CN101891280B - 一种处理重金属废水化学沉淀后的固液分离系统以及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重金属废水化学法处理后的固液分离系统及分离方法，提供一种高效且分离效果较好，且可连续操作的固液分离方法。该固液分离系统包括膜组件产水管路和反冲洗管路：膜组件产水管路由内置于膜滤区的膜组件、膜组件产水管道(1)、电接点压力表(3)、抽吸泵(4)、产水管道(2)连接组成；反冲洗管路由反冲洗水泵(10)、反冲洗管道(5)、电接点压力表(3)、膜组件产水管道(1)连接组成。膜组件由膜箱(7)与膜材料(8)组成；膜材料为孔径0.01--10um的板式或中空纤维微滤或超滤膜材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属废水处理系统以及方法，尤其是涉及一种重金属废水化学法处理后的固液分离系统以及处理方法。
背景技术
重金属易通过食物链而生物富集，构成对生物和人体健康的严重威胁。如何有效地治理重金属废水污染已成为人类共同关注的问题。目前重金属废水常用处理方法有物理法、化学法及生物法。其中物理法，如离子交换受交换剂品种、产量和成本的影响而限制了其大规模使用，化学法及膜分离技术成为重金属废水处理的主流。
(1)化学法
化学沉淀成为重金属废水处理的主流，其主要工艺流程为：通过向重金属废水中加入碱，根据不同类型重金属形成氢氧化物沉淀的最佳pH，调节重金属废水PH值，形成氢氧化物沉淀，并通过进一步投加混凝剂及絮凝剂，将细小颗粒的重金属氢氧化物沉淀在絮凝剂的作用下形成大颗粒固体悬浮物后在沉淀池沉淀分离。制约该方法的处理效率关健是重金属氢氧化物沉淀后的泥水分离，以斜板沉淀池为例，其设计负荷仅能取0.3～0.6m3/m2·h，导致该处理工段占地大，处理效率低，且仅在加入絮凝剂情况下沉淀下来的重金属污泥能达到10000mg/L的浓度，但由于混凝剂及絮凝剂的加入，带入了新的金属离子，使得重金属污泥的纯度降低，降低了回收价值。
(2)膜分离法
针对现有重金属废水化学沉淀后的泥水分离难题，国外提出了一种新的分离技术-TMF连续微滤技术。连续微滤技术的主要技术原理是通过采用管式微滤膜错流式过滤原理，泥水混合物在水泵作用下以3-5m/s在管式微滤系统中高速循环，泥水混合物中的水则穿过膜孔而排出，粒径大于膜孔的固体颗粒物则被截留，连续微滤膜的孔径一般小于0.1μm，可以从原水中除去大于0.1μm的颗粒不纯物，实现污泥高浓度浓缩，但该分离方法需要将泥水混合物在循环泵作用下以进行大比例回流，运行能耗很高，吨水电耗达1.0～2.0Kw·h/m3，且其采用外置式安装，需要设计单独的连续微滤间，工艺程序复杂，制约了其大规模推广应用。
为此，针对现有重金属废水处理过程中泥水分离技术存在的问题和不足，迫切需要一种经济、高效的固液分离方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有重金属废水化学法处理后固液分离技术存在的缺陷，提供一种高效且分离效果较好，且可连续操作的固液分离方法。
本发明一种重金属废水化学法处理后的固液分离系统，包括膜组件产水管路、反冲洗管路。
所述的膜组件产水管路由内置于化学法反应区内的膜组件、膜组件产水管道1、电接点压力表3、抽吸泵4、抽吸泵进水管道2连接组成。
所述的反冲洗管路由反冲洗水泵10、反冲洗管道5、电接点压力表3、膜组件产水管道1连接组成。
上述内置于膜滤区的膜组件，其由膜箱7与膜材料8组成。
所述膜材料为板式或中空纤维微滤及超滤膜材料，膜孔径0.01--10μm。
膜材料的孔径是决定本方法膜分离系统实施效果的唯一选取技术参数，与膜材料材质无关，可以为无机膜或有机膜。
本发明的固液分离方法包括以下步骤：
1)化学沉淀反应后的重金属泥水混合物进入膜滤区6，在抽吸泵4的抽吸作用下，污水中的重金属不容盐悬浮颗粒物被膜材料8截留于膜滤区，清水则进入膜材料8内部，通过膜组件产水管路1、电接点压力表3、抽吸泵进水管道2、抽吸泵4后进入清水区9；
