CN103172207B - 一种含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理方法及装置，其特征在于：通过多维电化复合处理装置，将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入一个电解槽中，让废水中的重金属离子在阳极板上先后通过电解废水后，消耗氢离子，增加氢氧根离子，并与氢氧根结合生成氢氧化物，并在合适的PH值下和助凝剂聚丙烯酰胺联合作用，在斜板沉淀池中析出沉淀物，去除废水中的重金属含量，使得所产生的上清液中不再含有超标重金属，再将上清液排出，这样就不会使废水造成二次污染或者直接排放也不会对环境造成任何影响，工艺简单易行。

Description

一种含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种废水的处理工艺及相应的设备，尤其是一种用于处理含钒、镍、铅、铬等重金属离子废水处理工艺及其设备，属于化工技术领域。

背景技术

钒工业废水的产生是在钒铁矿中加入钠盐（Na2CO3、NaCl），在高温下焙烧，焙烧过后的物质（氯化盐、碳酸盐、钒酸钠等）用水浸，水浸后的溶液经过滤得到钒酸钠溶液和残渣，在钒酸盐溶液中加入氯化铵和碳酸铵，经反应后过滤，滤渣为铵盐，滤液即是含钒（V）、铬（VI）的废水。制钒工业废水中主要含有以下的有害物质，以金属钒为主，铅、钼、镍、镉、铜、锌、铬等重金属元素和其他非金属元素砷等成分，对于金属钒、铅离子、六价铬离子等，属于最为严重而且需要对其进行严格控制的，对环境以及人体造成很大的伤害。含钒的废液浸入土壤中，能以多种价态与有机物形成化合物，并对土壤酶系统产生 干扰作用，进而影响土壤的生态功能。钒能使植物对无机磷等养分的主动吸收过程受到阻碍，能对某些陆生植物产生毒害影响，会对某些植物的生长发育产生明显抑制效应；含钒废水流入地下水污染动植物后随食物和水进入人体，影响人类健康。因此必须对钒工业废水进行有效处理。

目前国内外对含钒废水的处理主要采用的是吸附法、离子交换法、氧化还原法沉淀和萃取法等。一般采用以下两种工艺：其一，主要以回收废水中的钒为目的的离子交换工艺，回收后的母液中，含有大量的铬和硫酸钠等成分，废液需再次处理石则废液排放会对环境造成污染；其二，以处理达标排放为目的的还原、中和工艺。对于还原、中和工艺：德国鲁奇公司采用硫酸亚铁还原一氢氧化钠中和法，德国蒂森公司采用SO2还原-碳酸钠中和法，意大利艾姆科公司采用硫酸亚铁还原-石灰中和法。

通过国内专利检索发现有相关专利，其中最与本发明技术方案接近的专利的有以下几个：

1、专利申请号为CN200510017724，发明名称为“一种处理含铬、钒工业废水的方法”的发明专利，该专利公开了一种处理含铬、钒工业废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）、配制焦亚硫酸钠溶液备用，焦亚硫酸钠溶液的浓度为２８～５４％，其ＰＨ值为３．６～５．７；（２）、把含铬、钒工业废水置入还原罐中，并计量加入上述焦亚硫酸钠溶液，使含铬、钒工业废水中的六价铬还原成三价铬；（３）、再把（２）所述废水置入中和罐中，并计量加入氢氧化钠溶液，使含铬、钒工业废水中的Ｖ↓［２］Ｏ↓［２］↑［４＋］与氢氧化钠反应生成Ｎａ↓［２］Ｖ↓［４］Ｏ↓［９］·４Ｈ↓［２］Ｏ，其中，Ｖ↓［４］Ｏ↓［９］↑［２－］又与三价铬反应形成Ｃｒ↓［２］（Ｖ↓［４］Ｏ↓［９］）↓［３］沉淀，其余的三价铬完全形成氢氧化铬沉淀，最后调整ＰＨ至７．５～８．５；（４）、再把（３）所述废水置入澄清池内进行澄清分离，悬浮物送压滤机压滤后集中处理，上清夜及滤液再作另行处理。

