CN103663808B

CN103663808B - 重金属废水膜集成处理装置

Info

Publication number: CN103663808B
Application number: CN201310747491.1A
Authority: CN
Inventors: 李运玮; 付晓琴; 刘茂宣
Original assignee: SHANDONG JINGLU WATER GROUP Co Ltd
Current assignee: SHANDONG SHUIFA ENVIRONMENT TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103663808A

Abstract

本发明公开了一种重金属废水膜集成处理装置，包括超滤预处理、EDI装置和NF膜，原水经超滤预处理除掉有害颗粒物，再用EDI装置作一级分离与浓缩，在EDI的下游设置NF膜分离，构造新型EDI/NF膜集成处理系统，实现重金属废水的高效就地处理的同时回收有价金属与纯水资源；所述EDI装置包括1个淡化室和2个相邻的浓缩室，在3个隔室中分别填充混床树脂、阴树脂和阳树脂，在两个浓缩室中通以同一股浓缩水流。本发明采用“特种分离电去离子/纳滤（EDI/NF）”电膜集成技术，将EDI这一电膜过程与NF相结合，具有更高的分离效率浓缩倍数，流程得到简化，实现集成过程的内循环式在线酸洗,投资和运行成本显著降低。

Description

重金属废水膜集成处理装置

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置，尤其涉及一种重金属废水膜集成处理装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

重金属属于对生态环境和人体健康有巨大危害的一类污染物。含重金属离子废水作为一个主要的工业废水门类，具有废水量大、不能降解、分布广泛、处理难度高的特点。传统的重金属废水处理技术较多，如离子交换、化学法（包括化学沉淀和电解法）、生物法、蒸发浓缩等，目前工业应用以离子交换和化学法为主，较新且日渐得到重视的则有高分子絮凝、生物法和膜技术。离子交换和化学法重金属废水处理经过数十年的发展，均已十分成熟，但随着现代工业的快速发展和日趋严格的效率、环保要求，其先天缺陷也日显突出。交换需反复使用酸碱再生树脂，操作繁琐，消耗大量清洗水，同时产生废酸废碱，导致二次污染；化学沉淀法处理出水难以降至很低的值，且产生大量难以处理的含重金属污泥，也导致二次污染。高分子絮凝、生物法（包括生物絮凝和生物吸附）和膜法近年来成为重金属废水处理领域的趋势，但处理效率偏低，难以适应大规模工业化连续生产的需要，处理出水含有较多微生物而不能直接回用，需进一步净化处理，因此上下游工艺较长，成本偏高，亦不能实现现场直接处理；膜技术的主要优势在于高效、节能、无二次污染、操作简便和易于放大。膜技术可实现废水就地直接处理，同时回收纯水资源与有价金属，更能适应大规模工业生产的需要。常规的EDI，其内部构造与传统电渗析器基本相同，主要区别在于淡化室中填充了混床离子交换树脂，膜堆由一定数量的可重复工作单元——膜对组成，每个膜对又依次由1张阳离子交换膜、淡化室、1张阴离子交换膜、浓缩室构成，虽能获得较高浓度的重金属浓缩液，但因浓差极化等原因，却不能处理较低浓度的重金属废水，如占电镀废水总量80%的电镀漂洗水，其浓度一般在100 mg×L-1以下。因此，其实际应用仍需与传统的离子交换技术集成。此外，在流程的复杂性、成本偏高等方面，现有的膜技术仍存在不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高效、便捷、环境友好、经济可靠的重金属废水膜集成处理装置。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种重金属废水膜集成处理工艺及装置，包括超滤预处理、EDI装置和NF膜，原水经超滤预处理除掉有害颗粒物，再用EDI装置作一级分离与浓缩，再经过NF膜进行二次浓缩。

所述EDI装置为含有A/C/C型三室基本单元的EDI构造，所述A/C/C型三室基本单元的EDI包括１个淡化室和２个相邻的浓缩室，依次由 “1张阴膜、淡化室、1张阳膜、浓缩室、1张阳膜、浓缩室”构成，且在3个隔室中分别填充混床树脂、阴树脂和阳树脂，在两个浓缩室中通以同一股浓缩水流。

有益效果：本发明采用“特种分离电去离子/纳滤（EDI/NF）”电膜集成技术，将EDI这一电膜过程与NF相结合，用于重金属废水处理，发挥了EDI能够实现深度除盐、淡水水质高，能高效连续运行、无须酸碱化学再生，以及NF膜处理较高浓度重金属废水时具有良好经济性、且又能透过一价离子而回收HCl，实现集成过程的内循环式在线酸洗的各自优点。与现有重金属废水处理技术相比，“EDI/NF”集成膜过程具有更高的分离效率浓缩倍数，流程得到简化，投资和运行成本显著降低。该新型重金属废水处理技术具有显著的创造性。