2)当抽吸过程持续8～15分钟后，抽吸泵4停止工作，反冲洗水泵10开启，将清水区9中的膜滤后清水通过反冲洗管路5、电接点压力表3、膜组件产水管道1逆向泵入膜材料8内部，由内往外对膜材料8进行清水反冲洗，反冲洗操作持续时间为1～3分钟；
3)当膜滤区6中重金属污泥浓度达到10～20g/L时，则将膜滤区中污泥排放或回收重金属资源。
上述所述的重金属废水泵入膜滤区后，在膜滤区6中加入单一化学沉淀剂氢氧化物或硫化物，保证化学沉淀后重金属固体悬浮物的纯度；
本发明所述抽吸泵吸程为1～5m，正常工作抽吸压力为0.01～0.05Mpa，其通过接在抽吸泵进水管路上的电接点压力表显示实时抽吸压力值；
本发明所述反冲洗水泵扬程为1-5m，清水区清水经反冲洗水泵加压后，通过反冲洗管路输送至微滤或超滤膜材料内部，由内而外对膜材料进行清水反冲洗；
上述所述的反冲洗时间与抽吸时间分别为：抽吸8～15min，反冲洗1～3min；
上述所述的膜滤区重金属悬浮物浓度当大于10000mg/L时，则膜滤区浓缩后高浓度悬浮态固体重金属混合液加压泵入100目以上固液分离设备进行固液分离，回收高纯度重金属。
本发明通过将孔径0.01--10μm的板式微滤膜或中空纤维微滤膜或超滤膜材料引入重金属废水处理领域，重金属废水中的重金属离子与氢氧根及其它阴离子化学反应后形成不溶性金属盐，其粒径大于10μm，在内置于膜滤区的膜材料截留作用及吸程为1～5m的抽吸泵抽吸负压作用下，重金属不溶盐被截留在反应器内，而高质量的产水则通过膜组件产水系统不断排出系统外，重金属不溶盐不断富集积累，可浓缩至金属盐浓度为10000～20000mg/L，吨水运行能耗仅0.1～0.2Kw·h/m3。当金属盐的浓度达到10000～20000mg/L时则进行一次浓液回收操作，含有高浓度重金属成分的浓液可进行资源化回收利用。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
通过采用板式或中空纤维微滤及超滤膜分离技术取代重金属废水化学处理法中的重力沉降及连续微滤固液分离技术，解决了现有方法对污水中悬浮物重力沉降性能要求高的缺陷，大大提高了固液分离的效果及浓缩倍数，且技术易集成和实现高度自控，相比连续微滤技术，运行能耗降低90％，且固液分离过程中不需要投加混凝剂及絮凝剂，药剂消耗大幅度降低，是一种适合重金属废水化学处理后泥水高效分离的理想技术。
以进水SS浓度为250mg/L的化学沉淀反应后的重金属废水为进水水源，本具体实施方式与现有固液分离技术相比，运行数据如下表所示：
附图说明
图1实施方式一工艺流程图；
图2实施方式一膜过滤系统结构图；
图3实施方式一采用板式微微滤或超滤膜材料的膜过滤系统结构图；
图4实施方式一采用板式圆形板式微滤或超滤膜材料的膜过滤系统结构图；
图5实施方式一采用中空纤维微滤或超滤膜材料的膜过滤系统结构图。
具体实施方式
实施例一
某电镀企业酸性镀铜工序产生的含铜废水，其铜离子浓度100mg/L左右，采用面积为6平方米、孔径10μm的方形板式微滤膜11进行过滤分离，膜材料材质为聚偏氟乙烯(PVDF)。含铜废水中的铜离子在pH大于9的情况下，与氢氧根反应形成氢氧化铜沉淀，泥水混合物进入膜滤区。氢氧化铜固体颗粒物在板式膜材料的截留作用下不断富集积累，浓度不断升高。膜过滤系统的运行参数为抽吸时间8min，反冲洗时间为1min，抽吸泵吸程为1m，反冲洗泵的扬程为1m。当系统中的污泥浓度达到20000mg/L时，则将系统中污泥泵入滤布孔径为100目的板框压滤机进行泥水分离，分离后的泥饼即为高纯度的氢氧化铜沉淀，可直接回收铜。
实施例二