2、专利号为CN201210198091.5，专利名称为“一种无氯提钒工艺”的实用新型专利，该专利公开了一种无氯提钒工艺。该工艺是采用“无氯焙烧——水浸——离子交换吸附钒——无氯沉钒”的流程来提取含钒石煤矿石中的钒。V2O5的总回收率可达60%以上，同时产品质量优于国标GB3283-87冶金99级五氧化二钒的标准。本工艺具有操作简单、环境污染小、产品质量高等优点。其特征在于，在整个提钒工艺中选用合适的不含氯成分的原料或添加剂，有效避免了HCl气体对环境的影响，以及后期废水处理中去除氯离子所带来的压力。

3、专利号为CN201210115466.7，专利名称为“一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法”的发明专利，该专利公开了一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，涉及工业废水处理及资源循环利用。在五氧化二钒废水中调节pH，加入还原剂后还原为三价铬；在五氧化二钒废水中加入沉淀剂，反应后分离为污泥和上清液；上清液经过滤，将过滤所得的废水经吸附得净化废水，再泵入低压反渗透系统脱盐得透析液1和浓缩液1；将浓缩液1泵入高压反渗透系统进行高压反渗透脱盐得透析液2和浓缩液2，透析液2与透析液1合并得再生水，并作为生产中浸提工段的浸钒用水，浓缩液2进入电渗析系统；浓缩液2通过水泵进入电渗析系统浓缩，产生的渗析液3进入高压反渗透系统中，继续循环处理，浓缩液3排入到五氧化二钒生产中的加盐制球工段盐水池中，作为盐水使用。

4、专利号为CN201210263662.9，专利名称为“一种酸性沉钒废水的处理方法”的发明专利，该专利公开了一种酸性沉钒废水的处理方法， 1.1第一次主还原反应检测沉钒废水中铬(Ⅵ)和钒(Ⅴ)的浓度，向其中加入固体焦亚硫酸钠，所述的焦亚硫酸钠加入量为沉钒废水中铬(Ⅵ)和钒(Ⅴ)质量之和的2.0倍～3.2倍，在40℃～90℃下，进行第一次主还原反应，反应时间为20min～60min，分别将铬(Ⅵ)、钒(Ⅴ)还原为铬（Ⅲ）、钒（Ⅳ）；1.2第二次辅还原反应检测第一次还原后的沉钒废水中铬(Ⅵ)和钒(Ⅴ)的浓度，向其中加入硫酸亚铁或氯化亚铁，所述的硫酸亚铁加入量为第一次还原后的沉钒废水中铬(Ⅵ)和钒(Ⅴ)质量之和的16～26倍，所述的氯化亚铁加入量为第一次还原后的沉钒废水中铬(Ⅵ)和钒(Ⅴ)质量之和的10倍～15倍，进行第二次辅还原反应，分别将铬(Ⅵ)、钒(Ⅴ)还原为铬（Ⅲ）、钒（Ⅳ），反应时间为10min～60min；1.3中和沉淀反应使用碱调节第二次辅还原后的沉钒废水的pH值至6.0～8.5，所述的碱为石灰粉末，中和、沉淀铬（Ⅲ）、钒（Ⅳ）和铁（Ⅲ），反应时间为15min～50min，使铬（Ⅲ）形成氢氧化铬沉淀、钒（Ⅳ）形成氢氧化钒沉淀、铁（Ⅲ）形成氢氧化铁沉淀，压滤，废水达标排放。

上述这些专利虽说都提出了对钒工业废水的处理，但仍没有突破常规的处理方式，处理工艺存在的问题是需要向废水中投入的药剂量较大，处理效果不明显，直接排放也会对环境造成一定的二次污染，因此有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有钒工业废水处理方式的不足，提出一种处理效果更好，向废水中投入的药剂量更少的钒工业废水处理方式。

本发明的另外一个目的是提供一种用于含钒、镍、铅、铬等重金属离子废水处理的设备，能够有效的净化废水中的重金属，获得可循环再用的回用水。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理方法，通过多维电化复合处理装置，将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入一个电解槽中，让废水中的重金属离子在阳极板上先后通过电解废水后，消耗氢离子，增加氢氧根离子，并与氢氧根结合生成氢氧化物，并在合适的PH值下和助凝剂聚丙烯酰胺联合作用，在斜板沉淀池中析出沉淀物，去除废水中的重金属含量，使得所产生的上清液中不再含有超标重金属，再将上清液排出，这样就不会使废水造成二次污染或者直接排放也不会对环境造成任何影响，工艺简单易行。

