CN102351352A

CN102351352A - 一种电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法

Info

Publication number: CN102351352A
Application number: CN2011101845092A
Authority: CN
Inventors: 徐晓军; 施国飞; 陈晓鸿; 黄昌元; 黄卫忠; 韦建初; 刘宇奇; 聂磊; 安正阳
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102351352B

Abstract

本发明涉及一种电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法，属于环境保护技术领域，特别是冶金和矿山行业含重金属废水膜浓缩液的处理。本发明技术特点是含重金属的矿冶废水深度处理过程中的膜浓缩液被收集后，进入到电渗析系统进行进一步浓缩处理，达到一定的浓缩倍数后再进入高效蒸发系统进行处理。电渗析和高效蒸发产生的淡水收集后回用或排放，产生的结晶固体物进行资源综合利用或再处理。该工艺操作方便、节能、占地面积小、无环境污染、处理成本较低，具有广泛的应用前景，能够实现含重金属膜处理浓盐水的“零”排放，从而真正达到含重金属废水处理的“零”排放。

Description

一种电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及工业废水及高盐度含重金属的矿冶废水经过“膜法深度处理”后产生的膜过滤浓缩液的处理问题，特别是涉及高盐度含重金属矿冶废水膜浓缩液的处理。

背景技术

重金属废水是指冶金、采选、电镀、化工等行业生产过程中工排出的含有大量重金属的工业废水。主要有矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂制酸和车间排水、有色金属加工厂酸洗废水和车间排水、电镀厂镀件电镀废水和车间排水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等含重金属工业废水。废水中的重金属一般不能被分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态。重金属(如含铅、镉、铜、汞、锌等)废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。目前在含重金属废水的实际处理应用中广泛采用超滤、纳滤、反渗透等膜处理工艺对废水进行深度处理。本申请中涉及的膜浓缩液主要是指超滤、纳滤、反渗透膜浓缩液。

矿冶废水膜深度处理工艺产生的浓缩液水量较大，约占处理水量的15％～20％。矿冶废水膜处理浓缩液，属高盐度、含重金属的无机废水，其中含有少量各类重金属和其他离子，如Cu、Pb、Zn、Cd、As、Fe、Ca、F、Cl等，处理难度大，限制了“膜处理”工艺在工业矿冶废水处理中的应用与发展。因此，快速、有效、经济地对工业冶炼废水的膜浓缩液，特别是含重金属的高盐度膜浓缩液进行蒸发结晶处理和盐的回收，对重金属的有效处置和膜处理技术的推广具有重要作用。

一般纳滤及反渗透浓水的典型方法处置有：(1)深井注射；(2)喷灌；(3)废水处理装置；(4)热蒸发；(5)曝晒蒸发池；(6)排水区和井；(7)废水池储存。但浓缩液中含盐量很高，应回收利用；重金属离子的含量也不能达到排放标准，所以不能直接排放。目前，工业冶炼废水膜浓缩液的主要处理方法为返回法和蒸发法，其它处理方法鲜有报道。但是这两种方法都存在一定缺点和局限性。返回法会使有些污染物循环积累，降低膜处理系统的寿命，并有可能使废水处理系统提前进入“老龄化”。由于膜浓缩液含水量大，一般的蒸发法由于能耗高、处理速度过慢，难以推广；即使是采用高效蒸发处理矿冶含重金属废水膜浓缩液，同样存在处理费用高的问题。因此，研究和开发浓缩液经济、有效的处理方法迫在眉睫。

研究表明，采用“电渗析+高效蒸发”联合法处理工业矿冶含重金属废水膜浓缩液，在脱除盐分的同时也能去除重金属，能够提高水的回用率，回收废水中的盐可进行资源化利用，且此联合的技术方法经济可行，可利用生产余热提高经济效益。另外，还尚未见到与本申请相类似的(采用电渗析-高效蒸发器组合法处理工业矿冶废水膜浓缩液)研究和应用报道。

电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。电渗析淡化器，就是利用多层隔室中的电渗析过程达到使水除盐的目的。电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过；阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔室组成，故淡化室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡化。

