CN101219838A - 一种较低浓度重金属工业废水处理的方法 - Google Patents

一种较低浓度重金属工业废水处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种较低浓度重金属工业废水处理的新方法。含重金属离子废水收集到调节水箱，加入一定量阴离子表面活性剂，达到其临界胶束浓度，使金属离子与表面活性剂胶束强化螯和；然后通过超滤膜切向流过滤，滤出水排放或回用，浓缩液循环回调节水箱，在达到一定浓缩倍率后转输到电解槽中；电解槽中金属离子还原析出，表面活性剂与金属离子脱附，回流到调节水箱重复利用。该处理工艺对低浓度工业废水中重金属离子的回收率高，能耗低，无二次污染。特别适用于含重金属污染的脱硫、电镀等工业废水。

Description

一种较低浓度重金属工业废水处理的方法
技术领域
本发明涉及一种较低浓度重金属工业废水处理的新方法，特别涉及一种表面活性剂胶束强化切向流式超滤，浓缩液电解处理回收重金属，表面活性剂与金属离子解吸可重复利用的，含重金属离子工业废水的浓缩、回收处理方法。
背景技术
重金属废水普遍存在于中国工业生产过程中，如发电厂湿法烟气脱硫、金属加工、核工业、电镀工业等，如果处理不当会对环境造成严重危害。重金属废水的处理方法有化学沉淀法、离子交换树脂法和吸附法，这些重金属废水的处理方法实际上都是一种污染转移，将废水中溶解的重金属转化成沉淀，最终以填埋方式处置。因此，重金属对环境的危害依然长期存在，常常造成对地下水和地表水的污染，对这种污染的治理常常需要付出更加昂贵的代价。
许多年来，电化学法用来精练金属或从废弃的电镀液中回收重金属，但都是回收浓溶液中的重金属，溶液的浓度较高可以获得较高的电流效率。但对于重金属废水来说，废水中重金属的浓度一般较低，如果直接用电化学法来处理，电流效率低，电能消耗高。当前，膜处理法受到普遍关注，反渗透膜法对金属离子的截留效率较高，但是需要极高的操作压力，并且膜污染及其清洗液的二次污染，都是严重的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对传统含重金属废水处理方法的污泥量大，污染转移，易造成二次污染问题，及直接电解法不适用于低浓度(几个到几十个mg/L)重金属废水的回收等缺陷，提供一种含较低浓度重金属废水有效浓缩和电解回收的方法。
胶束强化超滤与电解组合工艺，能够大大提高金属离子的去除效率。直接超滤膜法对溶解性金属离子几乎没有去除效果，但是表面活性剂胶束强化超滤有效截留了金属离子(通常去除率在99％以上)，并且保持在较低的操作压力下进行。在高剪切力的切向流作用下，浓缩液回流，对膜表面进行了冲刷，大大减轻了超滤膜的污染。同时，根据处理的废水中金属离子浓度，通过间歇式操作，可灵活调节浓缩液提高浓缩倍率。富集金属离子的浓缩液进入到电解过程，重新释放了螯和的表面活性剂和金属离子，高浓度金属离子溶液电解效率高，电流密度大，电解槽中所需水力停留时间短，在相同电解效率下，电解槽中的水力停留时间仅仅是直接电解工艺的3/10～3/16。重金属在电解槽中有效析出回收，表面活性剂与金属离子解吸后可重复利用，节约了成本，避免了二次污染。这种方法不仅可以去除废水中的单一金属离子，而且可同时去除多种金属离子。
本发明的技术方案：
一种较低浓度重金属工业废水的回收处理方法，该处理方法的具体步骤：
步骤1，将含重金属的废水收集到调节水箱，调节pH大于4。
步骤2，投加表面活性剂，投加的浓度需达到其临界胶束强化浓度；表面活性剂胶束与重金属离子强化螯和。
加入的表面活性剂是根据废水中重金属离子的正负电位，优先选用临界胶束浓度低，分子量大，电性相反的离子型表面活性剂，所采用的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。
所采用的阳离子表面活性剂为十六烷基氯化吡啶(CPCl)、十二(十四、十六)烷基三甲基溴化铵(CTABr)、十六烷基三甲基氯化铵(CTACl)或十二醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇铵(TADPS)。
步骤3，开启调节水箱至超滤膜组件间的水泵，超滤膜在0.05～0.2MPa压力下，采用切向流式过滤，水中表面活性剂与重金属的螯和物被超滤膜截留，形成的浓缩液，随切向流回到调节水箱，超滤膜滤出液达标排放或回用。
超滤膜组件采用中空纤维式或管式，膜孔径低于表面活性剂胶束尺寸0.005～0.01μm，膜材料采用疏水性材料为聚砜膜或陶瓷膜。
步骤4，超滤采用间歇式操作，当调节水箱中的浓缩液达到2～10倍浓缩倍率后，关闭调节水箱至超滤膜组件间的水泵，开启调节水箱至电解槽间的水泵，将浓缩液送入电解槽进行电解。
步骤5，在电解槽中电解，金属离子析出，表面活性剂与金属离子脱附解吸，开启电解槽与调节水箱之间的水泵，将表面活性剂回流到调节水箱中重复利用。
电解槽中未被电解析出的重金属离子，也随电解脱附释放的表面活性剂溶液返回到原水箱中闭路循环处理。
