上游原水中的胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌和大分子有机物分离出来；经过超滤处理后的出水，一部分进入到后续的反渗透系统中进行反渗透处理，另一部分作为超滤反洗水使用，两者的比例根据超滤系统的回收率确定；

3)、一级反渗透处理：超滤处理出水进入到反渗透系统中进行反渗透处理，去除废水中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质；经过一级反渗透处理后的出水，达到再次利用标准的部分进入到成品水池中，另一部分为一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透装置中进行进一步处理；

4)、二级反渗透处理：一级反渗透处理浓水进入到二级反渗透系统中再次进行反渗透处理，进一步去除其中的溶解性有机物、氨氮和盐类等物质，经过二级反渗透处理后的废水部进入成品水箱，并通过成品水泵输送至用户水池中，另一部分为二级反渗透处理浓水进入到尾矿库中。

2.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，步骤1-1中所使用次氯酸钠和絮凝剂的量，应根据冶炼废水的具体情况，经过计算后确定。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中的超滤系统包括：以管网依次串联连接的超滤进水泵、袋式过滤器和超滤膜组；还包括用于清洗超滤膜组的超滤反洗装置和清洗装置，所述上游原水在进入到超滤膜组前首先通过袋式过滤器的过滤。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤2中超滤膜为并联设置的多层超滤膜组，并且超滤膜为外压式膜。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述改性PAN膜为 PAN外压式中空纤维膜。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤3中一级反渗透处理，所述上游原水在进入到反渗透膜组进行溶解性有机物、氨氮和盐类等物质的过滤之前，要在其中加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤4中二级反渗透处理，一级反渗透浓水应首先加入还原剂和阻垢剂，然后通过5μm保安过滤器将直径大于5μm的颗粒进行过滤，在进入到反渗透膜组中进行过滤。

8.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4中的反渗透膜组为低压抗污染反渗透膜。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述低压抗污染反渗透膜为Polyamide Thin-Film Composite聚酰胺薄复合膜。

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