高效蒸发器有单效蒸发器、多效蒸发器和各种高效蒸发设备。多效蒸发是将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，实现蒸汽的多效利用，称多效蒸发操作。每一效蒸发器蒸发产生的二次蒸汽又提供给下一效蒸发器利用，使蒸汽热能得到多次利用。当蒸发器蒸发料液使溶质在浓溶液中达到最高溶解度(或以上)时，料液中的溶质开始连续析出，即连续结晶。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术之不足，提供一种电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法，本发明方法具有操作方便、节能、占地面积小、环境污染小、成本相对较低的优点，具有广泛的应用前景。同时，采用“电渗析(ED)+高效蒸发”技术实现含重金属浓盐水处理与利用的“零”排放，从而真正达到冶金和矿山行业含重金属废水处理的“零”排放。

本发明电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法，其特征是，含重金属矿冶废水膜过滤浓缩液被收集后，先调整浓缩液pH值在7.5～9.5之间，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，利用半透膜的选择透过性，使重金属离子和盐离子从溶液中分离出来，含重金属废水更进一步浓缩1～5倍后的浓水再进入高效蒸发系统蒸发处理，高效蒸发器可以在35℃左右的低温进行连续蒸发和结晶；电渗析系统产生的淡水可回用生产、排放或再进行处理；高效蒸发产生的淡水收集后回用或排放，产生的结晶固体综合利用或再处理。

所采用的电渗析器有无极水电渗析、无隔板电渗析、倒极电渗析、卷式电渗析、填充床电渗析、液膜电渗析和双极膜电渗析，可按废水水质特征来选择不同的电渗析器。

电渗析膜可以采用连续或间断的反冲洗、酸洗、碱洗、超声波、脉动清洗、电流倒极电脉冲除垢、蒸汽清洗方法防治膜污染，这些方法在防治电渗析膜污染中根据是实际工作需要可以单独使用，也可以联合使用。

根据电渗析膜性质要求和待处理浓缩液水质情况，在电渗析运行时可以根据实际工作的需要加入适量的阻垢剂，也可以不投加阻垢剂；阻垢剂可以是适用于处理废水水质特征的各类阻垢剂。

电渗析系统根据废水水质特征不同，可以是单级电渗析处理，也可以多级电渗析处理，电渗析系统和高效蒸发器可以任意适合的方式联合运用。

膜过滤浓缩液进入电渗析处理前和电渗析浓缩液进入高效蒸发系统处理前，其浓缩液可以不经过处理，也可以对浓缩液进行预处理后再进行电渗析或高效蒸发系统处理，预处理方法包括浓缩液pH值调整、隔渣、沉淀、絮凝沉淀、曝气、化学氧化及还原处理、电化学处理、固液分离和预热。

和现有技术相比，本发明具有如下优点或积极效果：

1、与单一的高效蒸发相比，首先由电渗析系统将含重金属的浓盐水浓缩1～3倍以上后，减少了高效蒸发的处理量，从而大大降低了含重金属浓盐水的处理成本。

2、本发明可结合利用太阳能、地热、工厂废热、余热等热源为电渗析和多效蒸发的部分能源。

3、电渗析产生的淡水接近于纯水，可用于工厂工艺或其他生产用水，提高了水的利用率。

4、含重金属浓盐水中含有的重金属和盐经过系统后结晶为固体，易于资源化利用或后续处理。

5.、该工艺操作方便、节能、占地面积小、环境污染小、成本低廉，具有广泛的应用前景。

6.、实现含重金属膜处理浓盐水的“零”排放，从而真正达到冶金和矿山行业含重金属废水处理的“零”排放。

附图说明

图1为本发明技术的流程图。

具体实施方式

本发明可以用于去除含重金属的在矿山废水、冶炼废水、电镀废水、处理过程中产生的含重金属膜浓缩液。含重金属浓盐水被收集后，进入到电渗析浓缩系统处理，达到一定的浓缩倍数后进入多效蒸发系统。电渗析和多效蒸发产生的淡水收集后回用，产生的结晶固体综合利用或再处理。整个工艺实现污染物的“零”排放。