本发明的有益效果是，能够有效地回收工业废水中的重金属离子，处理后的水可排放或回用，不产生污泥，降低了对环境二次污染的风险。本发明，大大提高了电流密度和电解效率，降低了能耗，节约了成本。
附图说明
图1为一种较低浓度重金属工业废水处理的法示意图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
一种较低浓度重金属工业废水的回收处理方法，该处理方法的具体步骤：
步骤1，将含铜离子浓度为12.8mg/L的电镀废水收集到调节水箱，投加碱液NaOH，调节pH等于6。
步骤2，向废水中投加阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)8.5mM，达到其临界胶束浓度。
步骤3，开启调节水箱至超滤膜组件间的水泵，采用截留分子量8kDa的聚砜超滤膜在0.15MPa压力下过滤，切向流速1.1m/s，十二烷基硫酸钠与铜离子的螯和物被超滤膜截留，形成的浓缩液，随切向流回到调节水箱，超滤膜滤出液中铜离子去除率达99％，滤出液铜离子浓度为0.128mg/L，远低于中国的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准的0.5mg/L。
步骤4，当调节水箱中的含铜离子与十二烷基硫酸钠(SDS)胶束的浓缩液，浓缩倍率3.5倍时，关闭调节水箱至超滤膜组件间的水泵，开启调节水箱至电解槽间的水泵，将浓缩液送入电解槽中。
步骤5，在电解槽中电解，阴极为铜板，阳极为不锈钢板，电流密度为50A/m2，电解时间20min。铜离子析出，十二烷基硫酸钠与铜离子脱附解吸，开启电解槽与调节水箱之间的水泵，将含十二烷基硫酸钠的电解液回流到调节水箱中重复利用，电流效率比直接电解(未浓缩)的电流效率效率提高了3倍，表面活性剂的回收率为91％。
实施例二
该实施例的具体步骤：
步骤1，将含镉离子浓度为10mg/L和铅离子浓度为15mg/L的工业废水收集到调节水箱，投加碱液NaOH，调节pH等于11。
步骤2，向废水中投加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)8.5mM，达到其临界胶束浓度。
步骤3，开启调节水箱至超滤膜组件间的水泵，采用截留分子量20kDa的无机管式陶瓷膜在0.1MPa压力下，切向流速2m/s过滤，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与铜离子的螯和物被超滤膜截留，形成的浓缩液，随切向流回到调节水箱，超滤膜滤出液镉离子和铅离子去除率分别达99.2％和99.1％，超滤膜滤出液中镉离子和铅离子浓度分别为0.08mg/L和0.135mg/L，低于中国的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中镉离子0.1mg/L和铅离子1.0mg/L的浓度标准。
步骤4，当调节水箱中的含镉和铅离子与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)胶束的浓缩液，浓缩倍率5倍时，关闭调节水箱至超滤膜组件间的水泵，开启调节水箱至电解槽间的水泵，将浓缩液送入电解槽中。
步骤5，在电解槽中电解，电极均为不锈钢板，电流密度为60A/m2，电解时间30min。镉和铅离子析出，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与镉和铅离子脱附解吸，开启电解槽与调节水箱之间的水泵，将含表面活性剂的电解液回流到调节水箱中重复利用，电流效率比直接电解的电流效率效率提高了4倍，表面活性剂的回收率为90％。
实施例三
该实施例的具体步骤：
步骤1，将含铬酸盐(CrO4 2-、HCrO4 -)浓度为100mg/L的工业废水收集到调节水箱，原废水pH6.5，无需加碱液再调节。
步骤2，向废水中投加阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶(CPCl)10mM，达到其临界胶束浓度。
步骤3，开启调节水箱至超滤膜组件间的水泵，采用截留分子量10kDa的聚砜膜在0.07MPa压力下，切向流速1m/s过滤，十六烷基氯化吡啶(CPCl)与铬酸盐的螯和物被超滤膜截留，形成的浓缩液，随切向流回到调节水箱，超滤膜滤出液铬酸盐去除率达99.3％，滤出液总铬和六价铬浓度均为0.31mg/L，低于中国的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中总铬1.5mg/L和六价铬0.5mg/L的浓度标准。
步骤4，当调节水箱中的含铬酸盐与十六烷基氯化吡啶(CPCl)胶束的浓缩液，浓缩倍率2倍时，关闭调节水箱至超滤膜组件间的水泵，开启调节水箱至电解槽间的水泵，将浓缩液送入电解槽中；电极均为不锈钢板，电流密度为40A/m2，电解时间25min。
步骤5，在电解槽中电解，十六烷基氯化吡啶(CPCl)与铬酸盐脱附解吸，含铬离子析出，开启电解槽与调节水箱之间的水泵，将含表面活性剂的电解液回流到调节水箱中重复利用，电流效率比直接电解的电流效率效率提高了4倍，表面活性剂的回收率为88％。