附图说明

图１为本发明的工艺流程示意图；

图２为本发明的A/C/C型三室基本工作单元的EDI构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。

图１所示为本发明的工艺流程示意图。

本发明包括超滤预处理、EDI装置和NF膜，原水经超滤预处理除掉有害颗粒物，再用EDI装置作一级分离与浓缩，再经过NF膜进行二次浓缩。

图２所示为本发明的A/C/C型三室基本工作单元的EDI构造示意图。

淡化室中填充的混床树脂利于淡水出水的深度纯化，而两个相邻的浓缩室中分别填充的阴树脂、阳树脂及其中间的阳膜，却使得进入左侧浓缩室中的重金属离子受到填充的阴树脂的阻碍，进入右侧浓缩室中的OH-离子受到填充的阳树脂和中间阳膜的阻碍，无法在膜堆内部结合，因此理论上能够有效避免结垢生成。

本发明各部所依据的技术原理：

1、电去离子（EDI）膜技术的基本原理

EDI是将离子交换树脂填充在电渗析（ED）器的淡化室中，从而将离子交换与ED有机结合，在直流电场的作用下实现无机离子的同步深度脱除和浓缩，以及树脂的连续电再生过程的新型电膜分离技术。EDI的工作原理包括离子交换、直流电场作用下离子的选择性迁移及树脂的电再生三个方面。填充在淡化室中的离子交换树脂成为离子传递的通道，而非离子迁移的终点。盐离子经由树脂颗粒迁移到达膜的表面，并透过膜进入浓缩室而被除去。此外，过程中的水解离效应又对填充的树脂起到了实时就地再生作用，从而实现了零酸碱消耗、零污染排放、高效、稳定的连续运行。EDI既在分离性能方面突破了传统ED受浓差极化因素的制约，又彻底摒弃了离子交换树脂的酸碱再生，这一技术革新在水处理领域具有里程碑意义，近年来已经成为纯水技术的主流。另一方面，由于EDI的浓淡水的浓度差可超过上万倍，说明EDI在利用单一过程实现重金属废水的同步浓缩和纯化方面颇有潜力，这就为重金属离子废水处理提供了新思路。

2、特种分离EDI技术

现有的EDI技术都是用于超纯水制备，而且必须和反渗透（RO）膜技术联用，构成集成膜过程。目前，“RO/EDI”、“RO/RO/EDI”技术已经成为工业纯水技术的主流。然而，从广义的角度而言，将离子交换膜、树脂和直流电场按不同的方式进行组合，构成不同的结构和工作模型，实现各种不同的分离目的，也都属于EDI的范畴。这些特殊应用包括水的初级除盐、水软化、重金属废水处理等，此即为特种分离EDI技术。这些技术的核心就在于，针对不同的应用目的、原水条件等将常规EDI过程在结构和模型上作适应性改进。无论是常规深度除盐EDI，还是特种分离EDI技术，其过程实质都是无机离子的纯化或浓缩。

3、纳滤（NF）膜分离过程的基本原理

NF属于压力驱动膜技术。NF膜的孔径范围为1-3nm，因此NF也属于有机高分子纳米技术。因其膜孔径、操作压力、分离性能介于RO和超滤（UF）之间，因此也有疏松RO、超低压RO之称。NF膜的一个最大特点在于它能透过单价离子而选择性地截留二价和高价离子，对后者的截留率可达95-99%，这使得NF膜在硬水软化领域具有重要的应用价值。显然，利用NF膜的这一特点，可以实现单价离子化合物和二价、高价离子化合物的分离。

4、 “电去离子/纳滤（EDI/NF）”膜集成技术处理重金属废水的工作原理：本发明“电去离子/纳滤（EDI/NF）”新型膜集成技术用于重金属废水处理。首先，针对重金属废水处理的具体要求和条件，对常规EDI过程、模型作适应性改进，设计出新型特种分离EDI模型构造，提高其处理重金属废水时的分离性能和过程稳定性，重金属废水经该特种分离EDI过程实现淡化水的高效除盐纯化和浓缩水的高倍数浓缩，淡水出水直接达到纯水水质标准而回用为工艺用水；其次，在EDI的下游设置NF膜分离，对EDI的浓缩水进一步浓缩，从而回收相应的重金属资源。因此，通过构造新型“EDI/NF”膜集成处理系统，能够实现重金属废水的高效就地直接处理，同时回收有价金属与纯水资源，避免二次污染，实现废水的零排放与资源化。