某线路板生产企业排放的含镍废水，镍离子浓度为20～40mg/l，采用孔径2um，直径为110mm的圆形板式微滤膜(12)进行过滤分离，膜材料材质为聚氯乙烯(PVC)。含镍废水通过加入碱将废水的pH值调整至5～6后，镍离子与氢氧根反应形成氢氧化镍沉淀，泥水混合物进入膜滤区。氢氧化铜固体颗粒物在膜材料截留作用下不断富集积累，浓度不断升高。膜过滤系统的运行参数为抽吸时间12min，反冲洗时间为2min，抽吸泵吸程为3m，反冲洗泵的扬程为4m。当系统中的污泥浓度达到20000mg/L时，则将系统中高浓度氢氧化镍污泥泵入滤布孔径为110目的板框压滤机进行泥水分离，分离后的泥饼即为高纯度的氢氧化镍沉淀，可直接回收镍。
实施例三
某电镀生产企业排放的含铬废水，六价铬离子经氧化还原为三价铬离子后，浓度为10～20mg/l，采用直径为185mm、孔径0.4μm的圆形板式微滤膜12进行过滤分离，膜材料材质为聚醚砜(PES)。含三价铬的重金属废水通过加入碱将废水的pH值调整至10～11后，铬离子与氢氧根反应形成氢氧化铬沉淀，泥水混合物进入膜滤区。氢氧化铬固体颗粒物在膜材料截留作用下不断富集积累，浓度不断升高。膜过滤系统的运行参数为抽吸时间10min，反冲洗时间为3min，抽吸泵吸程为5m，反冲洗泵的扬程为5m。当系统中的污泥浓度达到20000mg/L时，则将系统中高浓度含铬污泥外排。
实施例四
某电镀生产企业排放的含铜废水，浓度为10～20mg/l，采用板式微滤膜进行过滤分离11，膜材料孔径为0.01μm，材质为聚偏氟乙烯(PVDF)。含铜废水通过加入碱将废水的pH值调整至10～11后，铬离子与氢氧根反应形成氢氧化铜沉淀，泥水混合物进入膜滤区。氢氧化铜固体颗粒物在膜材料截留作用下不断富集积累，浓度不断升高。膜过滤系统的运行参数为抽吸时间15min，反冲洗时间为1min，抽吸泵吸程为3m，反冲洗泵的扬程为3m。当系统中的污泥浓度达到20000mg/L时，则将系统中污泥泵入滤布孔径为100目的板框压滤机进行泥水分离，分离后的泥饼即为高纯度的氢氧化铜沉淀，可直接回收铜。
实施例五
某电镀生产企业排放的电镀漂洗废水，浓度为40～60mg/l，采用中空纤维微滤膜13进行过滤分离，膜材料孔径为0.01μm，材质为聚偏氟乙烯(PVDF)。含铜漂洗废水通过加入硫化钠将废水的pH值调整至10～11后，铜离子与硫离子反应形成硫化铜沉淀，泥水混合物进入膜滤区。硫化铜固体颗粒物在膜材料截留作用下不断富集积累，浓度不断升高。膜过滤系统的运行参数为抽吸时间15min，反冲洗时间为1min，抽吸泵吸程为3m，反冲洗泵的扬程为5m。当系统中的污泥浓度达到20000mg/L时，则将系统中污泥泵入滤布孔径为100目的板框压滤机进行泥水分离，分离后的泥饼即为高纯度的硫化铜沉淀，可直接回收铜。
Claims (3)
1.一种处理重金属废水化学沉淀后的固液分离方法，包括以下步骤：
1)、在膜滤区(6)加入沉淀剂氢氧化物或硫化物，与重金属废水反应形成重金属泥水混合物；
2)、重金属泥水混合物在抽吸泵(4)的抽吸作用下，污水中的重金属不溶盐悬浮颗粒物被膜材料(8)截留于膜滤区，清水则进入膜材料(8)内部，通过膜组件产水管道(1)、电接点压力表(3)、抽吸泵进水管道(2)、抽吸泵(4)后进入清水区(9)；
3)、当抽吸过程持续8～15分钟后，抽吸泵(4)停止工作，反冲洗水泵(10)开启，将清水区(9)中的膜滤后清水通过反冲洗管路(5)、电接点压力表(3)、膜组件产水管道(1)逆向泵入膜材料(8)内部，由内往外对膜材料(8)进行清水反冲洗，反冲洗操作持续时间为1～3分钟；
4)、当膜滤区(6)中重金属污泥浓度达到10-20g/L时，则将膜滤区中污泥排放或回收重金属资源；
所述膜组件由膜箱(7)与膜材料(8)组成，膜材料为孔径0.01--10um的板式或中空纤维微滤或超滤膜材料。
2.根据权利要求1所述的处理重金属废水化学沉淀后的固液分离方法，其特征在于：所述抽吸泵吸程为1--5m，抽吸压力0.01--0.05Mpa。
3.根据权利要求1所述的处理重金属废水化学沉淀后的固液分离方法，其特征在于：反冲洗水泵扬程为1--5m。
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