Claims (3)

1.一种较低浓度重金属工业废水的回收处理方法，其特征在于：该处理方法的具体步骤：
步骤1，将含重金属的废水收集到调节水箱，调节pH大于4；
步骤2，投加表面活性剂，投加的浓度需达到其临界胶束强化浓度；表面活性剂胶束与重金属离子强化螯和；
步骤3，开启调节水箱至超滤膜组件间的水泵，超滤膜在0.05～0.2MPa压力下，采用切向流式过滤，水中表面活性剂与重金属的螯和物被超滤膜截留，形成的浓缩液，随切向流回到调节水箱，超滤膜滤出液达标排放或回用；
步骤4，当调节水箱中的浓缩液达到2～10倍浓缩倍率后，关闭调节水箱至超滤膜组件间的水泵，开启调节水箱至电解槽间的水泵，将浓缩液送入电解槽进行电解；
步骤5，在电解槽中电解，金属离子析出，表面活性剂与金属离子脱附解吸，开启电解槽与调节水箱之间的水泵，将含表面活性剂的电解液回流到调节水箱中重复利用。
2.根据权利要求1所述的较低浓度重金属工业废水的回收处理方法，其特征在于，加入的表面活性剂，根据废水中重金属离子的正负电位，优先选用临界胶束浓度低，分子量大，电性相反的离子型表面活性剂，所采用的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
所采用的阳离子表面活性剂为十六烷基氯化吡啶、十二烷基三甲基溴化铵十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或十二醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇铵；
3.根据权利要求1所述的较低浓度重金属工业废水的回收处理方法，其特征在于，超滤膜组件采用中空纤维式或管式，膜孔径低于表面活性剂胶束尺寸0.005～0.01μm，膜材料采用疏水性材料为聚砜膜或陶瓷膜。
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