进一步地，所述的电解废水是现将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水通过PH调节装置、将废水的PH值调整至5.3-5.8，再将调整好PH值的废水送入一个由铁感应极板和钛合金接电极板所构成的多维电化复合处理装置中，使废水中的五价钒在阳极板上先后被还原成三价钒或二价钒。

进一步地，所述的在斜板沉淀池中析出沉淀物是在电化复合装置极板表面产生金属阳离子，并将废水中的重金属还原成重金属离子，再与OH根生成氢氧化物，并在合适的PH值下析出沉淀。

进一步地，所述的斜板沉淀池进水区设置有助凝剂投加装置，加快絮凝沉淀。

一种实现上述含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理方法的含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理装置，包括砂滤器、多维电化复合处理装置、PH调节装置、聚丙烯酰胺的助凝剂投加装置和斜板沉淀池，砂滤器的入口与废水泵相连，砂滤器清除了废水中的悬浮物以及有机物等，以减少对多维电化复合处理装置的影响；砂滤器的出口接多维电化复合处理装置的入口，通过多维电化复合处理装置处理重金属；多维电化复合处理装置的出口接斜板沉淀池。

进一步地，所述的多维电化复合处理装置包括铁感应极板和钛合金接电极板，铁感应极板安装在多维电化复合处理装置中间形成阳极，且为板式迷宫式排布，使得废水在多维电化复合处理装置中迂回流过，钛合金接电极板安装在多维电化复合处理装置箱体边形成阴极，通过铁感应极板和钛合金接电极板形成电解场。

进一步地，所述的多维电化复合处理装置的排水口设在多维电化复合处理装置的上部，使得形成的经过多维电化复合处理装置处理的废水从斜板沉淀池的上面流入斜板沉淀池。

进一步地，在流入斜板沉淀池前的进水区设有助凝剂投加装置，对流入斜板沉淀池的废水投入助凝剂，加快絮凝沉淀。

本发明的有益效果是：砂滤器清除了废水中的悬浮物以及有机物等，以减少对多维电化复合处理装置的影响。因此处理后获得的水质较为纯净可循环利用于厂区生产，即使直接排放也不会对环境造成任何影响。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

通过附图可以看出本发明涉及一种含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理方法，通过多维电化复合处理装置，将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入一个电解槽中，让废水中的重金属离子在阳极板上先后通过电解废水后，消耗氢离子，增加氢氧根离子，并与氢氧根结合生成氢氧化物，并在合适的PH值下和助凝剂聚丙烯酰胺联合作用，在斜板沉淀池中析出沉淀物，去除废水中的重金属含量，使得所产生的上清液中不再含有超标重金属，再将上清液排出，这样就不会使废水造成二次污染或者直接排放也不会对环境造成任何影响，工艺简单易行。

进一步地，所述的电解废水是现将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水从废水池中抽出，通过PH调节装置、将废水的PH值调整至5.3-5.8，由废水泵再将调整好PH值的废水送入一个由铁感应极板和钛合金接电极板所构成的多维电化复合处理装置中，使废水中的五价钒在阳极板上先后被还原成三价钒或二价钒。

进一步地，所述的废水泵在将废水送入多维电化复合处理装置之前，将先通过一个过滤器进行过滤处理，然后再送入多维电化复合处理装置中进行处理。

进一步地，所述的在斜板沉淀池中析出沉淀物是在电化复合装置极板表面产生金属阳离子，并将废水中的重金属还原成重金属离子，再与OH根生成氢氧化物，并在合适的PH值下析出沉淀。

进一步地，所述的斜板沉淀池进水区设置有助凝剂投加装置，加快絮凝沉淀。

一种实现上述含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理方法的含钒、镍、铅、铬等金属离子废水处理装置，包括砂滤器、多维电化复合处理装置、PH调节装置、聚丙烯酰胺的助凝剂投加装置和斜板沉淀池，砂滤器的入口与废水泵相连，砂滤器清除了废水中的悬浮物以及有机物等，以减少对多维电化复合处理装置的影响；砂滤器的出口接多维电化复合处理装置的入口，通过多维电化复合处理装置处理重金属；多维电化复合处理装置的出口接斜板沉淀池。

