CN103539295B

CN103539295B - 一种重金属废水深度处理的方法与装置

Info

Publication number: CN103539295B
Application number: CN201310523391.0A
Authority: CN
Inventors: 陈福泰; 杨艳; 褚永前
Original assignee: Beijing Go Higher Environment Co Ltd
Current assignee: Tsingdahua Environment Group Co., Ltd.
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2018-10-30
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN103539295A

Abstract

本发明提供一种重金属废水深度处理的方法与装置；重金属废水在调节池经加药调节后流入化学反应池，在化学反应池中加入表面活性剂，通过阴离子和非离子表面活性剂的共同作用，增大重金属和小分子污染物粒径；经超滤膜分离，透过液通过气浮达标排放或回用，浓缩液采用高压脉冲电絮凝，出水达到排放标准或回用于生产工艺；使用本方法处理重金属废水具有出水水质稳定，同时，电耗低，仅为普通电解法的1/15‑1/20。

Description

一种重金属废水深度处理的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种重金属废水的处理方法与装置，特别涉及一种重金属废水深度处理的方法与装置，属于废水处理工艺及集成设备。

背景技术

重金属废水主要来源于有色金属矿采选业、化学原料及化学制品制造业及有色金属冶炼、压延加工业，这三个行业重金属排放量占总排放量的近80%，其废水排放量占总排放量的16%。传统上处理重金属离子工业废水的方法主要有以下几种: 化学沉淀法、离子交换法和物理吸附法等, 这些重金属废水的处理方法都是一种污染转移, 将废水中溶解的重金属转化成沉淀或是更加易于处理的形式, 对这些物质最终的处置, 通常是进行填埋。

膜分离技术作为一种高新技术在工业废水处理领域已有广泛的研究和探索，由于其分离效率高、无相变、节能环保、设备简单、操作简便等特点，使其在水处理领域具有相当的技术优势，已成为水处理领域中不可缺少的技术之一。膜分离技术应用到重金属废水的处理中，不仅使渗透液达到排放标准或回用生产，而且能回收有价资源，在重金属废水处理中有重要的应用价值。

发明专利公开CN 1590322A则阐述了一种“电镀废水处理零排放的膜分离方法”。该技术采用了“预处理/纳滤/苦咸水反渗透/海水高压反渗透”流程设计，该技术较好地实现了水和有价金属的回收，但工艺流程复杂，成本很高，系统需频繁在线清洗和pH调整。此外，膜透过通量衰减明显，膜更换周期短。

实用新型专利CN201210153092.8描述了一种“双膜法工艺处理重金属废水及回收利用方法”。该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，可有效的实现重金属废水的回用，但一次性投资过高，操作过程长，处理费用高。

因此，对于膜法重金属废水的处理，需要进一步开发高效、抗污染、低能耗的膜技术，工艺过程能够长期稳定运行；不仅彻底消除含重金属离子的废水排放，同时能回收重金属离子和纯水资源，达到废水的资源化利用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有膜法重金属废水处理技术存在的工艺复杂、膜运行通量小、污染严重、清洗频繁、能耗高的缺陷，提供一种高效、可靠的重金属废水深度处理的方法与装置，对重金属废水实行就地直接处理。特别针对重金属含量低的电镀废水处理的提标改造、流域生态修复等，具有高效、低耗的特点。

本发明提供一种重金属废水深度处理的装置，该装置依次包括：调节池1、化学反应池2、保安过滤器3、超滤膜4、气浮罐5、电絮凝器6。所述气浮罐5与超滤膜4的透过液出口相连接；所述电絮凝器6与超滤膜4的浓缩液出口相连接；所述电絮凝器6包括电絮凝槽61、阳极板62、阴极板63和高压脉冲电源64；

本发明提供一种重金属废水深度处理的方法，其步骤为：

（1）废水在调节池内混合均匀调节pH为2-10后，进入化学反应池，在化学反应池中加入表面活性剂，反应2-5h后进入保安过滤器；所述的表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配而成，表面活性剂投加量至达到临界胶束浓度；利用表面活性剂的增溶作用，增大重金属和小分子污染物粒径，胶团尺寸达到0.005-0.01μm，满足超滤分离要求；