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

某铅锌冶炼厂废水，处理工艺以石灰(石)中和+氧化絮凝+电化学+膜法处理为主，纳滤和反渗透膜过滤浓缩液，其水质指标：Pb：0.4774mg/l、Zn：0.0402mg/l、Cd：0.1898mg/l、As：0.015mg/l、F：42.09mg/l、Cl：11316mg/l、Na：8759mg/l。先调整浓缩液pH到9，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，采用3级连用的填充床电渗析系统进行进一步浓缩试验，运用聚四氟均相阳、阴膜(F46)。控制参数：浑浊度：＜3mg/l；耗氧量：＜3mg/l(KMnO4)；铁、锰含量：铁：＜0.3mg/l，锰：＜0.1mg/l；进水污泥密度指数(SDI)：＜5；游离氯(Cl2)：＜0.3mg/L；电流效率：2～30us/cm；电场作用时间在15～20min；间隔约15分钟做一次脉冲保证膜通量。处理后脱盐率在99％以上，对重金属的截留率也在99％以上。出水水质达排放标准，回用作车间生产用水。电渗析系统停止运行时，保养维护用反冲洗、酸洗、超声波法对其清洗。电渗析浓缩液再经过三效蒸发器蒸发结晶回收盐和有用物质；蒸汽冷却水已达到超纯水，用作锅炉用水。废水处理完全，实现了资源的回收利用和出水100％的回用。

实施例2

某铜矿山含重金属酸性废水，处理工艺以石灰(石)中和+氧化絮凝+膜法处理为主，膜(纳滤+反渗透)过滤浓缩液，其水质指标：Cu：1.31mg/l、Pb：0.174mg/l、Zn：0.063mg/l、Fe：0.820mg/l、Cl：8975mg/l、Na：6849mg/l。进行了化学氧化还原和预热处理后，先调整浓缩液pH到7.5，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，采用单级的倒极电渗析系统进一步进行浓缩试验，运用涂浆法过氯乙烯阳膜(DS-SO2)。每运行15～20min，正负电极极性相互倒换，能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜的工作效率和长期稳定及出水水质和水量。控制参数：浑浊度：＜3mg/l；耗氧量：＜3mg/l(KMnO4)；铁、锰含量：铁：＜0.3mg/l，锰：＜0.1mg/l；进水污泥密度指数(SDI)：＜3；游离氯(Cl2)：＜0.2mg/L；电流效率：2～30us/cm；电场作用时间在15～20min；间隔约15分钟做一次脉冲保证膜通量。处理后脱盐率在99.2％以上，对重金属的截留率也在99％以上。出水水质达地表水三类标准，回用作锅炉和车间生产用水。电渗析系统停止运行时，保养维护用反冲洗、碱洗、电流倒极电脉冲除垢和脉动清洗法对其清洗。电渗析浓缩液再经过高效蒸发器蒸发结晶回收盐和有用物质；蒸汽冷却水已达到超纯水，用作锅炉用水。工厂废水处理完全，实现了资源的回收利用和出水100％的回用。

实施例3

某铜冶炼厂废水，处理工艺以石灰中和+硫化沉淀+膜法处理为主，纳滤和反渗透膜过滤混合浓缩液，其水质指标：Cu：0.284mg/l、Pb：0.184mg/l、Zn：0.1548mg/l、Cd：0.0427mg/l、As：0.028mg/l、F：30.16mg/l、Cl：5425mg/l、Na：4152mg/l。进行了必要的隔渣、沉淀、絮凝沉淀处理后，先调整浓缩液pH到8，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，采用三级连用的双极膜电渗析系统进一步进行浓缩试验，运用聚乙烯异相离子交换膜。控制条件：(1)浊度≤0.3mg/l；(2)耗氧量≤2mg/l；(3)游离氯＜0.2mg/l；(4)含铁量＜0.3mg/l；(5)含锰量＜0.1mg/l；(6)水温在5～40℃；；(8)污染指数SDI＜5；电流效率：2～30us/cm；电场作用时间在15～20min；电场作用时间在约20min；加入适宜阻垢剂进行浓缩。处理后脱盐率在99.5％以上，对重金属的截留率也在97％以上。出水水质达排放标准，回用作车间生产用水。电渗析系统停止运行时，保养维护用反冲洗、超声波法和脉动清洗法对其清洗。电渗析浓缩液再经过四效蒸发器蒸发结晶回收盐和有用物质；蒸汽冷却水已达到超纯水，用作锅炉和车间生产用水。废水处理完全，实现了资源的回收利用和出水100％的回用。