进一步地，所述的多维电化复合处理装置包括铁感应极板和钛合金接电极板，铁感应极板安装在多维电化复合处理装置中间形成阳极，且为板式迷宫式排布，使得废水在多维电化复合处理装置中迂回流过，钛合金接电极板安装在多维电化复合处理装置箱体边形成阴极，通过铁感应极板和钛合金接电极板形成电解场。

进一步地，所述的多维电化复合处理装置的排水口设在多维电化复合处理装置的上部，使得形成的经过多维电化复合处理装置处理的废水从斜板沉淀池的上面流入斜板沉淀池。

进一步地，在流入斜板沉淀池前的进水区设有助凝剂投加装置，对流入斜板沉淀池的废水投入助凝剂，加快絮凝沉淀。

实施例一

一种含钒、镍、铅、铬等重金属离子处理工艺，废水从废水池1中由废水泵2抽出，在经过装有酸的PH调节装置3调整PH值至5.3-5.8左右情况下，经预砂滤器4过滤后，再通过多维电化复合处理装置6进行二次处理；多维电化复合处理时，重金属离子在阳极板上通过电解水后，消耗氢离子，增加氢氧根离子，并与氢氧根结合生成氢氧化物；再在装有聚丙烯酰胺的助凝剂投加装置7投入助凝剂聚丙烯酰胺的联合作用下，在斜板沉淀池9中高效析出沉淀物，上清液中重金属含量得以去除。

去除原理如下：

电化复合装置极板（以铁阳极为例）表面产生Fe²⁺，即：

Fe－2ｅ→Fe²⁺

在处理含铬废水时，Cr₂O₇ ^2-在阳极板被还原成Cr³⁺，即：

Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺＋14H⁺→2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O

少量的Cr₂O₇ ^{２ -}在阴极板被直接还原，即：

Cr₂O₇ ^2-＋14H^＋＋6ｅ－→2Cr³⁺＋7H₂O

H⁺的消耗、OH^-增加，Cr³⁺、Fe³⁺生成氢氧化物，并在合适的PH值下析出沉淀，即：

Cr³⁺+3OH^-＝Cr(OH)₃↓

Fe³⁺+3OH^-＝Fe(OH)₃↓

含钒废水的处理原理与含铬废水的处理原理一样，五价钒在阳极板上先后被还原成三价钒或二价钒，

V0₂ + Fe²⁺ ＋2H⁺ ＝VO²⁺ + Fe³⁺ + H₂O

3VO²⁺+ Fe⁺ 12H⁺ ＝3V³⁺ + Fe³⁺+ 6H₂O

VO₂ ⁺ +20H^一＝VO(OH)₂↓

PH处于9～13时的微粒主要是HVO₄ ²⁻、V₂O₇ ⁴⁻，低于9时变为V₄O₁₂ ⁴⁻。

废水中Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、去除机理：阴极可以还原部分Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺，即：

Pb²⁺+2e→Pb↓

Cu²⁺+2e→Cu↓

Zn²⁺+2e→Zn↓ 　　Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺与水中OH^-生成氢氧化物析出沉淀，即：

Pb²⁺+2OH^-＝Pb(OH)₂↓（PH＝8）

Cu²⁺+2OH^-＝Cu(OH)₂↓（PH＝9）

Zn²⁺+2OH^-＝Zn(OH)₂↓（PH＝8）

Fe²⁺+2OH^-＝Fe(OH)₂↓（PH＝8）

含钒、镍、铅、铬等重金属离子废水的设备包括砂滤器4、装有铁感应极板和钛合金接电极板的多维电化复合处理装置6、装有酸的PH调节装置3、装有聚丙烯酰胺的助凝剂投加装置7、斜板沉淀池9，砂滤器的入口与废水泵2相连，出口依次接多维电化复合处理装置6、斜板沉淀池9。多维电化复合处理装置6由控制部分5进行控制；所述的多维电化复合处理是指在一个电解槽内通过多向和/或多层设置铁感应极板和钛合金接电极板构成一个立体的电解场，通过立体的电解场对通过的废水进行电化复合处理。