（2）化学反应池出水经保安过滤器过滤后进入超滤膜组件，在压力作用下，水中经表面活性剂增溶的重金属离子被超滤膜截留，形成浓缩液并返回至化学反应池，超滤透过液进入下一级气浮罐；

（3）超滤透过液采用气浮工艺去除水中少量的表面活性剂和小分子污染物，出水可达标排放或回用于生产工艺；

（4）当化学反应器中的料液浓缩2-10倍时，停止超滤，将浓缩液送入电絮凝槽；

（5）在电絮凝槽内进行电解反应，在电极板上施加高压脉冲电流，电流强度为1-150A，脉冲换向周期为0.02-50s，出水回流到调节池；

本发明具有如下优点：

（1）利用表面活性剂的增溶作用，使重金属离子及小分子的污染物聚集的表面活性剂胶团表面并通过超滤实现分离。超滤过程同步实现重金属废水的浓缩和纯化，浓缩液采用电絮凝处理，透过液经气浮处理后可作为回用水等回用到生产工艺中，从而形成清洁生产工艺达到废水的零排放和资源化；

（2）表面活性剂采用阴离子和非离子表面活性剂复配，可降低超滤透过液的表面活性剂含量，同时提高超滤通量；

（3）与反渗透、纳滤、电渗析等膜过程及其集成的现有技术相比，工艺过程更为简单，透过液无须经离子交换而可直接回用，分离效率更高，系统投资节省；运行费用低，比其他膜分离过程节省电耗50%；

（4）与电解法相比，电絮凝技术具有pH适用范围广、电解时间短、重金属处理浓度高。同时，高压脉冲电絮凝法采用高电压、低电流的脉冲供电方式，显著降低电耗和极板消耗；

（5）采用超滤对重金属废水进行浓缩，可提高电絮凝装置的处理量，提升整体设备的处理能力，减少装置体积；

（6）采用周期换向脉冲电解可有效缓解电极因氧化而产生的钝化，提高电解的效率，出水水质稳定，同时，电耗低，仅为普通电解法的1/15-1/20。

附图说明

图1为本发明提供的一种重金属废水深度处理的方法与装置工艺流程示意图。

1-调节池、2-化学反应池、3-保安过滤器、4-超滤膜、5-气浮罐、6-电絮凝器、61-电絮凝槽、62-阳极板、63-阴极板、64-高压脉冲电源。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，该装置依次包括：调节池1、化学反应池2、保安过滤器3、超滤膜4、气浮罐5、电絮凝器6和高压脉冲电源64。所述气浮罐5与超滤膜4的透过液出口相连接；所述电絮凝器6与超滤膜4的浓缩液出口相连接；所述电絮凝器6包括电絮凝槽61、阳极板62、阴极板63和高压脉冲电源64；

使用时，重金属废水在调节池1中经加药调节pH为2-10；流入化学反应池2，在化学反应池中加入表面活性剂，反应一段时间，通过保安过滤器3后，经超滤膜4分离后，超滤透过液通过气浮罐5的后出水达标排放或回用，超滤浓缩液循环至化学反应池2；当超滤浓缩倍数达到2-10倍时，停止超滤，将化学反应池2中的浓缩液排入电絮凝槽61，在电絮凝槽61内进行电解反应，在电极板62、63上施加高压脉冲电流，电流强度为1-150A，脉冲换向周期为0.02-50s，出水回流至调节池；具体步骤如下：

（1）废水在调节池内混合均匀调节pH为2-10后进入化学反应池，在化学反应池中加入表面活性剂，反应2-5h后进入保安过滤器；所述的表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配而成，表面活性剂投加量至达到临界胶束浓度；利用表面活性剂的增溶作用，增大重金属和小分子污染物粒径，胶团尺寸达到0.005-0.01μm，满足超滤分离要求；