5、EDI与NF之间的内循环式在线实时酸洗原理

为抑制结垢生成，在EDI与NF之间进行适当的酸化加药（HCl），控制pH值。由于上游EDI具备深度除盐性能，因此系统中所添加的HCl酸不会影响EDI淡水水质，而将进入EDI浓缩液；后者经下游NF膜处理，又由于NF膜的特殊分离性能可以实现HCl与重金属浓缩液的有效分离，从而将HCl回收，返回上游EDI，继而实现内循环式在线实时酸洗。因此，仅需在系统运行的初期少量加HCl酸，就可实现长期稳定运行，避免过程中的结垢生成。

实施例：

１、原水水质情况及特色：（某以生产手机外壳为主的大型企业，在生产中，需要对金属表面进行处理，原水中典型水质中重金属含量见下表：

处理工艺流程：电镀废水混凝沉淀砂滤碳滤超滤特种电去离子纳滤

主要设备及配套工艺：

1）超滤：NORIT XIGA超滤膜组件，SXL-225FSFC PVC 10支

2）特种EDI参数

每套隔板规格：淡化室322×588×3mm；

每套膜对数：10；

套数：3

3）纳滤：DOW FILMTEC NF200-400纳滤膜元件10支

2、典型水样分析结果

重金属废水进出水质分析结果

本实施例采取 “UF/EDI/NF”膜集成技术，其工艺过程的创新性主要体现在以下两点：一是与常规的纯水、除盐过程的工艺设计相反，NF膜分离是置于EDI之后，用于对EDI浓缩液进一步浓缩，而不是给EDI的进水作预处理；二是工艺过程具有内循环式在线实时酸洗功能，巧妙地解决了EDI和NF的结垢防治问题。

整个工艺过程可概述为：首先用超滤膜对含重金属离子原水作预处理，除掉对下游工艺有害的颗粒物、胶体、大分子有机物等杂质；再用经特殊设计的EDI装置对重金属废水作一级分离与浓缩，EDI所得淡水直接达到纯水水质标准而回用为工艺用水，EDI浓缩水采取部分或全循环工艺，将原水中重金属离子浓度浓缩30倍以上；浓度约1500-3000mg×L-1的EDI浓缩水作为下游NF膜的进水，再进行二次浓缩，浓缩倍数达到10，使全流程重金属离子浓度总浓缩倍数达到300以上。NF膜的透过液返回至上游EDI的进水。

在上述集成工艺过程中，若通过对EDI自身内部构造和工艺参数的控制仍不能确保浓水室无结垢产生，则对EDI浓缩水罐预先添加少量HCl，以确保无金属氢氧化物沉淀生成，其浓水中一次性少量使用的HCl则通过下游NF膜得以回收，因此不断地在EDI与NF单元之间内部循环，实现内循环式在线实时酸洗，彻底避免了EDI和NF系统可能产生的结垢，从而实现高效、连续、简便的重金属废水处理过程。

本发明采用“特种分离电去离子/纳滤（EDI/NF）”电膜集成技术，将EDI这一电膜过程与NF相结合，用于重金属废水处理，发挥了EDI能够实现深度除盐、淡水水质高，能高效连续运行、无须酸碱化学再生，以及NF膜处理较高浓度重金属废水时具有良好经济性、且又能透过一价离子而回收HCl，实现集成过程的内循环式在线酸洗的各自优点。与现有重金属废水处理技术相比，“EDI/NF”集成膜过程具有更高的分离效率浓缩倍数，流程得到简化，投资和运行成本显著降低。该新型重金属废水处理技术具有显著的创造性。

本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims

1.一种重金属废水膜集成处理装置，其特征在于：包括超滤预处理、EDI装置和NF膜，原水经超滤预处理除掉有害颗粒物，再用EDI装置作一级分离与浓缩，在EDI的下游设置NF膜分离，构造EDI/NF膜集成处理系统，实现重金属废水的高效就地处理的同时回收有价金属与纯水资源；所述EDI装置为含有A/C/C型三室基本单元的EDI构造，所述A/C/C型三室基本单元的EDI包括1个淡化室和2个相邻的浓缩室，依次由一张阴膜、淡化室、一张阳膜、浓缩室、一张阳膜、浓缩室构成，且在3个隔室中分别填充混床树脂、阴树脂和阳树脂，在2个浓缩室中通以同一股浓缩水流。