多维电化复合处理装置前应设置PH调节装置6，使进水PH在5.3-5.8左右，保证多维电化复合处理装置的运行效果。

斜板沉淀池进水区应设置助凝剂投加装置7，加快絮凝沉淀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1.一种含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理方法，将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入一个电解槽中，在阳极板上先通过电解含钒、镍、铅、铬重金属离子废水，消耗氢离子，增加氢氧根离子，使得含钒、镍、铅、铬重金属离子废水中的重金属离子与氢氧根结合生成氢氧化物，并在5.3-5.8的pH值下和助凝剂聚丙烯酰胺联合作用，在斜板沉淀池中析出沉淀物，去除含钒、镍、铅、铬重金属离子废水中的重金属含量，使得所产生的上清液中不再含有超标重金属，再将上清液排出，这样就不会使含钒、镍、铅、铬重金属离子废水造成二次污染或者直接排放也不会对环境造成任何影响，工艺简单易行；其特征在于：所述的电解含钒、镍、铅、铬重金属离子废水是通过多维电化复合处理装置，先将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水通过pH调节装置、将废水的pH值调整至5.3-5.8，再将调整好pH值的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入一个由铁感应极板和钛合金电极板所构成的多维电化复合处理装置中，使含钒、镍、铅、铬重金属离子废水中的五价钒在阳极板上被还原成三价钒或二价钒；废水泵在将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水送入多维电化复合处理装置之前，将先通过一个砂滤器进行过滤处理，然后再送入多维电化复合处理装置中进行处理；所述的多维电化复合处理装置包括铁感应极板和钛合金电极板，铁感应极板安装在多维电化复合处理装置中间形成阳极，且为板式迷宫式排布，使得含钒、镍、铅、铬重金属离子废水在多维电化复合处理装置中迂回流过，钛合金电极板安装在多维电化复合处理装置箱体边形成阴极，通过铁感应极板和钛合金电极板形成电解场；所述的多维电化复合处理装置的排水口设在多维电化复合处理装置的上部，使得形成的经过多维电化复合处理装置处理的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水从斜板沉淀池的上面流入斜板沉淀池；在斜板沉淀池前的进水区设有助凝剂投加装置，对流入斜板沉淀池的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水投入助凝剂，加快絮凝沉淀。

2. 如权利要求1所述的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理方法，其特征在于：所述的在斜板沉淀池中析出沉淀物是在电化复合装置极板表面产生金属阳离子，并将含钒、镍、铅、铬重金属离子废水中的重金属还原成重金属离子，再与OH根生成氢氧化物，并在5.3-5.8的pH值下析出沉淀。

3. 一种实现权利要求1所述含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理方法的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水处理装置，其特征在于：包括砂滤器、多维电化复合处理装置、pH调节装置、聚丙烯酰胺的助凝剂投加装置和斜板沉淀池，砂滤器的入口与废水泵相连，砂滤器清除了废水中的悬浮物以及有机物，以减少对多维电化复合处理装置的影响；砂滤器的出口接多维电化复合处理装置的入口，通过多维电化复合处理装置处理重金属；多维电化复合处理装置的出口接斜板沉淀池；所述的多维电化复合处理装置包括铁感应极板和钛合金电极板，铁感应极板安装在多维电化复合处理装置中间形成阳极，且为板式迷宫式排布，使得含钒、镍、铅、铬重金属离子废水在多维电化复合处理装置中迂回流过，钛合金电极板安装在多维电化复合处理装置箱体边形成阴极，通过铁感应极板和钛合金电极板形成电解场；所述的多维电化复合处理装置的排水口设在多维电化复合处理装置的上部，使得形成的经过多维电化复合处理装置处理的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水从斜板沉淀池的上面流入斜板沉淀池；在斜板沉淀池前的进水区设有助凝剂投加装置，对流入斜板沉淀池的含钒、镍、铅、铬重金属离子废水投入助凝剂，加快絮凝沉淀。