（5）在电絮凝槽内进行电解反应，在电极板上施加高压脉冲电流，电流强度为1-150A，脉冲换向周期为0.02-50s，出水回流至调节池；

以下列举几个实例来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。

实施例1：某电镀厂废水，采用本发明所述方法和装置对该废水进行处理，处理量10t/d，表面活性剂采用十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚，超滤膜产水的平均通量一直保持在210L/m².h；电絮凝的换向周期为20ms，重金属去除率达98%以上。具体进水水质和出水水质如表1所示。

表1 重金属废液处理前后水质

项目	原水（mg/L）	处理后出水（mg/L）
			Cr⁶⁺	50-90	<0.2
Ni²⁺	20-55	<0.15
			Cu²⁺	15-40	<0.1
Zn²⁺	10-40	<0.3
			Cd²⁺	25-45	<0.05
PO₄ ^3-	30-60	<0.3
			pH	4-6	7-9

实施例2：某化工厂的重金属废液，采用本发明所述方法和装置对该废水进行处理，具体进水水质和出水水质如表2所示。处理量为20t/d，装置稳定运行3个月，膜产水的平均通量一直保持在150L/m².h，重金属去除率保持在98%以上。

表2 重金属废液进出水水质

检测项目	原水（mg/L）	处理后出水（mg/L）
			pH	1.6-2.4	6-9
SS	2100-2700	<10
			CODcr	200-320	<50
Ni²⁺	3-12	<0.6
			Cu²⁺	6-33	<0.5
Cr⁶⁺	2-9	<0.2
			砷	20-40	<0.3

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种重金属废水深度处理的方法，其使用的装置包括：

调节池(1)、化学反应池(2)、保安过滤器(3)、超滤膜(4)、气浮罐(5)、电絮凝器(6)；其中，所述超滤膜(4)设有超滤膜浓缩液出口和透过液出口，透过液出口与气浮罐(5)连接，超滤膜浓缩液出口与化学反应池(2)相连，所述化学反应池(2)设有反应池浓缩液出口，且反应池浓缩液出口与电絮凝器(6)连接，电絮凝器(6)清液出口连接至调节池；所述电絮凝器(6)包括电絮凝槽(61)、阳极板(62)、阴极板(63)和高压脉冲电源(64)；

其操作步骤为：

第一步，废水在调节池内混合均匀调节pH为2-10后，进入化学反应池，在化学反应池中加入由阴离子与非离子复配的表面活性剂，反应2-5h后进入保安过滤器；

第二步，化学反应池出水经保安过滤器过滤后进入超滤膜组件，在压力作用下，水中经表面活性剂增溶的重金属离子被超滤膜截留，形成浓缩液并返回至化学反应池，超滤透过液进入下一级气浮罐；

第三步，超滤透过液采用气浮工艺去除水中少量的表面活性剂和小分子污染物，出水可达标排放或回用于生产工艺；

第四步，当化学反应器中的料液浓缩2-10倍时，停止超滤，将浓缩液送入电絮凝槽；

第五步，在电絮凝槽内进行电解反应，在电极板上施加高压脉冲电流，电流强度为1-150A，脉冲换向周期为0.02-50s，出水回流至调节池。

2.根据权利要求1所述的一种重金属废水深度处理的方法，其特征在于，所用超滤膜组件为平板式、管式或中空纤维式，膜的截留分子量为3-20KDa。

3.根据权利要求1所述的一种重金属废水深度处理的方法，其特征在于，表面活性剂采用阴离子与非离子复配，所用阴离子表面活性剂包括：十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，所用非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚。

4.根据权利要求1所述的一种重金属废水深度处理的方法，其特征在于，表面活性剂投加量至达到临界胶束浓度。

5.根据权利要求1所述的一种重金属废水深度处理的方法，其特征在于，利用表面活性剂的增溶作用，增大重金属和小分子污染物粒径，胶团尺寸达到0.005-0.01μm，满足超滤分离要求。

6.根据权利要求1所述的一种重金属废水深度处理的方法，其特征在于，当废水中的SS大于100mg/L时，需在调节池中投加混凝剂。