实施例4

某铅锌冶炼厂废水，处理工艺以石灰(石)中和+氧化絮凝+电化学+膜法处理为主，纳滤膜过滤浓缩液，其水质指标：Pb：0.384mg/l、Zn：0.0848mg/l、Cd：0.0347mg/l、As：0.018mg/l、F：34.16mg/l、Cl：7425mg/l、Na：5152mg/l。先调整pH值为9.5，预热处理后，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，采用两级的无极水电渗析系统进一步进行浓缩试验，运用聚乙烯异相离子交换膜。控制条件：(1)浊度≤0.3mg/l；(2)耗氧量≤2mg/l；(3)游离氯＜0.2mg/l；(4)含铁量＜0.3mg/l；(5)含锰量＜0.1mg/l；(6)水温在5～40℃；；(8)污染指数SDI＜5；电流效率：2～30us/cm；电场作用时间在15～20min；电场作用时间在约20min；加入适宜阻垢剂进行浓缩。处理后脱盐率在99.5％以上，对重金属的截留率也在95％以上。出水水质达排放标准，回用作车间生产用水。电渗析系统停止运行时，保养维护用反冲洗、酸洗、和蒸汽清洗法对其清洗。电渗析浓缩液再经过四效蒸发器蒸发结晶回收盐和有用物质；蒸汽冷却水已达到超纯水，用作锅炉和车间生产用水。废水处理完全，实现了资源的回收利用和出水100％的回用。

实施例5

和实施例1的情况基本相同，只是其中的膜过滤浓缩液进一步浓缩的方法是采用了三级的液膜电渗析系统浓缩处理；其处理效果：脱盐率在99％以上，对重金属的截留率也在97％以上。

实施例6

和实施例3的情况基本相同，只是其中的膜过滤浓缩液进一步浓缩的方法是采用了三级的无隔板电渗析系统浓缩处理；其预处理采用的是曝气、固液分离和pH值调整。处理效果与实施例3几近相似。

实施例7

和实施例3的情况基本相同，只是其中的膜过滤浓缩液进一步浓缩的方法是采用了三级的卷式电渗析系统浓缩处理。处理效果：脱盐率在97％以上，对重金属的截留率也在95.5％以上。

Claims

1.一种电渗析-高效蒸发处理矿冶废水膜过滤浓缩液的方法，其特征是，含重金属矿冶废水膜过滤浓缩液被收集后，先调整浓缩液pH值在7.5～9.5之间，控制其温度在25±0.5℃，控制水流速度为300L/h，进入到电渗析系统，在电压和电流分别为250V、3A的直流电场的作用下，操作压力1.0kg/cm²，以电位差为动力，利用离子交换膜的选择透过性，使重金属离子和盐离子从溶液中分离出来，含重金属废水更进一步浓缩1～5倍后的浓水再进入高效蒸发系统蒸发处理，高效蒸发器可以在35℃左右的低温进行连续蒸发和结晶；电渗析系统产生的淡水可回用生产、排放或再进行处理；高效蒸发产生的淡水收集后回用或排放，产生的结晶固体综合利用或再处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所采用的电渗析器有无极水电渗析、无隔板电渗析、倒极电渗析、卷式电渗析、填充床电渗析、液膜电渗析和双极膜电渗析，可按废水水质特征来选择不同的电渗析器。

3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于电渗析膜可以采用连续或间断的反冲洗、酸洗、碱洗、超声波、脉动清洗、电流倒极电脉冲除垢、蒸汽清洗方法防治膜污染，这些方法在防治电渗析膜污染中根据实际工作需要可以单独使用，也可以联合使用。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据电渗析膜性质要求和待处理浓缩液水质情况，在电渗析运行时可以根据实际工作的需要加入适量的阻垢剂，也可以不投加阻垢剂；阻垢剂可以是适用于处理废水水质特征的各类阻垢剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，电渗析系统根据废水水质特征不同，可以是单级电渗析处理，也可以多级电渗析处理，电渗析系统和高效蒸发器可以任意适合的方式联合运用。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，膜过滤浓缩液进入电渗析处理前和电渗析浓缩液进入高效蒸发系统处理前，其浓缩液可以不经过处理，也可以对浓缩液进行预处理后再进行电渗析或高效蒸发系统处理，预处理方法包括浓缩液pH值调整、隔渣、沉淀、絮凝沉淀、曝气、化学氧化及还原处理、电化学处理、固液分离和预热。